南水北调中线工程输水渡槽的安全监测

王珍萍，马洪亮，徐岩彬，其其格（.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春，3006；2.水利部寒区工程技术研究中心，吉林长春，3006）



南水北调中线工程输水渡槽的安全监测

王珍萍1，2，马洪亮1，2，徐岩彬1，2，其其格1
（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春，130061；
2.水利部寒区工程技术研究中心，吉林长春，130061）

［摘 要］文中介绍了南水北调中线干线工程中，大型输水渡槽建筑物的安全监测项目设置、监测仪器设施安装埋设施工、监测数据采集情况，通过施工期、充水试验和通水运行期间监测成果分析对建筑物工作状态进行了评价，虽然个别建筑物在充水试验和通水运行期间发现了一些异常问题，但目前建筑物处于运行安全状态，最终对通水运行期输水渡槽的安全监测工作提出了建议。

［关键词］南水北调；中线干线工程；输水渡槽；安全监测

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物，是渠系建筑物中应用最广的交叉建筑物之一［1］。南水北调中线陶岔渠首至石家庄段工程和京石段应急供水工程共有大型输水渡槽31座，排水渡槽86座。为了监视建筑物的运行状态，布设在总干渠上的大型输水渡槽均进行了安全监测设计，安装埋设了多种安全监测仪器设施，在施工期、充水试验和通水期间通过监测数据采集和成果分析，为判断建筑物工作状态提供了最直接的依据。排水渡槽因建筑物级别较低，安全监测项目相对输水渡槽来说比较少。

1　安全监测项目与监测仪器设施

设计安全监测项目大体上可概括为三大类：设计条件类、变形类和受力状态类监测项目［2］。各类监测项目对应布置了一种或多种监测仪器设施。据统计，各渡槽工程使用的内观仪器主要采用振弦式传感器，少量支座反力计采用应变式，温度计采用差阻式或热敏电阻式。外观设施中沉降标点为不锈钢标芯、测斜管和沉降管普遍使用ABS材质，槽身收敛测点为自制挂钩。

1.1设计条件类

渡槽工程设计条件类监测物理量主要包括：工程运行水位、地下水位、建基面扬压力、土压力、结构内部温度等。该部分物理量不涉及工程建设过程，不同时段的状态值均可通过监测仪器直接获取［2］。

此类监测项目包括的监测仪器设施有：水尺（复合高分子材料）、渗压计、测压管、界面土压力计、温度计等。

1.2变形类

渡槽工程变形类监测项目主要包括：结构表面垂直位移、不同结构块之间或同一结构块不同部位之间差异沉降、挠度、基础沉陷、结构缝张开度及位错、挡土墙后土体内部变形等。这一类监测物理量与施工过程融合交织在一起，致使工程结构的实际变形过程难以通过监测手段获取，并且在实际中有条件获取的主要是工程结构形成，安全监测设施具备监测条件之后的部分变形量。

此类监测项目包括的监测仪器设施有：沉降标点、收敛测点、沉降计或单（多）点位移计、测缝计、位错计、测斜管、沉降管等。

1.3受力状态类

渡槽工程结构受力状态监测项目主要包括：建筑物结构（槽身、进出口结构）混凝土应力应变、钢筋应力、预应力锚索（杆）荷载、支座承受荷载等。此类监测项目包括的监测仪器设施有：混凝土应变计（组）、无应力计、钢筋计（组）、锚索（杆）测力计、支座反力计等。

监测点的实际应力状态与监测仪器埋设精度、埋设时温度环境、钢筋温度、建筑物结构混凝土施工过程中的温度环境、模板刚度、混凝土浇筑过程、混凝土局部实际配合比等多种不确定因素有关，因此，与变形类监测项目类似，也无法通过监测手段直接精确获取建筑物结构在监测点处的结构实际应力状态。

2　安全监测施工

安全监测施工过程中主要执行各建筑物的设计技术要求，包括监测仪器采购、进场检验、率定、电缆连接、安装埋设、电缆牵引和保护、考证等。

各类监测仪器的安装埋设施工技术与规程规范［4-5］要求保持一致，在此不一一描述，仅对施工中由业主单位组织制定了特殊要求的锚索（杆）测力计安装方法进行详细叙述。

工程渡槽建筑物渡安全监测使用的锚索测力计与锚具配套，包括圆形和扁形两种。在张拉施工初期，经对3座倒虹吸和2座渡槽进行调研分析发现，近70%的监测预应力筋锁定损失超设计允许值，锁定损失最大值超过30%。随后，业主单位制定了《南水北调中线干线工程预应力设计、施工和管理技术指南》，要求锚索张拉前待安装的测力计应与张拉系统进行联合率定，同时对锚具安装标准、张拉程序提出了要求。经改进后，随后的监测结果显示预应力筋锁定损失明显好转。

锚杆测力计与φ32精轧螺纹钢筋匹配，安装方法与锚索测力计接近，只是在进行每一级张拉时，测力计受力将归零，最后一级张拉可计算设计吨位下的预应力锚杆锁定损失。

3　数据采集

施工期、充水试验和通水运行初期的监测数据采集工作一直由各建筑物的安全监测施工单位负责，设计单位根据建筑物运行情况详细规定了内外观仪器设施的观测频次。

1）内观仪器数据采集。使用的二次仪表均为振弦式读数仪。

2）表面垂直位移监测。采用精密水准法观测，水准测量中使用的仪器、施测方法和精度等要求满足GB12897-2006《国家一、二等水准测量规范》的要求。

水准基点至工作基点、工作基点至建筑物测点按国家一等水准观测要求施测；工作基点至渠道测点按国家二等水准观测要求施测。

3）表面水平位移监测。根据测点布设的实际情况和现场观测条件，可采用视准线法、前方交会法、极坐标法、收敛法或GPS法进行观测。使用全站仪观测时每一测次应观测二测回，每测回包括正倒镜各照准棱镜两次并读数两次，取均值作为该测回之观测值。各测次、测回均采用同一度盘分划线。全站仪和棱镜的对中精度不低于0.2 mm；棱镜的倾斜度不大于4.0′；全站仪长水准气泡偏离值不大于0.5格。

4）梁式渡槽挠度监测。主要是建筑物的竖向弯曲，可采用收敛法或沉降点法监测。观测点应选在建筑物两端和中间3个测点。使用收敛计观测挠度时，每一测次应进行三次重复观测，三次读数差不应大于收敛计的精度值。观测时，应同时测记环境温度。非铟钢尺收敛计进行挠度计算时应进行温度改正。应定期对地面锚栓测点的高程进行校测。

5）填土内部变形监测。内部分层沉降监测使用电磁式沉降仪、水平固定式测斜仪和多点位移计。内部分层水平位移监测使用滑动式测斜仪和垂向固定式测斜仪。

4　主要监测成果

京石段应急供水工程的3座输水渡槽，自2008年9月开始通水，陶岔渠首至石家庄段工程的28座输水渡槽，于2013年末至2014年10月进行充水试验，2014年11月以后正式通水。

京石段应急供水工程的3座输水渡槽经过近7年的运行，安全监测数据未发现异常，各监测物理量变化过程符合一般规律，结构内力、变形均已处于稳定状态。仅外观检查发现在冬季进出口槽身与闸室连接部位存在渗水现象，均及时采取了处理措施。

陶岔渠首至石家庄段工程的28座输水渡槽在过水后，其中的20座建筑物运行状况正常，安全监测未发现异常问题。其它8座输水渡槽通过安全监测发现以下四类异常问题：

1）部分渡槽进出口部位存在内水外渗问题，包括十二里河渡槽、澧河渡槽、沙河渡槽、双洎河支渡槽、牛亡牛河南支渡槽。由于这些部位多数位于高填方渠段，对工程运行安全影响较大。

2）个别渡槽结构沉降量偏大，如草墩河渡槽进出口（充水试验期间充水加载引起的沉降变形超过20 mm）、氵弟河渡槽第7跨与出口落地槽沉降量超警戒值（在设计值以内），目前两建筑物的沉降已趋于稳定。

3）土压力值超限，指氵弟河渡槽进出口闸基础土压力超设计限值，但在地基容许承载力的1.2倍以内。

4）部分渡槽混凝土结构内力超限，指钢筋应力、混凝土应力或应变超限，包括沙河渡槽、鲁山坡落地槽。其中混凝土应力在计算方面由于存在应变计与无应力计不匹配、材料参数选取和计算方法不准确等因素的影响，其结果仅供参考。

针对上述异常问题，设计单位根据安全监测物理量的量值和变化趋势进行了运行安全复核评价，认为目前建筑物处于运行安全状态。

5　结语

南水北调中线干线工程全线已于2014年正式通水，将逐渐承担向沿线20个大中城市及100多个县（市）供水的任务，工程在政治、经济及社会等方面具有重大意义，因此工程的安全平稳运行至关重要。输水渡槽作为本工程的重点输水建筑物，还需要在通水运行期间长期加强安全监测工作，及时进行监测成果分析，从而为工程调度运行提供决策支持。

［参考文献］

［1］竺慧珠，陈德亮，管枫年.取水输水建筑物丛书—渡槽［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［2］DL/T 5178-2003混凝土坝安全监测技术规范［S］.北京：中国电力出版社，2003.

［4］SL 531-2012大坝安全监测仪器安装标准［S］.北京：中国水利水电出版社，2012.

［中图分类号］TV698

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）02－0058－02

［收稿日期］#2015-08-31