寒区渠道衬砌监测技术应用研究

张晓波

（北京中水万源科技公司，北京 100070）

寒区渠道衬砌监测技术应用研究

张晓波

（北京中水万源科技公司，北京 100070）

为削减渠道衬砌下的土体由于冻融引起的冻胀破坏问题，需要研究土体冻胀过程中温度场、冻胀量、应力场的变化过程及数值分布，这就需要一套系统完善的监测技术，对渠道下土体的冻胀过程与结构内力进行定量分析，为寒冷地区渠道提供安全有效的衬砌结构。

渠道衬砌；冻胀破坏；监测系统；传感器；数据采集；远程传输；设计实例

0 前 言

渠系建筑物的冻胀破坏问题一直普遍存在于寒冷地区的季节冻土区内，渠道基土由于含水量较大，在冻胀过程中，水分源源不断的迁移、聚集，是造成破坏的主要原因，冻害造成的渠道衬砌表面剥蚀、整体滑塌，是对工程资源的极大浪费，因此，铺设适合寒区应用的，结构合理，使用寿命较长的衬砌结构形式是渠道工程中需要考虑的首要问题［1］。

选择合理的衬砌结构形式就需要对现有的渠道衬砌进行长期观测与数值分析，发现冻胀破坏的发展与分布规律，研究各要素之间的联系与影响。才能从根本上选择合理的衬砌结构形式，来有效地预防和减缓寒冷地区渠道工程的冻胀破坏问题。

因此渠系工程亟需一套完整有效的监测技术应用于野外及现场的试验工程中，才能广泛深入的进行土体的冻胀量、冻胀力、冻胀机理与防冻措施的研究。

1 监测系统

1.1 测量传感器

1）温度场：温度场的观测选择 PT100铂电阻型温度传感器，其高低温性能稳定，便于携带与数据采集。温度传感器见图1。

2）冻胀量：冻胀量的观测选择位移计来完成，有时在现场监测断面较大，地形复杂的情况下，可选择全站仪来完成渠道衬砌表面的沉降变化。位移传感器见图2。

图 1 温度传感器

图2 位移传感器

3）孔隙水压力：渗压计监测渠道土体的孔隙水压力。

1.2 数据采集与处理系统

数据采集与处理系统采用智能型可编程数据采集仪。数据采集仪示意图见图3。

图3 数据采集仪

1.3 远程传输系统

支持根据域名和IP地址访问中心多种工作模式选择，支持串口软件升级和远程维护，使用方便、灵活。

2 现场监测设计实例

2.1 工程地质概况

文章选取位于黑龙江省北部引嫩干渠上的一段典型试验断面进行现场监测。工程区位于松嫩低平原东北部，地形北高南低，东高西低，南北向地形比降约1／5 000，东西向地面比降约1／3 000，地面高程为130～180 m，平均高出嫩江河床 3～6 m，地势低平，呈微波状或缓倾斜状起伏，地表水系不发育，沼泽湿地及湖泡分布其间。地质构造较复杂。

2.2 观测内容

观测内容包括：温度观测、变形观测和地下水位观测。在观测断面上埋设传感器采集数据，每个观测断面采用的观测形式、测点布置均相同，便于对比与分析。

2.3 温度观测方案

断面温度传感器布置见图5所示。图5中A和 A’点为堤肩，B和 B’点为2／3坡高，C和 C’点为1／2坡高，D和 D’点为 1／3坡高，E和 E’点为固脚底中点。温度传感器埋置深度为 0cm（即位于防护结构底 面）、5 cm、20 cm、40 cm、80 cm、120 cm、160 cm、200 cm、250 cm。

图5 监测断面温度传感器布置图

2.4 变形观测方案

在监测断面设置 6个观测点，观测点的位置如图6所示，图中 A和 A’点为堤肩，B和 B’点为4／5坡高，C和 C’点为3／5坡高，D和 D’点为2／5坡高，E和 E’点为1／5坡高，F和 F’点为固脚上顶面。

图6 变形观测点布置图

2.5 地下水位监测

地下水位观测采用水位观测井方法，观测断面布置在渠顶。水位观测井深约 5～10 m，口径为110 mm。通过自动化采集系统监测、传输、储存地下水位动态资料。

2.6 监测周期

监测周期根据工程需要及采集数据的特征来选定。尽量多采集经历几个冻融循环周期的数据，保证采集结果的完整准确性。

3 结 论

应用本套监测系统已经进行了多次冻融循环、多段试验工程的渠道衬砌断面的监测，对采集的数据进行分析后选择适合不同地区、不同地质条件的衬砌结构形式对渠道起到了很好的防护作用，有效地消减了冻胀破坏与冻融循环的影响，对提高渠道工程的抗冻耐久性起到了重要作用，该套渠道工程监测技术有很好的推广及应用价值。

［1］王德新.肖家湾隧道溶洞暗河涌水段二次衬砌监测技术［J］.铁道标准设计，2006（06）：72-74.

App lication Research on Channel Lining M onitoring Technology in Cold Area

ZHANG Xiao-bo

（Beijing China WaterWanyuan Technology Company，Beijing 100070，China）

In order to protect the canal lining from the freezing and thawing damage problems，it is necessary to study the temperature field of frost heaving process，frost heave，change process and numerical stress distribution.This requires a set of perfect system monitoring technology to conduct quantitative analysis of frost heave process for the internal force and the structure on the channel and lower soil，so as to provide safe and effective channel lining structure in cold area.

canal lining；frost damage；monitoring system；sensor；data acquisition；remote transmission；design example

U456.3

B

1007-7596（2015）02-0029-02

2014-04-12

张晓波（1985-），男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师。