三峡大坝特深倒垂孔倒垂线的施工安装

三峡大坝特深倒垂孔倒垂线的施工安装 施云江。冉林 (长江水利委员会三峡勘测研究院，湖北宜昌443002) 摘 要：倒垂线作为大型建筑物变形监测的基准设施， 广泛应用于大型水利枢纽工程中。对深迭110 rn的倒垂线的安装。在国内尚属首次。if-程实践中通过不断试验、摸索及总结以往的施工经验。抓住安装过程中的难点和关键工序进行创造性思维， 采用新的安装工艺，顺利实现了特深倒垂孔倒垂线的安装，并归纳出一套系统的、实用的施工安装方案。 关键词：三峡工程；特深倒垂孔；倒垂线；变形监测； 关键工序；安装工艺 Construction and Setting of Ultra Deep Inverted Perpendicular in the Three Gorges Project Dam SHI Yunjiang．RAN Lin (The Three Gorges Project Investigation and Research Institute of CWRC，Yichang，Hubei 443002，China) Abstract：The inverted perpendicular，being a deformation monitoring datum with large-scale building，is wide—ly applied to the water resource projects．It is the first time with the 1 1 0 m depth inverted perpendicular S set—ting．The ultra deep inverted perpendicular is successfully set by engineering test and feeling about the con—struction experience and groping the key and adopting the new setting techniques．The systemic applied con—struction setting scheme is summed up in the end． Key words：the three gorges project；ultra deep bore；inverted perpendicular；deformation monitoring；key procedure； setting techniques

三峡工程坝体内布设了许多安全监测仪器和设备，几乎囊括了当今世界上最先进的监测仪器和监测方法。其中水平位移量测设施主要有正、倒垂线、引张线及真空激光准直等。而倒垂线是正垂线、引张线及真空激光准直等绝对位移量的观测基准或工作基点。因此倒垂线的安装质量及运行状态．将直接影响它们的观测精度三峡工程二期泄水闸及左岸电站厂房的不同断面和部位上共布设了9条倒垂线。倒垂线长度从60 m到110 m不等。其中左厂14号坝段的倒垂线最长．长度达到创记录的110 m (图1)。对如此特深孔倒垂线的 安装．解决关键性的技术难题、创造性采用先进施工工艺。成了摆在工程技术人员面前的特殊课题在安装过程中．通过不断试验、摸索．总结以往的施工经验，我们在工程实践中进行了创造性思维．抓住安装过程中的难点和关键工序．归纳出一套较系 统的、实用简捷的施工安装方案。 1 倒垂子L钻子L施工及保护管安装 1．1 倒垂孔钻孔施工方法 针对国内尚属首次的特深倒垂孔的钻孔．在造孔初期，就进行了详尽的造孔技术方案规划。倒垂孑L钻孔施工前按设计要求放样．然后牢靠地将钻机底盘用}昆凝土浇筑在观测室底板上。不得有一丝一毫的晃动。钻机钻进过程中根据观测室的高度尽可能用长钻具，否则很容易钻偏。钻机钻焊采用强度很高的特殊钢材专门加工而成，且应绝对保证每根钻焊的同心 度。钻头采用金钢石钻头，以便于孑L壁的光滑和提高岩心获取率．钻孑L过程中钻具应采用低转速、小压力、小水量地施压钻进，每钻进1 m，测量孑L斜一次。若偏斜太大，应及时纠偏，如果纠偏不及时，偏斜太大．无法纠正过来，钻孔就要报废。该孑L共计测 量孑L斜ll0次，测得机钻孑L有效孑L径126 mm，岩心获取率为99％。钻孑L质量优良，可以安装保护管。 1．2 倒垂孔保护管的埋设安装及校正 按照《混凝土坝安全监测技术规范》 (DT5178—2003)中有关规定．倒垂孑L保护管安装、较正完毕后，其有效管径必须要达到80 mm以上。安装时，由于倒垂孑L太深，3 m～3．5 m长的保护管约有30～40根，全部下入孑L内需5～6 h，如果时间拖得太长，预先下入的水泥浆就会凝固．保护管的较正将无法进行，实际作业时，采用2班作业人员轮换施工的方法仅用3 h余就安装完毕。然后反复调试、矫正保护管位置，使保护管处于最佳状态(有效管径达到最大值)，保护管壁与钻孑L壁之间用水泥砂浆固结。最后测得本钻孑L的有效管径为100 mm．完全满足技术规范和设计要求。 2 倒垂线安装技术策划 根据设计图纸。倒垂线安装完毕后．其钢丝中心偏离有效管径中心的 、】，方向不得超过5 mm． 且倒垂线的复位精度要<±0．1 mm，如果倒垂线太长．达到以上要求将十分困难 2．1 安装难点 针对目前国内尚无成功经验可以借鉴的情况，通过严谨的技术分析，其安装存在以下主要难点。 1)灌水泥浆的方法。由于倒垂线保护管长度达110 m，且直径仅有154 mm．要保证倒垂线的锚块稳固地埋设在保护管孑L底，钢丝位于保护管有效管径中心，作业过程中用什么办法将水泥浆从管口送到管底?如果操作不当，水泥浆将附吸在保护管壁上，对倒垂线的复位精度及以后的观测工作造成极大的影响。 2)倒垂线锚块埋设的稳固问题。倒垂线锚块需 稳固地埋设在保护管孑L底，还要承受60 kg的浮力，由于水泥浆下到孑L底后无法进行搅拌，如果下入的锚块与水泥固接不好，时间长了，倒垂线的浮体可能将锚块拉松，倒垂装置会报废。 3)保护管口钢丝的固定问题。倒垂线锚块下入管底后，需在孑L口不断调整钢丝的位置，待钢丝中心完全与有效管径中心吻合，然后牢牢固定钢丝。等到保护管底的水泥浆凝固好后才能松开固定装置 如果固定不合理，钢丝很容易被夹断。由于存在以上的难点，必须制定好科学合理的计划和稳妥的施工安装工艺流程。 2，2 关键技术路线及安装工艺 实际作业过程见图2。 设计图纸、施工技术要求及材料设备的准备 现场查勘卜I— 复测保护管管斜、管长 垂 蓑 耋善钢丝准确卜——下人锚块卜— 1固定好钢丝卜——— 加油、张拉 检查验收合格卜——__1恒力浮力、钢丝调试 图2 施工安装的工艺流程图 3 实施组织及技术验证 3．1 保护管管斜测量 首先在保护管口建立如图3所示的独立坐标系。 图3 倒垂线有效管径及独立座标系图 用测斜装置(伞形垂孑L导中器)采用自上而下的测量方法，按每米测量一点的密度精确测定管斜，并计算出有效管径(见表1)。 表1 管斜表 倒垂名称深度( ) 中 标有效 ‘ 径 备注(个) (mm) (mm)— IP —O1ZC14 110．00 110 (10．5，7) 100．0 测斜装置型号为：QZQ 3．2 试下锚块 预先准备一个铰车，铰车的周长为1 m，将钢丝绕在铰车上。到现场后先固定好铰车．必要时可在铰车底部载以重物，以防止其滑动。然后将钢丝固定在锚块上，用两个临时滑轮固定在浮体托架上。钢丝通过滑轮缓慢地、匀速地下入管底。到达管底后在钢丝上精确地做好记号，再通过滑轮将其提出．重新绕在铰车上。 3．3 灌水泥浆 根据以往的施工经验及反复做试验，选用42．5号强度水泥约21 kg。如果水泥标号太高， 凝固得太快而灌浆、下锚块固定钢丝等一系列_T序需要一定时间．水泥过早凝固，对锚块稳定性不利；反之，水泥标号太低，锚块的稳定性不够，锚块容易被恒力浮体拉脱。如果水泥的量太多，钢丝会被埋入，在钢丝长期的使用后．钢丝的位置会因水泥体被钢丝剥开而变动．影响精度：而水泥量太少．又将影响锚块的稳固。同样．水、灰的混合采用2：1的比例进行搅拌。如太稠，水泥浆通过灌浆管不利索；太稀，水泥浆凝固时间太长，影响安装进度．水泥浆凝固后强度差。灌浆管的直径为35 mm，长度为110 m．这样可以保证水泥浆直达管底而不会吸附在保护管壁上。 3．4 下锚块 1)锚块的选型。根据保护管的直径及规范对有效管径的要求，结合以往工程的经验．选用直径7Omm、长度l 000 mm、重量约15 kg的锚块。如果太轻，不锈钢丝不容易拉直；直径太小，不利于锚块的稳定。 2)锚块与不锈钢丝的连接。锚块的顶部与不锈钢丝连接时，专门加工、制作了一个夹线装置．使钢丝和锚块能自如、牢固地连接，又能使钢丝不打折、不受损。 3)锚块下入孑L底。灌浆完毕后需及时将锚块下到管底设计位置，并一定要防止钢丝打折．以防钢丝被拉断。 3．5 固定钢丝 在管口用预先加工准备好的固定架将钢丝缓慢、准确、牢固地固定在有效管径中心．其间应保持钢丝的绝对稳定。在完成整个安装过程后。再检查钢丝位置的准确性及固定架的稳固性。 3．6 安装恒力浮体 10 d后，保护管底的水泥浆已完全凝固。此时将钢丝从铰车上解下，将6O kg的恒力浮体安装到托架上，浮体内注入25号变压油。此时必须保证浮体夹线装置将钢丝夹紧、夹牢。 3．7 恒力浮体、钢丝的调试 恒力浮体安装完毕后，应反复调试浮体外筒的位置，最终使浮体内筒的外壁与外筒壁的距离在各个方向上一致，并使内筒始终处于自由状态在调整浮体的同时，反复拔动钢丝，查看钢丝复位情况如何。经过精确测量发现钢丝复位情况很好(复位仅需2 min左右)， 与有效管径中心相差很少，实地测得：X=10 mm；Y=8 mm． 与有效管径中心( =9．5 mm，Y=7 mm)相差O．5 mm；1 mm (见图3)，证明此倒垂线安装完全满足规范要求。 4 工程检验 此条倒垂线深度在国内尚属首例． 由于采取了正确的安装方法，取得了较好的安装质量．于2o02年4月16日取得基准值，现已有2年的观测序列数据。其间三峡大坝于2o02年5月1日上游围堰破堰进水、2003年6月1日蓄水至 135 m高程。通过数据分析．结合内观、渗流、渗压等相关专业监测成果．左厂l4号坝段倒垂线IP01ZC14较好地反映了蓄水期间坝体的变形规律，证明倒垂线安装十分成功 5 结 语 通过对左厂14号坝段超长倒垂线的安装．有以下施工经验可以参考和总结。 1)监测项目的施工安装，应预先制定科学、周密的施工安装工艺流程，作业过程中应严格按所制定的方案施工。