王珍萍，馬洪亮，徐巖彬，其其格（.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春，3006；2.水利部寒區(qū)工程技術(shù)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(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春，130061；
2.水利部寒區(qū)工程技術(shù)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(xiàng)目設(shè)置、監(jiān)測儀器設(shè)施安裝埋設(shè)施工、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集情況，通過施工期、充水試驗(yàn)和通水運(yùn)行期間監(jiān)測成果分析對建筑物工作狀態(tài)進(jìn)行了評價(jià)，雖然個(gè)別建筑物在充水試驗(yàn)和通水運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)了一些異常問題，但目前建筑物處于運(yùn)行安全狀態(tài)，最終對通水運(yùn)行期輸水渡槽的安全監(jiān)測工作提出了建議。

［關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yùn)行狀態(tài)，布設(shè)在總干渠上的大型輸水渡槽均進(jìn)行了安全監(jiān)測設(shè)計(jì)，安裝埋設(shè)了多種安全監(jiān)測儀器設(shè)施，在施工期、充水試驗(yàn)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(xiàng)目相對輸水渡槽來說比較少。

1　安全監(jiān)測項(xiàng)目與監(jiān)測儀器設(shè)施

設(shè)計(jì)安全監(jiān)測項(xiàng)目大體上可概括為三大類：設(shè)計(jì)條件類、變形類和受力狀態(tài)類監(jiān)測項(xiàng)目［2］。各類監(jiān)測項(xiàng)目對應(yīng)布置了一種或多種監(jiān)測儀器設(shè)施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jì)采用應(yīng)變式，溫度計(jì)采用差阻式或熱敏電阻式。外觀設(shè)施中沉降標(biāo)點(diǎn)為不銹鋼標(biāo)芯、測斜管和沉降管普遍使用ABS材質(zhì)，槽身收斂測點(diǎn)為自制掛鉤。

1.1設(shè)計(jì)條件類

渡槽工程設(shè)計(jì)條件類監(jiān)測物理量主要包括：工程運(yùn)行水位、地下水位、建基面揚(yáng)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(shè)過程，不同時(shí)段的狀態(tài)值均可通過監(jiān)測儀器直接獲?。?］。

此類監(jiān)測項(xiàng)目包括的監(jiān)測儀器設(shè)施有：水尺（復(fù)合高分子材料）、滲壓計(jì)、測壓管、界面土壓力計(jì)、溫度計(jì)等。

1.2變形類

渡槽工程變形類監(jiān)測項(xiàng)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(chǔ)沉陷、結(jié)構(gòu)縫張開度及位錯(cuò)、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(shí)際變形過程難以通過監(jiān)測手段獲取，并且在實(shí)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(shè)施具備監(jiān)測條件之后的部分變形量。

此類監(jiān)測項(xiàng)目包括的監(jiān)測儀器設(shè)施有：沉降標(biāo)點(diǎn)、收斂測點(diǎn)、沉降計(jì)或單（多）點(diǎn)位移計(jì)、測縫計(jì)、位錯(cuò)計(jì)、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(xiàng)目主要包括：建筑物結(jié)構(gòu)（槽身、進(jìn)出口結(jié)構(gòu)）混凝土應(yīng)力應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力錨索（桿）荷載、支座承受荷載等。此類監(jiān)測項(xiàng)目包括的監(jiān)測儀器設(shè)施有：混凝土應(yīng)變計(jì)（組）、無應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)（組）、錨索（桿）測力計(jì)、支座反力計(jì)等。

監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與監(jiān)測儀器埋設(shè)精度、埋設(shè)時(shí)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(shí)際配合比等多種不確定因素有關(guān)，因此，與變形類監(jiān)測項(xiàng)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(diǎn)處的結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)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(shè)計(jì)技術(shù)要求，包括監(jiān)測儀器采購、進(jìn)場檢驗(yàn)、率定、電纜連接、安裝埋設(shè)、電纜牽引和保護(hù)、考證等。

各類監(jiān)測儀器的安裝埋設(shè)施工技術(shù)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(jì)安裝方法進(jìn)行詳細(xì)敘述。

工程渡槽建筑物渡安全監(jiān)測使用的錨索測力計(jì)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(jìn)行調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，近70%的監(jiān)測預(yù)應(yīng)力筋鎖定損失超設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)、施工和管理技術(shù)指南》，要求錨索張拉前待安裝的測力計(jì)應(yīng)與張拉系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合率定，同時(shí)對錨具安裝標(biāo)準(zhǔn)、張拉程序提出了要求。經(jīng)改進(jìn)后，隨后的監(jiān)測結(jié)果顯示預(yù)應(yīng)力筋鎖定損失明顯好轉(zhuǎn)。

錨桿測力計(jì)與φ32精軋螺紋鋼筋匹配，安裝方法與錨索測力計(jì)接近，只是在進(jìn)行每一級張拉時(shí)，測力計(jì)受力將歸零，最后一級張拉可計(jì)算設(shè)計(jì)噸位下的預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定損失。

3　數(shù)據(jù)采集

施工期、充水試驗(yàn)和通水運(yùn)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(fù)責(zé)，設(shè)計(jì)單位根據(jù)建筑物運(yùn)行情況詳細(xì)規(guī)定了內(nèi)外觀儀器設(shè)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(zhǔn)法觀測，水準(zhǔn)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(zhǔn)測量規(guī)范》的要求。

水準(zhǔn)基點(diǎn)至工作基點(diǎn)、工作基點(diǎn)至建筑物測點(diǎn)按國家一等水準(zhǔn)觀測要求施測；工作基點(diǎn)至渠道測點(diǎn)按國家二等水準(zhǔn)觀測要求施測。

3）表面水平位移監(jiān)測。根據(jù)測點(diǎn)布設(shè)的實(shí)際情況和現(xiàn)場觀測條件，可采用視準(zhǔn)線法、前方交會(huì)法、極坐標(biāo)法、收斂法或GPS法進(jìn)行觀測。使用全站儀觀測時(shí)每一測次應(yīng)觀測二測回，每測回包括正倒鏡各照準(zhǔn)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(zhǔn)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(diǎn)法監(jiān)測。觀測點(diǎn)應(yīng)選在建筑物兩端和中間3個(gè)測點(diǎn)。使用收斂計(jì)觀測撓度時(shí)，每一測次應(yīng)進(jìn)行三次重復(fù)觀測，三次讀數(shù)差不應(yīng)大于收斂計(jì)的精度值。觀測時(shí)，應(yīng)同時(shí)測記環(huán)境溫度。非銦鋼尺收斂計(jì)進(jìn)行撓度計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度改正。應(yīng)定期對地面錨栓測點(diǎn)的高程進(jìn)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(diǎn)位移計(jì)。內(nèi)部分層水平位移監(jiān)測使用滑動(dòng)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(yīng)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(jìn)行充水試驗(yàn)，2014年11月以后正式通水。

京石段應(yīng)急供水工程的3座輸水渡槽經(jīng)過近7年的運(yùn)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(jìn)出口槽身與閘室連接部位存在滲水現(xiàn)象，均及時(shí)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(yùn)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(jìn)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(yùn)行安全影響較大。

2）個(gè)別渡槽結(jié)構(gòu)沉降量偏大，如草墩河渡槽進(jìn)出口（充水試驗(yàn)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(shè)計(jì)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(jìn)出口閘基礎(chǔ)土壓力超設(shè)計(jì)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(yīng)力、混凝土應(yīng)力或應(yīng)變超限，包括沙河渡槽、魯山坡落地槽。其中混凝土應(yīng)力在計(jì)算方面由于存在應(yīng)變計(jì)與無應(yīng)力計(jì)不匹配、材料參數(shù)選取和計(jì)算方法不準(zhǔn)確等因素的影響，其結(jié)果僅供參考。

針對上述異常問題，設(shè)計(jì)單位根據(jù)安全監(jiān)測物理量的量值和變化趨勢進(jìn)行了運(yùn)行安全復(fù)核評價(jià)，認(rèn)為目前建筑物處于運(yùn)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(dān)向沿線20個(gè)大中城市及100多個(gè)縣（市）供水的任務(wù)，工程在政治、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)等方面具有重大意義，因此工程的安全平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。輸水渡槽作為本工程的重點(diǎn)輸水建筑物，還需要在通水運(yùn)行期間長期加強(qiáng)安全監(jiān)測工作，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測成果分析，從而為工程調(diào)度運(yùn)行提供決策支持。

［參考文獻(xiàn)］

［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(shù)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(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國水利水電出版社，2012.

［中圖分類號］TV698

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）02－0058－02

［收稿日期］#2015-08-31