歐千1. 張向東2.1.江蘇科興項目管理有限公司; 2.杭州市港航管理局

淺談航電樞紐運行工況下高水頭船閘原型監(jiān)測

歐千1. 張向東2.1.江蘇科興項目管理有限公司; 2.杭州市港航管理局

利用自動化系統(tǒng)和各種測試手段之間相互分析驗證監(jiān)控數(shù)據(jù)，第一時間準確掌握新建船閘的真實狀況，確保施工期的安全，以此指導施工和優(yōu)化設(shè)計。

高水頭船閘 原型監(jiān)測 揚壓力 土壓力

一、船閘原型監(jiān)測內(nèi)容

某某江船閘擴建改造工程新建Ⅳ級標準船閘一座，船閘兼顧1000噸級船舶的過閘要求，船閘有效尺度為300m×23m×4.5m（閘室長×寬×門檻水深），水頭差20.2m，船閘總長364m；船閘建設(shè)在航電樞紐-某某某水電站位于浙江某某江上，控制流域面積31300平方公里，多年平均流量1000秒立米，設(shè)計洪水流量23100秒立米，總庫容8.74億立米，設(shè)計灌溉面積6萬畝。裝機容量29.72萬千瓦。原有船閘加固改造；船閘下游引航道整治，壩下唐家洲左側(cè)河道切灘疏浚及行洪渠道開挖，船閘配套及附屬工程，建設(shè)上游錨泊服務(wù)區(qū)及遠方調(diào)度站、助航安全保障設(shè)施及其他配套設(shè)施等。安全監(jiān)測中的變形監(jiān)測內(nèi)容涉及水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、基準點監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、錨桿應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、土壓力、水壓力、裂縫、內(nèi)部變形（測斜）、內(nèi)部變形（多點變位）、滲流監(jiān)測等。

位移監(jiān)測采用全自動全站儀極坐標法和視準線法，沉降觀測使用水準測量法 ，深層位移采用測斜儀，通過測量測斜儀軸線與鉛垂線之間夾角變化量，可以測出不同深度土體的水平位移，監(jiān)測土、巖石和建筑物的側(cè)向位移，測量深度可達百米，且能連續(xù)測出鉆孔不同深度的相對位移的大小和方向。揚壓力監(jiān)測采用用于土木基底揚壓力觀測的滲壓計，推薦采用原裝振弦式傳感器，應(yīng)具有高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定性的特點，適于長期觀測。不銹鋼結(jié)構(gòu)體，防水性能好，堅固耐用。能兼測測點的溫度。沖擊水壓保護。墻后土壓力監(jiān)測采用土壓力計，當被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)土應(yīng)力發(fā)生變化時，土壓力計感應(yīng)板同步感受應(yīng)力的變化，感應(yīng)板將會產(chǎn)生變形，變形傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物的壓應(yīng)力值。同時可同步測出埋設(shè)點的溫度值。混凝土裂縫觀測應(yīng)對裂縫分布、位置、長度、寬度、深度及是否形成貫穿裂縫進行觀測，可在裂縫兩側(cè)的混凝土表面各埋設(shè)一個金屬標點，裂縫寬度采用游標卡尺測量，裂縫深度采用超聲波法觀測。每條裂縫的測試區(qū)不宜少于 3 個，每個測試區(qū)內(nèi)裂縫寬度觀測點不宜少于 4個。 沉降縫觀測主要觀測沉降縫的寬度、豎向錯位變化。對沉降縫觀側(cè)時，應(yīng)同時觀測混凝土溫度、氣溫和水溫及上、下游和閘室水位。對地下水位的監(jiān)測，采用鋼尺水位計量測。鋼筋應(yīng)力監(jiān)測采用應(yīng)力計，通過電焊的方式將應(yīng)力計焊接在鋼筋（錨桿）上，焊接強度不低于鋼筋（錨桿）強度。本工程使用的鋼筋（錨桿）計為振弦式，其原理是：利用應(yīng)力計受力后產(chǎn)生的變形，內(nèi)部電阻片產(chǎn)生變形，從而測出應(yīng)變值，得出鋼筋（錨桿）所受作用力的大小。根據(jù)采用的儀器，量測精度要求為 0.1MPa

二、數(shù)據(jù)處理與分析

原型觀測主要監(jiān)測在特殊環(huán)境下，傳感器在受外部環(huán)境的影響下在短時間內(nèi)表現(xiàn)的顯著反應(yīng)。我們對在特殊外部環(huán)境情況下監(jiān)測得到的變動數(shù)值進行分析，從而確定結(jié)構(gòu)體在當前環(huán)境下的受力狀況。因此，對傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析不針對長期條件下的累計變化。原型觀測傳感器在獲取測值的情況下，需要經(jīng)過公式計算，才能得出相關(guān)的力學值并進行分析。因所涉及的數(shù)據(jù)量較大，論文中數(shù)據(jù)僅羅列傳感器的部分相關(guān)參數(shù)。通過受力曲線圖的變化來判斷在監(jiān)測周期內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)變化，分析相關(guān)結(jié)構(gòu)部位的受力狀況。在項目整體完成情況下，我方實現(xiàn)了對原型觀測自動化的實現(xiàn)，將所有原型觀測感應(yīng)計納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)。滲流（揚壓力）監(jiān)測埋設(shè)滲壓計主要針對老船閘的基底滲流監(jiān)測和新船閘地基揚壓力。滲壓計計算公式為：

P = AR12+BR1+C+K(T1?T0)? （S1 ? S0）

通過監(jiān)測研究回填土在不同標高下的受力狀態(tài)，從而分析回填土在穩(wěn)定后的力學穩(wěn)定性。土壓力計的布設(shè)及相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 土壓力計位置及系數(shù)

土壓力計算公式：P = K（f12 ?f02）通過監(jiān)測，我方繪制了土壓力變化曲線。

通過監(jiān)測曲線分析，土壓力在布設(shè)完成后監(jiān)測初期數(shù)據(jù)變化大，側(cè)向壓力在填方過程中逐漸增大，到填方完成后側(cè)向壓力達到最大值。隨著荷載力趨于穩(wěn)定。

利用鋼筋應(yīng)力計和錨桿應(yīng)力計數(shù)據(jù)，分別分析監(jiān)測上下閘首的鋼筋在外部水流、上部施工等外部環(huán)境影響下的受力狀況和錨桿在外部水位變化等其他環(huán)境影響下的所受縱向拉應(yīng)力情況。

通過原型觀測數(shù)據(jù)分析，在特殊環(huán)境下，老閘滲流，新閘揚壓力，鋼筋應(yīng)力和錨桿拉應(yīng)力會出現(xiàn)數(shù)值變動。變化趨勢與環(huán)境變化（主要是水位變化）呈現(xiàn)相關(guān)性。因此在監(jiān)測過程中需要考慮下游水位變化。

三、結(jié)束語

監(jiān)測的實施和大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用自動化系統(tǒng)統(tǒng)計分析，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，總結(jié)出船閘施工時，新船閘主體結(jié)構(gòu)與圍堰、老船閘與周邊建（構(gòu)）筑物的變形、支護結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，可以實時、有效、有針對性地對薄弱位置進行加固加強措施，能夠有效地控制船閘的變形量，確保施工的安全和高效。

[1]黃建九，劉建軍.葛洲壩船閘原型觀測成果分析[J].中國三峽.1997(5) :32-34