南水北調(diào)中線工程輸水渡槽的安全監(jiān)測

王珍萍，馬洪亮，徐巖彬，其其格（.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春，3006；2.水利部寒區(qū)工程技術研究中心，吉林長春，3006）

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南水北調(diào)中線工程輸水渡槽的安全監(jiān)測

王珍萍1，2，馬洪亮1，2，徐巖彬1，2，其其格1
（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春，130061；
2.水利部寒區(qū)工程技術研究中心，吉林長春，130061）

［摘 要］文中介紹了南水北調(diào)中線干線工程中，大型輸水渡槽建筑物的安全監(jiān)測項目設置、監(jiān)測儀器設施安裝埋設施工、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集情況，通過施工期、充水試驗和通水運行期間監(jiān)測成果分析對建筑物工作狀態(tài)進行了評價，雖然個別建筑物在充水試驗和通水運行期間發(fā)現(xiàn)了一些異常問題，但目前建筑物處于運行安全狀態(tài)，最終對通水運行期輸水渡槽的安全監(jiān)測工作提出了建議。

［關鍵詞］南水北調(diào)；中線干線工程；輸水渡槽；安全監(jiān)測

渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，是渠系建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一［1］。南水北調(diào)中線陶岔渠首至石家莊段工程和京石段應急供水工程共有大型輸水渡槽31座，排水渡槽86座。為了監(jiān)視建筑物的運行狀態(tài)，布設在總干渠上的大型輸水渡槽均進行了安全監(jiān)測設計，安裝埋設了多種安全監(jiān)測儀器設施，在施工期、充水試驗和通水期間通過監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和成果分析，為判斷建筑物工作狀態(tài)提供了最直接的依據(jù)。排水渡槽因建筑物級別較低，安全監(jiān)測項目相對輸水渡槽來說比較少。

1　安全監(jiān)測項目與監(jiān)測儀器設施

設計安全監(jiān)測項目大體上可概括為三大類：設計條件類、變形類和受力狀態(tài)類監(jiān)測項目［2］。各類監(jiān)測項目對應布置了一種或多種監(jiān)測儀器設施。據(jù)統(tǒng)計，各渡槽工程使用的內(nèi)觀儀器主要采用振弦式傳感器，少量支座反力計采用應變式，溫度計采用差阻式或熱敏電阻式。外觀設施中沉降標點為不銹鋼標芯、測斜管和沉降管普遍使用ABS材質(zhì)，槽身收斂測點為自制掛鉤。

1.1設計條件類

渡槽工程設計條件類監(jiān)測物理量主要包括：工程運行水位、地下水位、建基面揚壓力、土壓力、結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度等。該部分物理量不涉及工程建設過程，不同時段的狀態(tài)值均可通過監(jiān)測儀器直接獲?。?］。

此類監(jiān)測項目包括的監(jiān)測儀器設施有：水尺（復合高分子材料）、滲壓計、測壓管、界面土壓力計、溫度計等。

1.2變形類

渡槽工程變形類監(jiān)測項目主要包括：結(jié)構(gòu)表面垂直位移、不同結(jié)構(gòu)塊之間或同一結(jié)構(gòu)塊不同部位之間差異沉降、撓度、基礎沉陷、結(jié)構(gòu)縫張開度及位錯、擋土墻后土體內(nèi)部變形等。這一類監(jiān)測物理量與施工過程融合交織在一起，致使工程結(jié)構(gòu)的實際變形過程難以通過監(jiān)測手段獲取，并且在實際中有條件獲取的主要是工程結(jié)構(gòu)形成，安全監(jiān)測設施具備監(jiān)測條件之后的部分變形量。

此類監(jiān)測項目包括的監(jiān)測儀器設施有：沉降標點、收斂測點、沉降計或單（多）點位移計、測縫計、位錯計、測斜管、沉降管等。

1.3受力狀態(tài)類

渡槽工程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)監(jiān)測項目主要包括：建筑物結(jié)構(gòu)（槽身、進出口結(jié)構(gòu)）混凝土應力應變、鋼筋應力、預應力錨索（桿）荷載、支座承受荷載等。此類監(jiān)測項目包括的監(jiān)測儀器設施有：混凝土應變計（組）、無應力計、鋼筋計（組）、錨索（桿）測力計、支座反力計等。

監(jiān)測點的實際應力狀態(tài)與監(jiān)測儀器埋設精度、埋設時溫度環(huán)境、鋼筋溫度、建筑物結(jié)構(gòu)混凝土施工過程中的溫度環(huán)境、模板剛度、混凝土澆筑過程、混凝土局部實際配合比等多種不確定因素有關，因此，與變形類監(jiān)測項目類似，也無法通過監(jiān)測手段直接精確獲取建筑物結(jié)構(gòu)在監(jiān)測點處的結(jié)構(gòu)實際應力狀態(tài)。

2　安全監(jiān)測施工

安全監(jiān)測施工過程中主要執(zhí)行各建筑物的設計技術要求，包括監(jiān)測儀器采購、進場檢驗、率定、電纜連接、安裝埋設、電纜牽引和保護、考證等。

各類監(jiān)測儀器的安裝埋設施工技術與規(guī)程規(guī)范［4-5］要求保持一致，在此不一一描述，僅對施工中由業(yè)主單位組織制定了特殊要求的錨索（桿）測力計安裝方法進行詳細敘述。

工程渡槽建筑物渡安全監(jiān)測使用的錨索測力計與錨具配套，包括圓形和扁形兩種。在張拉施工初期，經(jīng)對3座倒虹吸和2座渡槽進行調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，近70%的監(jiān)測預應力筋鎖定損失超設計允許值，鎖定損失最大值超過30%。隨后，業(yè)主單位制定了《南水北調(diào)中線干線工程預應力設計、施工和管理技術指南》，要求錨索張拉前待安裝的測力計應與張拉系統(tǒng)進行聯(lián)合率定，同時對錨具安裝標準、張拉程序提出了要求。經(jīng)改進后，隨后的監(jiān)測結(jié)果顯示預應力筋鎖定損失明顯好轉(zhuǎn)。

錨桿測力計與φ32精軋螺紋鋼筋匹配，安裝方法與錨索測力計接近，只是在進行每一級張拉時，測力計受力將歸零，最后一級張拉可計算設計噸位下的預應力錨桿鎖定損失。

3　數(shù)據(jù)采集

施工期、充水試驗和通水運行初期的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作一直由各建筑物的安全監(jiān)測施工單位負責，設計單位根據(jù)建筑物運行情況詳細規(guī)定了內(nèi)外觀儀器設施的觀測頻次。

1）內(nèi)觀儀器數(shù)據(jù)采集。使用的二次儀表均為振弦式讀數(shù)儀。

2）表面垂直位移監(jiān)測。采用精密水準法觀測，水準測量中使用的儀器、施測方法和精度等要求滿足GB12897-2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》的要求。

水準基點至工作基點、工作基點至建筑物測點按國家一等水準觀測要求施測；工作基點至渠道測點按國家二等水準觀測要求施測。

3）表面水平位移監(jiān)測。根據(jù)測點布設的實際情況和現(xiàn)場觀測條件，可采用視準線法、前方交會法、極坐標法、收斂法或GPS法進行觀測。使用全站儀觀測時每一測次應觀測二測回，每測回包括正倒鏡各照準棱鏡兩次并讀數(shù)兩次，取均值作為該測回之觀測值。各測次、測回均采用同一度盤分劃線。全站儀和棱鏡的對中精度不低于0.2 mm；棱鏡的傾斜度不大于4.0′；全站儀長水準氣泡偏離值不大于0.5格。

4）梁式渡槽撓度監(jiān)測。主要是建筑物的豎向彎曲，可采用收斂法或沉降點法監(jiān)測。觀測點應選在建筑物兩端和中間3個測點。使用收斂計觀測撓度時，每一測次應進行三次重復觀測，三次讀數(shù)差不應大于收斂計的精度值。觀測時，應同時測記環(huán)境溫度。非銦鋼尺收斂計進行撓度計算時應進行溫度改正。應定期對地面錨栓測點的高程進行校測。

5）填土內(nèi)部變形監(jiān)測。內(nèi)部分層沉降監(jiān)測使用電磁式沉降儀、水平固定式測斜儀和多點位移計。內(nèi)部分層水平位移監(jiān)測使用滑動式測斜儀和垂向固定式測斜儀。

4　主要監(jiān)測成果

京石段應急供水工程的3座輸水渡槽，自2008年9月開始通水，陶岔渠首至石家莊段工程的28座輸水渡槽，于2013年末至2014年10月進行充水試驗，2014年11月以后正式通水。

京石段應急供水工程的3座輸水渡槽經(jīng)過近7年的運行，安全監(jiān)測數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常，各監(jiān)測物理量變化過程符合一般規(guī)律，結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形均已處于穩(wěn)定狀態(tài)。僅外觀檢查發(fā)現(xiàn)在冬季進出口槽身與閘室連接部位存在滲水現(xiàn)象，均及時采取了處理措施。

陶岔渠首至石家莊段工程的28座輸水渡槽在過水后，其中的20座建筑物運行狀況正常，安全監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)異常問題。其它8座輸水渡槽通過安全監(jiān)測發(fā)現(xiàn)以下四類異常問題：

1）部分渡槽進出口部位存在內(nèi)水外滲問題，包括十二里河渡槽、澧河渡槽、沙河渡槽、雙洎河支渡槽、牛亡牛河南支渡槽。由于這些部位多數(shù)位于高填方渠段，對工程運行安全影響較大。

2）個別渡槽結(jié)構(gòu)沉降量偏大，如草墩河渡槽進出口（充水試驗期間充水加載引起的沉降變形超過20 mm）、氵弟河渡槽第7跨與出口落地槽沉降量超警戒值（在設計值以內(nèi)），目前兩建筑物的沉降已趨于穩(wěn)定。

3）土壓力值超限，指氵弟河渡槽進出口閘基礎土壓力超設計限值，但在地基容許承載力的1.2倍以內(nèi)。

4）部分渡槽混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力超限，指鋼筋應力、混凝土應力或應變超限，包括沙河渡槽、魯山坡落地槽。其中混凝土應力在計算方面由于存在應變計與無應力計不匹配、材料參數(shù)選取和計算方法不準確等因素的影響，其結(jié)果僅供參考。

針對上述異常問題，設計單位根據(jù)安全監(jiān)測物理量的量值和變化趨勢進行了運行安全復核評價，認為目前建筑物處于運行安全狀態(tài)。

5　結(jié)語

南水北調(diào)中線干線工程全線已于2014年正式通水，將逐漸承擔向沿線20個大中城市及100多個縣（市）供水的任務，工程在政治、經(jīng)濟及社會等方面具有重大意義，因此工程的安全平穩(wěn)運行至關重要。輸水渡槽作為本工程的重點輸水建筑物，還需要在通水運行期間長期加強安全監(jiān)測工作，及時進行監(jiān)測成果分析，從而為工程調(diào)度運行提供決策支持。

［參考文獻］

［1］竺慧珠，陳德亮，管楓年.取水輸水建筑物叢書—渡槽［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［2］DL/T 5178-2003混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2003.

［4］SL 531-2012大壩安全監(jiān)測儀器安裝標準［S］.北京：中國水利水電出版社，2012.

［中圖分類號］TV698

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）02－0058－02

［收稿日期］#2015-08-31