[科普中国]-外水压力监测

简介

外水压力监测是指对隧洞或混凝土内的泄水底孔或涵管的外壁及衬砌承受的外水压力进行的监测。其目的是了解外水压力分布及其变化对上述水工结构的影响，也可通过外水压力变化分析管壁或衬砌的开裂和渗漏情况，以判断建筑物的安全状态，并验证设计荷载1。

布置按照水工结构的特点和地形、地质条件进行布设。

(1)有压隧洞。沿洞轴线方向布置，由进水口至出水口测点不应少于3个。在上游段渗透坡降较大处、基岩破碎带、断层和节理裂隙发育地段都应布置测点。在溪流流经的山沟和山峰等地形变化处的外水压力往往较高，应布置测点。测点一般由地表向下钻孔，在衬砌结构之外lm^-5m处，底部稍低于衬砌高程。另一种监测方式是在衬砌结构外埋设差动电阻式孔隙水压力计或钢弦式渗压计进行遥测。每一监测断面应布置2支仪器。

(2)无压隧洞。沿隧洞轴线交错排列，布置在隧洞两侧边墙上，布置测点的原则和有压隧洞外水压力监测布置类似，由进水口至出水口布置不少于3个测点。

(3)高压钢管。有混凝土衬砌的高压钢管或基岩内埋藏式高压钢管的管壁外都承受外水压力。为了测量钢管直接承受的外水压力，测点应布置在钢管壁和混凝土衬砌之间，在钢管轴线方向选择3个以上监测断面，每个监测断面布置2个~3个测点。外水压力用差动电阻式孔隙压力计或钢弦式渗压计监测，从下游适当位置引出电缆。

设备主要有差动电阻式孔隙水压力计、钢弦式渗压计和测压管3种。差动电阻式孔隙水压力计或钢弦式渗压计一般用于高压钢管和有压隧洞的外水压力监测，这些监测设备可以实现遥测，反应灵敏，监测准确度较高。测压管用于有压隧洞或无压隧洞的外水压力监测。布置在地表钻孔中的测压管用电测水位计或遥测水位计监测管内的水位。布置在无压隧洞衬砌上的测压管用压力表或遥测压力传感器监测外水压力2。

资料整理外水压力监测资料应及时整理分析，绘制外水压力过程线和分布图，分析研究外水压力和水库水位(内水压力)、地下水水位、降雨量、地面径流等因素的相关性，以寻求外水压力形成的原因及变化规律，进一步估计水工结构承受外水压力的能力，分析外水压力的影响。通过外水压力变化过程还可估计衬砌或管道开裂和渗漏情况，以确定水工建筑物能否安全运行或是否需要维修加固3。

总结1)外水压力仅存在在岩体裂隙部分。理论上隧洞顶拱部由于重力作用，岩体与混凝土可能因为不紧密接触而留下孔隙，相反腰部和底板部分混凝土的结合应该是紧密的，不出现裂(孔)隙，就不会产生较大的外水压力，再对隧洞衬砌进行回填灌浆，应可杜绝外水压力的扩展。但实际应用施工中，很难做到完全密实，甚至在施工处理后还会存在相当大的外水压力。

2)对于以溶洞塌方、断层破碎带为主的不良地质洞段，存在的主要问题是施工处理工作量大、难度高，二次处理复杂，以及运行期的长期稳定问题。监测成果显示实测外水压力普遍小于设计推测值，说明设置排水孔和围岩固结灌浆是减小隧洞衬砌外水压力的有效措施。

3)设置排水系统后，外水压力大多远低于设计外水压力，局部地段部分外水压力较高，主要是由于灌浆孑L封堵不好或钢筋混凝土衬砌存在裂隙引起的。从观测的结果来看长期运行状况，特殊洞段外水压力是稳定的、安全的，同时说明该工程对隧洞外水压力的预测是可靠的。

4)地下水位是动态的，随时间会不断发生变化，因此对隧洞的影响仅凭钻孔水位来评价外水压力是不全面的，事实是当隧洞开挖并做了相应的排水设施后，隧洞的外水压力前后变化可能很明显，这就需要我们作进一步的展望和研究1。