外水壓力監(jiān)測

主要有差動電阻式孔隙水壓力計、鋼弦式滲壓計和測壓管3種。差動電阻式孔隙水壓力計或鋼弦式滲壓計一般用于高壓鋼管和有壓隧洞的外水壓力監(jiān)測，這些監(jiān)測設(shè)備可以實現(xiàn)遙測，反應(yīng)靈敏，監(jiān)測準(zhǔn)確度較高。測壓管用于有壓隧洞或無壓隧洞的外水壓力監(jiān)測。布置在地表鉆孔中的測壓管用電測水位計或遙測水位計監(jiān)測管內(nèi)的水位。布置在無壓隧洞襯砌上的測壓管用壓力表或遙測壓力傳感器監(jiān)測外水壓力 。

外水壓力監(jiān)測資料應(yīng)及時整理分析，繪制外水壓力過程線和分布圖，分析研究外水壓力和水庫水位(內(nèi)水壓力)、地下水水位、降雨量、地面徑流等因素的相關(guān)性，以尋求外水壓力形成的原因及變化規(guī)律，進(jìn)一步估計水工結(jié)構(gòu)承受外水壓力的能力，分析外水壓力的影響。通過外水壓力變化過程還可估計襯砌或管道開裂和滲漏情況，以確定水工建筑物能否安全運(yùn)行或是否需要維修加固 。

外水壓力監(jiān)測是指對隧洞或混凝土內(nèi)的泄水底孔或涵管的外壁及襯砌承受的外水壓力進(jìn)行的監(jiān)測。其目的是了解外水壓力分布及其變化對上述水工結(jié)構(gòu)的影響，也可通過外水壓力變化分析管壁或襯砌的開裂和滲漏情況，以判斷建筑物的安全狀態(tài)，并驗證設(shè)計荷載 。

按照水工結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和地形、地質(zhì)條件進(jìn)行布設(shè)。

(1)有壓隧洞。沿洞軸線方向布置，由進(jìn)水口至出水口測點(diǎn)不應(yīng)少于3個。在上游段滲透坡降較大處、基巖破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育地段都應(yīng)布置測點(diǎn)。在溪流流經(jīng)的山溝和山峰等地形變化處的外水壓力往往較高，應(yīng)布置測點(diǎn)。測點(diǎn)一般由地表向下鉆孔，在襯砌結(jié)構(gòu)之外lm^-5m處，底部稍低于襯砌高程。另一種監(jiān)測方式是在襯砌結(jié)構(gòu)外埋設(shè)差動電阻式孔隙水壓力計或鋼弦式滲壓計進(jìn)行遙測。每一監(jiān)測斷面應(yīng)布置2支儀器。

(2)無壓隧洞。沿隧洞軸線交錯排列，布置在隧洞兩側(cè)邊墻上，布置測點(diǎn)的原則和有壓隧洞外水壓力監(jiān)測布置類似，由進(jìn)水口至出水口布置不少于3個測點(diǎn)。

(3)高壓鋼管。有混凝土襯砌的高壓鋼管或基巖內(nèi)埋藏式高壓鋼管的管壁外都承受外水壓力。為了測量鋼管直接承受的外水壓力，測點(diǎn)應(yīng)布置在鋼管壁和混凝土襯砌之間，在鋼管軸線方向選擇3個以上監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布置2個~3個測點(diǎn)。外水壓力用差動電阻式孔隙壓力計或鋼弦式滲壓計監(jiān)測，從下游適當(dāng)位置引出電纜。

1)外水壓力僅存在在巖體裂隙部分。理論上隧洞頂拱部由于重力作用，巖體與混凝土可能因為不緊密接觸而留下孔隙，相反腰部和底板部分混凝土的結(jié)合應(yīng)該是緊密的，不出現(xiàn)裂(孔)隙，就不會產(chǎn)生較大的外水壓力，再對隧洞襯砌進(jìn)行回填灌漿，應(yīng)可杜絕外水壓力的擴(kuò)展。但實際應(yīng)用施工中，很難做到完全密實，甚至在施工處理后還會存在相當(dāng)大的外水壓力。

2)對于以溶洞塌方、斷層破碎帶為主的不良地質(zhì)洞段，存在的主要問題是施工處理工作量大、難度高，二次處理復(fù)雜，以及運(yùn)行期的長期穩(wěn)定問題。監(jiān)測成果顯示實測外水壓力普遍小于設(shè)計推測值，說明設(shè)置排水孔和圍巖固結(jié)灌漿是減小隧洞襯砌外水壓力的有效措施。

3)設(shè)置排水系統(tǒng)后，外水壓力大多遠(yuǎn)低于設(shè)計外水壓力，局部地段部分外水壓力較高，主要是由于灌漿孑L封堵不好或鋼筋混凝土襯砌存在裂隙引起的。從觀測的結(jié)果來看長期運(yùn)行狀況，特殊洞段外水壓力是穩(wěn)定的、安全的，同時說明該工程對隧洞外水壓力的預(yù)測是可靠的。

4)地下水位是動態(tài)的，隨時間會不斷發(fā)生變化，因此對隧洞的影響僅憑鉆孔水位來評價外水壓力是不全面的，事實是當(dāng)隧洞開挖并做了相應(yīng)的排水設(shè)施后，隧洞的外水壓力前后變化可能很明顯，這就需要我們作進(jìn)一步的展望和研究 。

外水壓力是作用于洞室襯砌上的一種荷載，所以當(dāng)洞室埋藏較深、地下水位較高的情況下，它對洞室的襯砌型式和襯砌厚度的設(shè)計，常起控制作用。但外水壓力是洞室設(shè)計中較難確定的外力之一，只能采用比較粗略方法估算。

洞室設(shè)計中，過去根據(jù)其洞頂至最高水位之間的水柱高度來估算外水壓力。工程實踐證明，作用于洞室襯砌上的外水壓力，并不等于外水的全部水柱高度，而常常只是它的一部分，甚至等于零。因此，設(shè)計中根據(jù)水文地質(zhì)條件，乘以相應(yīng)折減系數(shù)。折減系數(shù)的選擇是一個復(fù)雜的問題。在選擇折減系數(shù)時，既要考慮水文地質(zhì)條件，又要考慮工程設(shè)置和工程運(yùn)轉(zhuǎn)。

20世紀(jì)30年代一些國家的混凝土壩己開展揚(yáng)壓力監(jiān)測。中國50年代以來興建的大型混凝土壩都將揚(yáng)壓力作為基本監(jiān)測項目。揚(yáng)壓力監(jiān)測的發(fā)展趨向是實現(xiàn)監(jiān)測自動化及數(shù)據(jù)處理自動化 。

水工建筑物投入運(yùn)行后，監(jiān)測其揚(yáng)壓力大小和分布，用以核算建筑物的抗滑穩(wěn)定性，對保證工程安全運(yùn)行十分重要。同時監(jiān)測成果還可用來檢驗防滲和排水措施的效果及揚(yáng)壓力的設(shè)計假定 。