南水北调中线干线工程高填方渠堤沉降变形分析

刘波

（中国水利水电第四工程局有限公司，青海西宁 810007）

1 工程概况

南水北调中线干线工程是国家南水北调工程的重要组成部分。南水北调中线一期工程从加高扩容后的丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿线开挖渠道，经唐白河流域西部过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西李村附近穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。

南水北调中线为Ⅰ等工程，总干渠渠道按1级建筑物设计，输水干线全长1432.493km。磁县管理处是干线重要组成部分，位于河北省磁县境内，起点桩号0+000，终点桩号40+056，本段长度40.056km，其中，渠道长38.986km。磁县段填方段长度为5.152km，填筑高度在10～16m之间。下面我们来对磁县段高填方渠堤的沉降变形进行分析。

2 监测仪器布设情况

磁县管理处辖区内总干渠1+270断面所处高填方渠段，该渠段整体呈下沉趋势。临近上游侧包含2个重点监测断面：0+600断面和1+000断面，除2重点监测断面外，每间隔90m布设1个一般监测断面，该渠段监测仪器设施具体布置见表1。

0+600断面、1+000断面、1+270断面的监测仪器布置图见图 1～图 3。

3 渗流监测成果分析

（1）0+600断面

0+600断面渗流监测布置6支测压管中渗压计，编号为JP1～JP6。各测点的渗流压力测值过程线见图4，特征值见表2。

监测成果显示，0+600断面渗压测值整体较小，仅左岸堤顶测压管内渗压计JP3的渗透压力于2018年7月开始持续呈增大趋势，但渗透压力最大值仅6.40kPa。左堤内其他2个测点的渗压测值未见异常。该断面各测点基本处于无水状态，说明未形成渗流通道，渠堤渗流稳定状态满足要求。

表1 高填方渠段0+420～1+800监测仪器设施统计

图1 总干渠0+600断面监测布置

表20 +600断面渗压计测值特征值统计表（kPa）

表31 +000断面渗压计测值特征值统计表（kPa）

图2 总干渠1+000断面监测布置

图3 总干渠1+270断面监测布置

图40 +600断面渗压计测值过程线

（2）1+000断面

1+000断面渗流监测布置5支测压管中渗压计，编号为JP1～JP5，各测点的渗流压力测值过程线见图5，特征值见表3。

图51 +000断面渗压计测值过程线

从过程线图可以看出，该断面渗压测值整体较小，测值基本在6.38kPa以内，基本处于无水状态，说明未形成渗流通道，渠堤渗流稳定状态满足要求。

4 变形监测成果分析

（1）渠堤内部变形监测

①0+600断面

该断面安装了2个沉降管，各测点累计沉降量测值过程线见图6。

图6 渠道0+600断面沉降管测值过程线

2016 年 12 月末，左堤 SD1-2（深 15.486m）、右堤 SD2-5（深8.901m）和SD2-9（深0.914m）测点的沉降量均发生突变，分别增大了367mm、258mm和121mm，2017年12月17日SD2-5沉降量又增大115mm，2017年2月20日SD2-9沉降量又增大56mm。此后，沉降变形较稳定。初步分析认为：由于沉降管采用钻孔安装，施工时个别磁环下方回填料不够密实，自然沉降后磁环发生塌落而引起测值突变，并不能代表渠堤内部出现整体下沉。沉降管其他测点与孔口部位表面垂直位移测点未见异常沉降，也可能说明渠堤未发生整体下沉。

当前，除SD1-2、SD2-5和SD2-9外，其他测点的沉降量在-15.0mm～16.5mm之间，渠堤内部沉降处于稳定状态。

②1+000断面

该断面安装2套多点位移计（4点式），左岸多点位移计DW1已失效，DW2的#4测点也已失效，右岸DW2其他测点的测值过程线见图7。

图7 渠道1+000断面多点位移计测值过程线

从测值过程线上看，目前各测点的绝对位移值在18.23mm以内，测值连续，变化平稳，其变化规律和趋势具有一致性和合理性，表明渠堤内部沉降变形无异常。

表4 高填方0+420～1+800渠段垂直位移测点统计

（2）渠坡表面变形监测

高填方渠段除重点监测断面外，每间隔90m布设1个一般监测断面，每个断面左右岸堤顶外侧各安装埋设一个垂直位移观测墩，具体信息见表4。

①0+600断面

0+600断面布置8个垂直位移测点，分别位于左右渠道外坡处和堤顶内外侧护肩，累计沉降量过程线如图8所示。

图8 高填方渠道0+600断面沉降标点累计沉降量过程线

从过程线图可以看出，0+600断面渠堤基本以下沉为主；左侧渠堤沉降相对较大。该断面两侧堤顶垂直位移测点BM3、BM4、BM5和BM6测点下沉变形趋势趋于稳定，其他测点沉降变形已稳定，截至2020年3月，该断面沉降变形在19.99～76.20mm之间，在累计沉降量警戒值范围内。

②其他一般断面

高填方渠段沿线两侧对称布置有垂直位移观测墩，共计布置29个垂直位移测点，测点均位于渠堤路外侧。累计沉降量过程线如图9～图10。

从图9和图10可以看出，位于1+270断面左右岸垂直位移观测墩沉降变形最大，当前累计沉降量达到152.76mm和114.76mm。

临近1+270断面上、下游一般断面左右岸累计沉降量见表5，过程线见图11。

图9 渠道0+420～1+800渠段左堤沉降监测成果过程线

图10 渠道0+420～1+800渠段右堤沉降监测成果过程线

图11 其他一般断面左右岸累计沉降量对比

由上可知，高填方渠段的沉降变形自观测之日起逐渐增大，各测点2018年年底开始趋于稳定；其中，桩号1+270断面左右侧沉降变形最大，其次是1+270断面下游侧1+350～1+710渠段，当前左堤累计沉降变形在40.13～84.57mm之间，右堤累计沉降变形在13.89～62.43mm之间，左堤沉降大于右堤。1+270断面上游侧沉降变形小于下游侧，上游侧左堤累计沉降在16.19～36.34mm之间，右堤累计沉降在12.65～44.23mm之间，目前沉降变形已稳定。

通过现场监测人员了解及现场巡视得知，现场巡查无明显异常。

表5 高填方0+420～1+800渠段垂直位移测点累计沉降变形

5 结论

综上所述，高填方0+420～1+800渠段呈下沉趋势变化，其中1+270断面沉降变形较大（累计变形量为114.76～152.76mm），下游侧1+350～1+440渠段沉降变形次之（累计变形量为48.88～84.57mm），上游侧1+090～1+180渠段沉降变形更小（累计变形量为28.37～44.23mm），其他一般断面沉降变形在30mm左右。

（1）由于1+270～1+440渠段为桥梁占压部位回填部位，桥梁底部回填土可能存在回填不密实的情况，导致该部位临近渠段沉降量较大。

（2）当前1+270临近渠段沉降变形趋于稳定，其他一般监测断面沉降变形已处于稳定状态。

（3）该区域内存在两个重点监测断面，其渗流和渠堤内部沉降变形监测结果显示均无异常。