陳立剛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

北疆供水工程總干渠為大(2)型Ⅱ等工程，總干渠工程全長133.6km，主要由引水明渠、隧洞、渡槽、分水閘、節(jié)制退水閘、防洪堤以及伴渠公路、輸變電線路、通訊光纜等組成。渠道斷面形式有梯形斷面、弧形底梯形斷面，渠底寬4m，內外邊坡1∶2，縱坡1/10000～1/12500，渠深 5.4～6.2m，水深 4.68～5.36m，流速1～1.16m/s，設計加大流量75m3/s;白山嘴隧洞洞身長1792m，縱坡1/1000，洞徑6.9m，圓形無壓隧洞，洞壁為0.55m厚現澆鋼筋混凝土襯砌，設計加大流量120m3/s;博塔瑪依隧洞洞身長2350m，縱坡1/380，洞徑5.6m，馬蹄形無壓隧洞，洞壁為0.4m厚現澆鋼筋混凝土襯砌，設計加大流量120m3/s;烏倫古河渡槽五跨，槽身長 100m，矩形槽身，單槽 5.6m×5.6m，壁厚0.4m，雙槽單向預應力結構，設計加大流量120m3/s;頂山隧洞全長15.351km，馬蹄形無壓隧洞，斷面尺寸5.2m×5.2m，底坡1/1050，加大設計流量55m3/s。

2 工程安全監(jiān)測的特點

北疆供水工程本身具有工程規(guī)模大、技術復雜、輸水距離長、環(huán)境條件惡劣等特性，因此，安全監(jiān)測工作具有自身特點。

a.建筑物種類多，監(jiān)測對象的結構、地質條件、建筑材料和施工各具特性，要采取多種監(jiān)測方法和應用技術。比如:GPS定位監(jiān)測工程位移，斷面沉降監(jiān)測采用收斂監(jiān)測法。

b.自然環(huán)境惡劣，監(jiān)測工作的條件差，選擇適用于惡劣環(huán)境的監(jiān)測設備、儀器，確保采集系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性尤為重要。

c.數據采集方式多樣，從經濟、實用出發(fā)，數據采集方式采用了人工采集、運行期全自動采集、人工輔助測量等。

3 工程安全監(jiān)測情況簡述

北疆供水工程非常重視工程的現代化建設和科學化管理，運行十幾年來已建成了一套適應工程特點的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立了計算機網絡、數據中心，實現了辦公自動化、工程安全監(jiān)測，水情、雨情、水質、閘門遠程控制，圖像遠程監(jiān)控等自動化監(jiān)測功能。本文主要介紹北疆供水工程對總干渠、隧洞、渡槽的外部變形等監(jiān)測情況。

3.1 總干渠監(jiān)測

3.1.1 凍脹觀測

為了解渠道防滲工程防治凍脹措施的性能，監(jiān)測工程安全，總干渠在1998～2003年期間先后選取6個觀測斷面進行了凍脹觀測:24+170斷面(1998年11月21日～2001年3月29日三個冬季);19+900、19+950兩斷面(2002年12月1日～2003年3月31日一個冬季);93+850、94+050、94+950三個斷面(1999年12月7日～2003年3月31日四個冬季)。

a.觀測內容及方法。?凍脹位移量，用游標卡尺(精度0.02mm)直接量測襯砌板面上各測點至固定鋼梁底面的距離，每次讀數與初始讀數之差，即為相應的累積凍脹位移量;?凍融深度，將凍土器的內管從外管中豎向取出，用手捏摸膠管內形成冰柱部分的下限，并根據內管上的刻度線進行讀數，記為凍深。然后，再把內管小心豎直插入外管中。當土解凍時，要同時測定內管中冰柱的下限和上限的位置，并分別記為凍深和融深;?地表層溫度，每次觀測前，將曲管地溫計插入測點預留孔中，周圍縫隙用棉花塞實，待其他測定項目觀測完畢，再觀測地溫及氣溫數值，然后收回地溫計、氣溫計，備用。

b.數據分析及成果。通過數據分析，幾個斷面變形變化量較大時段在1、2兩個月，受氣溫變化影響較大，變化量較大的部位在邊坡中部以下與渠底中部，邊坡最大變化量+68mm，渠底最大變化量+81mm。從試驗與觀測成果分析看，引起渠道發(fā)生變形的，不單純僅是因泥巖的凍脹或泥巖的膨脹，應是兩者交替或同時出現的，泥巖膨脹的表現則較為突出，這為總干渠泥巖段換填處理提供了決策依據。

3.1.2 外部變形監(jiān)測

為了解總干渠變形情況，獲得監(jiān)測數據，分析渠道的穩(wěn)定狀態(tài)，為渠道安全運行提供基本數據，總干渠分別在泥巖段(25+914、27+533)、濕陷段(94+989～97+089)、深挖方段(91=505-92+800)、高填方段渡槽兩端五個不同渠段，設置外部變形監(jiān)測斷面20個。2008年9月完成首期變形監(jiān)測，以后每年按計劃進行監(jiān)測。

a.觀測內容及方法。?豎向位移，用符合水準路線四等水準測量方法，測定各點初始高程值，每次高程值與初始高程值之差，即為相應的累積位移量;?水平位移，分橫向水平位移和縱向水平位移，采用GPS定位觀測。

b.數據分析及成果。豎向變形成果表明:濕陷段兩側渠頂部分測點與外圍原地面部分測點位移量較大;渡槽累計沉降量最大點為渡槽上游側測點Z506，沉降量為27.47mm，其他測點累計沉降量均在12.53～19.39mm之間，說明此部位的位移量比較大，應引起注意，加強這些部位的巡視檢查;深挖方段測點沉降很小，泥巖段測點穩(wěn)定;水平向變形成果表明，各斷面大部分測點變形都不大，或已穩(wěn)定，目前不會對渠道產生不利影響。

3.1.3 滲流觀測

為了解渠道滲流情況，停水期及時排出渠堤內的水，預防渠道襯砌結構在揚壓力的作用下發(fā)生水脹破壞，總干渠在20～40km段和92km段泥巖換填處理中增設了縱橫排水體，其中20～40km段設17個集水井抽排，92km段設兩個自流排水。

a.觀測內容及方法。集水井抽排主要采用電泵自動抽排方式，根據出水量、出水時間計算滲流量。自流排水是人工用容器直接量測滲流量。

b.數據分析及成果。滲流數據顯示渠道滲流量隨渠道流量水位的變化而變化，總干渠水位增大時，滲流量相應地增加;總干渠水位減小時，滲流量相應地減小，最大滲流量為5.279L/s，渠道停水后檢查未發(fā)生水脹破壞現象。

3.2 隧洞監(jiān)測

3.2.1 位移觀測

總干渠有三條輸水隧洞，由于三條隧洞均位于軟巖地區(qū)，運行通水期間安全穩(wěn)定問題非常重要，因此，分別于2004年和2005年，在3條隧洞混凝土襯砌上安裝位移標點，并進行初始值觀測。其中白山嘴隧洞安裝5個底板位移標點，2個頂拱位移標點;博塔瑪依隧洞安裝6個底板位移標點，3個頂拱位移標點;頂山隧洞安裝40個底板位移標點，7個頂拱位移標點，7個收斂監(jiān)測斷面。每年按計劃進行觀測，監(jiān)測隧洞位移相對初始值變化情況，分析隧洞通水運行期間安全穩(wěn)定情況。

a.監(jiān)測內容及方法。位移標點觀測用瑞士WILD NA2型精密水準儀進行觀測，水準測量等級為二級水準。每年通水前后各觀測1～2次。往返較差(閉合差):δ為往返較差(mm)，L為附合(閉合)水準路線長度(km)。

b.數據分析及成果。檢測結果表明，三條隧洞位移變化量和變化速率均在規(guī)定范圍內，目前底板、頂拱變形基本穩(wěn)定。

3.2.2 變形監(jiān)測

頂山隧洞在建設期提前埋設了永久式自動化檢測儀器，為運行后自動化安全監(jiān)測奠定了基礎。運行期的觀測儀器分為兩類，一類為圍巖與一次支護中的儀器，包括多點位移計、單點位移計、雙點位移計、格柵拱架鋼筋計和錨桿應力計，共54支;第二類為混凝土襯砌內部的觀測儀器，包括無應力計、鋼筋計和應變計，共5個觀測斷面144支儀器。

a.監(jiān)測內容及方法。建立在自動化信息系統(tǒng)平臺上的頂山隧洞自動化監(jiān)測儀器可以實現全天候在線實時監(jiān)測。每日采集8:00、20:00兩個時段數據，對各測點采集的數值做變化分析，評價隧洞運行期間安全穩(wěn)定情況。

b.數據分析及成果。通水期間監(jiān)測資料表明，監(jiān)測儀器變化規(guī)律正常，受內水作用和溫度影響，各物理量均處于緩慢變化或基本穩(wěn)定過程，隧洞運行狀態(tài)總體是正常的，隧洞處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結語

北疆供水工程是我國已建成的最長的大型調水工程，承擔著向北疆工農業(yè)較發(fā)達地區(qū)及城市供水的艱巨任務，工程在政治、經濟及社會等方面具有重大意義，因此工程的安全運行就顯得尤為重要。工程管理單位在工程的安全監(jiān)測方面做了大量工作，引入了很多新的科學技術，建成了集人工采集、運行期全自動遠程采集、人工輔助測量等為一體的信息管理系統(tǒng)，為工程的安全運行和專家決策提供了可靠的數據支持，同時也積累了大量的寶貴經驗，可為國內同類工程運行管理工作提供借鑒。

周小兵，張立德，達楞塔.長距離大型調水工程運行管理實踐［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.