暗渠灾后检测方法及其应用

2017-01-06郭胜利

测绘通报 2016年12期

关键词：暗渠偏差断面

郭胜利

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

暗渠灾后检测方法及其应用

郭胜利

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

传统的暗渠检测是在暗渠内埋设监控点，利用全站仪、断面仪等进行检测，不但费时费力，而且监控点很容易被破坏，直接影响检测数据的准确性。随着测绘技术的发展，测量机器人更多地应用于高精度的形变工程检测中。本文以北拒马河暗渠灾后检测为例，重点介绍了运用测量机器人对灾后暗渠的水平位移、沉降及倾斜情况的检测及分析过程,为同类项目的开展提供了借鉴。

测量机器人；暗渠；断面;检测

一、工程概况

北拒马河暗渠工程是南水北调中线干线工程，是穿越北拒马河中支、北支的大型交叉建筑物，由渠首枢纽、输水暗渠、退水系统3部分组成。其中输水暗渠在桩号BH0+140—BH0+372段穿越中支河道，在桩号BH1+135—BH1+400段穿越北支河道。

“7·21”洪峰到达北拒马河中支输水暗渠断面时，洪峰流量约800 m3/s，受暗渠下游侧河道内砂石坑影响，北拒马河中支河道河床冲刷严重，导致穿越中支河道的输水暗渠结构外露，面临失稳的重大险情。

为评价工程安全状态，在研究进一步对工程进行防护加固前，需对北拒马河中支段输水暗渠进行全面系统检测。本文重点介绍测绘专业对暗渠的相关检测。

经排水目视检测，暗渠内部结构完好，暗渠箱体没有明显裂缝，存在零星渗水点，部分结构缝材料破损。因此，本次暗渠检测的重点在暗渠的形变上。由于暗渠的检测要求测量精度高，暗渠内传统的GPS高精度定位无法实施，因此，采用高精度测量机器人和电子水准仪来获取暗渠在水平、垂直方向上的变形数据，与初始数据进行比较，以分析暗渠的稳定与安全。

二、检测内容

本次检测针对洪水过后输水暗渠的整体稳定、结构安全等开展相关检测工作，为能否继续输水提出意见。

输水暗渠检测范围为北拒马河中支河道段(桩号BH0+140—BH0+400)，长度260 m。检测内容为：输水暗渠水平位移、沉降及倾斜情况。

三、现场检测

1. 工作方法

根据场地实际条件，利用工程前期保留的C级GPS点作为起算控制点，在暗渠口外侧稳定、牢固、距离暗渠口较近的地方布设了一对静态D级GPS监测点，作为后续导线的起算点。利用Leica TS30 0.5 s测量机器人，从暗渠口向暗渠内布设一条一级支导线，将暗渠外的坐标引入暗渠内部进行观测。暗渠内部的检测断面设置在每段结构缝的两侧20 cm的位置，这样可以保证每段箱涵的两端都能得到检测；利用测量机器人的无棱镜测距功能，测量出暗渠内侧下游边墙中部位置的坐标，与设计坐标进行比较分析。

高程控制利用DNA03数字水准仪引测三等水准至暗渠入口，观测顺序为后前前后；再利用四等水准引测暗渠各段检测断面位置处底板中部顶高程，与设计高程进行比较。

2. 首级控制

起算控制点为C级GPS点：CJM3和CJM4。外业观测使用的主要设备为4台Trimble R8MODEL3 GPS接收机。

外业观测技术指标为：

1) 观测时段长度≥60 min；

2) 仪器对中误差≤3 mm，气泡居中；

3) 卫星截止高度角≥15°；

4) 有效观测卫星总数≥4；

5) 观测时段数≥2；

6) 静态采样间隔5～15 s；

7) 点位几何图形强度因子PDOP值≤6。

3. 水平位移检测

(1) 检测方法

通过测量BH0+086.6—BH0+375.0段输水暗渠右孔内侧边墙中部的位置坐标，确定输水暗渠右侧边线位置，并与设计边线坐标进行比较。

(2) 检测结果

检测结果见表1。

表1 输水暗渠右孔水平偏差 m

(3) 结果与分析

根据北拒马河暗渠工程招标文件要求，混凝土结构表面的允许偏差见表2。

表2 混凝土结构表面的允许偏差

从检测结果可以看出，输水暗渠右孔内侧边墙轮廓线的位移偏差大部分都在原设计要求允许的10 mm范围内，仅桩号BH0+200.0处偏差较大，为18 mm。

因暗渠整体结构轮廓偏差不大，且方向不一致，经分析认为暗渠偏移是由施工误差和测量误差引起的，暗渠没有因洪水发生向下游的水平位移。

4. 沉降位移检测

(1) 检测方法

利用Leica DNA03数字水准仪，测量BH0+078.2—BH0+390.0段输水暗渠每个检测断面处底板顶高程，并与竣工图结构高程进行比较。

1) 右孔：以结构缝为界，对暗渠逐节进行测量。每节测2个断面(两端各1个)，每个断面测3个点(底板腋角处各1个、洞中1个)。

2) 左孔：以结构缝为界，每3节对暗渠进行一次测量。

(2) 检测结果

检测结果见表3、表4。

表3 输水暗渠右孔竖直偏差 m

表4 输水暗渠左孔竖直偏差 m

(3) 结果与分析

从上述检测结果可以看出，输水暗渠右孔最大竖直偏差断面发生于桩号BH0+285.0断面处，偏差值为24 mm；结构缝前后最大相对竖直偏差发生于桩号BH0+345.0处，最大相对偏差值为8 mm；输水暗渠左孔最大竖直偏差断面发生于桩号BH0+125.0断面处，竖直偏差值为27 mm，结构缝前后最大相对竖直偏差发生于桩号BH0+125.0处，最大相对竖直偏差值为9 mm。

经对输水暗渠内部进行现场观察，输水暗渠结构缝前后底板平整度较差，主要是受施工阶段底板混凝土表面修补及暗渠输水冲刷影响(水流冲刷导致混凝土表面修补材料脱落)。因此，可判断输水暗渠实际沉降值应小于上述检测结果。

根据现场检测及分析，可以认定穿越北拒马河中支段输水暗渠竖直偏差主要是施工误差、测量误差造成的，且数值较小、没有规律性，可以认为暗渠本身沉降位移不会影响工程的结构安全。

5. 横向倾斜计算

(1) 检测方法

根据每节输水暗渠不同断面左右测点的沉降位移及水平距离计算结构倾斜度，从而判断输水暗渠结构倾斜情况。

(2) 检测结果

检测结果见表5。

表5 输水暗渠结构倾斜情况

(3) 结果与分析

从上述检测结果可以看出，有13节输水暗渠向上游倾斜，有9节输水暗渠向下游倾斜。而根据工程险情的实际情况，“7·21”洪水只能使输水暗渠向下游段斜。由此可见，以上结构倾斜度的检测结果与实际情况偏差较大，且没有规律性，主要是受洞内左右测点底板顶高程的施工误差及测量误差的影响，可以认为穿越北拒马河中支段的输水暗渠没有发生倾斜。

四、结论

本文从测绘专业角度分析了暗渠监测的方法和过程。此外，本次检测还应用了物探专业的地质雷达、高密度地震映象及多道瞬态面波3种方法，进一步分析了暗渠地基的掏空或渗透变形情况，并对输水暗渠内部裂缝和渗水点进行了检查分析。

经检测，“7·21”洪水后输水暗渠没有受到破坏，暗渠结构缝完整，止水效果良好。零星渗水虽有但不是本次洪水造成的，不影响结构安全。暗渠顶浆砌石护砌结构完整，对暗渠防冲起到了重要的保护作用。暗渠顶浆砌石勾缝有脱落现象，经重新勾缝后能发挥原设计功能。洪水冲刷没有影响暗渠地基，根据物探成果分析，暗渠地基密实稳定，没有发生冲刷或渗透破坏。暗渠没有发生沉降与位移。暗渠可以继续承担供水任务，发挥工程效益。

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The Method of Culvert Detection after Flood Disaster and Its Application

GUO Shengli

2016-05-17

郭胜利(1971—)，男，高级工程师，主要从事水利工程测量方面的工作。E-mail：gslee@qq.com