榕江关埠引水工程施工安全监测成果分析

李杰钊

（广东科正水电与建筑工程质量检测有限公司, 广东 广州 510000）

0 引言

该引水工程需采用顶管施工技术进行施工，不会对高速公路上车辆通行造成任何影响，而且还最大限度减轻了对周边环境的扰动，更减轻了噪音和灰尘污染，环保效果极佳。而在引水工程的施工中，为了确保工程的安全，进行施工期安全监测结合现场施工具体情况综合分析验证设计指导施工。

1 工程概况

榕江关埠引水工程的水系为榕江、练江流域，其范围为广东省粤东地区，具体为揭阳市的普宁市和汕头市的朝阳区。此项目隶属普宁市北山村顶管工程。取水源头为朝阳区榕江，借助引水管道流到南侧山脚下的加压泵站前池，经过加压后强迫注入山坡高位水池，然后利用输水隧洞自流到出水池（普宁市北山村的山脚下），此工程属普宁市北山村顶管工程。从排水口的溢流堰，引水至两条通往练江的明渠。该引水工程的路径布设于普宁市辖区和汕头市潮阳区，工地周围遍布地方公路、高速公路和国道等，与周边乡镇、普宁市、揭阳市、汕头市、潮阳区相连，交通四通八达。

2 引水施工安全监测布置

2.1 水平位移监测

2.1.1 监测方法

根据现场的条件布设水平位移监测点，通常选择极坐标方式。将全站仪设置在选定的水平位移监测点上，将仪器整平对中，之后根据其他的水平监测位移控制点，对监测基准点与监测点之间的距离和角度进行确定，求出不同监测点的坐标，在垂直基坑的方向进行位移矢量投影，按照不同期间与初始值的对比，经过计算求出监测点向基坑内侧的变形量。

2.1.2 数据传输及平差计算

平差前要认真检验控制点的稳定性，为了保证获得可靠的起算数据，必须严格比较各期相邻控制点间的夹角和距离；根据严密平差的方式利用仪器配套软件计算平差；数据取位在平差后务必精确到0.10 mm。

综合以上三点，利用不同期的变形观测点二维平面坐标值，对投影到与监测方向垂直的矢量位移进行计算，同时计算不同阶段变形量、累积变形量、阶段变形速率等数据。

2.1.3 变形数据分析

观测点稳定性分析原则：观测点的稳定性分析是基于稳定基准点的调整而实施平差成果的计算；通过比较临近两期的最大变形量与最大测量误差进行相邻两期观测点的变动分析，一般误差取两倍中间，如果变形量没有超过最大误差，可以确定该监测点在两个临近的周期里未曾变动。针对多期变形的监测，如果临近周期变形量不明显，但多期变形明显时，就可确定为已经变动。

监测点预警判断分析原则：按照控制标准比较阶段变形速率和累计变形量，正常状态下累计变形值和阶段变形速率不会超过预警值，如果这两项指标其中一项大于预警值而小于报警值，就可以确定为预警状态，如果这两项指标其中一项超过报警值而小于控制值，就可以确定为报警状态，如果这两项指标其中的一项大于控制值，就可以确定为控制状态；一旦监测数据达到警戒值，就要参照巡查信息对各个环节进行综合分析和判断，包括工程进度、基坑围护结构是否稳定、施工措施的落实情况、周边环境是否稳定等；分析中发现异常状态，要及时通知相关各方，采取防范和补救的措施。

2.2 沉降位移监测

2.2.1 监测方法

可以采用几何水准测量法进行沉降位移监测，监测设备采用自带记录程序的Trimble-DINI03电子水准仪观测，对外业监测数据进行记录，监测利用闭合水准路径时只能监测单程；进行往返的监测必须采用符合水准路线，平差可利用两次监测高差中数。监测的方位顺序为，往测：后、前、前、后，返测：前、后、后、前。

2.2.2 数据传输及平差计算

完成监测后通过数据传输把形成的电子文件传送到计算机，检测合格后进行严格平差，可采用仪器配套软件进行平差，然后求出不同点的高程值。平差要根据以下的要求进行：起算点必须是稳定的基准点，检查独立的闭合差，并与两个以上的基准点相连；根据严密平差的方式采用配套平差软件进行计算；数据取位在平差后必须精确到0.10 mm。

结合以上几点，利用变形监测点对不同期间的高程值进行数据计算，包括各期阶段沉降量、累计沉降量、阶段变形速率等。

2.2.3 变形数据分析

利用稳定性的基准点进行监测点的稳定性分析；通过比较临近两期的最大变形量与最大测量误差进行相邻两期观测点的变动分析，一般误差取两倍中间，如果变形量没有超过最大误差，可以确定该监测点在两个临近的周期里未曾变动。

针对多期变形的监测，如果临近周期变形量不明显，但多期变形明显时，就可确定为已经变动。

3 现场巡视检查

3.1 首次巡查

首次巡查的范围是涉及的道路和地面，重点检查地面是否有裂缝、是否发生隆陷情况。如果发现裂缝就要进行标识，对裂缝的形态和位置准确记录，利用裂缝读数显微镜或者游标卡尺测量并记录裂缝的宽度，同时将裂缝和地面隆陷情况进行拍照，以作影像资料存档备用。

3.2 日常巡查

日常巡查的内容包括：地面有无裂缝、有无隆起、沉陷、有无冒浆等。针对首次巡查中记录的裂缝进行测量，将现有宽度和初始宽度比较；如果发现地面新增裂缝或原有裂缝发展速率超过预警标准以及发现地面隆起、沉陷、冒浆等状况，必须立刻通报并拍照。日常巡查中必须填写安全巡查表。

4 结果分析方法

4.1 统计性分析

取得的初始数据会显得杂乱无章，难以看出其规律性，必须利用绘图、制表以及不同方式的方程拟合，对各个监测点的累计变形最大值、阶段变形最大值、各最大值的变形规律进行统计。

4.2 作图法分析

该分析法能够对物理量之间的变化关系、施工影响区域、监测点变形趋势进行醒目地表达。还可以在图线上以简便的方式求出监测需要的特定结果，例如：某期间内的阶段变形、临近监控点的沉降差异、斜率等，更可以具体地识别某监测点的累计变形量。

4.3 预警情况分析

针对施工中的累计变形和阶段变形量超过警戒值的状况，务必要根据施工进程绘制纵横断面曲线图和时程曲线图，以供预警分析。

4.4 最终分析

整体工程完工后，要综合施工中的不同施工参数、地层状态等分析工点的规律性。

5 监测成果分析

5.1 施工工艺要点的分析

榕江关埠引水工程是穿越高速公路的顶管施工，主要利用的是工作井和接收井铺设和更换地下管线。工作井的设置必须与地面垂直，通过主顶油缸和管道中继间的推力，将掘进机或者工具管从工作井内穿过土层一直推到接收井内并吊起，紧随该操作的是管道在两井之间的埋设，真正实现非开挖就可以铺设地下管道的目标。在该顶管施工的过程中，工艺和顶管机选择的合理性是至关重要的。首先对需要穿越的高速公路的自然环境和地质条件等因素进行综合分析。该施工采用的是砂砾顶管机，顶管技术应用的是土压平衡式和泥水平衡式，大大提升了项目的施工质量。该工程在工作井内布置了测量控制网络，同时根据施工的具体情况布设了地面控制点，为后续的顶进施工复测创造了方便条件。此工程在工作井内的测量放样完全做到了放样出顶进轴线、测量的精准性，避免了施工中的大的误差。在顶进安装的工序里，主顶装置和导轨安装在相对靠后的位置，更方便工作井内的地面辅助设施和平面的安置。此工程所有的施工环节都在有效的监控之中，通过监测的相关数据，精准地引导施工，确保了工程的安全性。

5.2 监测数据分析

对顶管施工进行期间高速公路沉降位移监测成果进行分析，详细的统计如表1 所示，沉降位移测点历时过程曲线见图1。

根据表1和图1可以显示出，顶管施工进行期间高速公路地面监测点变化的最大值在2.00～6.20 mm，变化幅度在2.90～6.60 mm，速率变化最大值在1.00～1.97 mm/d，施工期间的不同监测位置测点的历时过程曲线变化趋势与顶管施工线性关系完全匹配，当前的变化值在-0.40～1.00 mm，呈现平缓的历时过程曲线变化趋势。同时，此工程项目部在顶管施工进行期间，对高速公路地面进行了详细而严格的检查，没有发现异常的现象。

图1 沉降位移测点历时过程曲线图

表1 顶管实施期间高速公路沉降位移监测成果统计表

6 结语

综上所述，顶管施工技术无需破坏土层表面，可以在构筑物地下进行管线铺设，显著节省了时间、人力、物力和财力，在各类水利工程中得以广泛应用。但施工安全的监测是工程的重要环节。通过对榕江关埠引水工程（穿高速公路顶管）施工安全监测，根据施工期间的监测成果和现场巡查情况进行分析，在施工期间高速公路未曾出现裂缝、隆起冒浆、塌陷等不良现象。数据显示，施工期间最大变化为6.18 mm，速率最大值为1.78 mm/d，都没有突破报警值，均未超出报警值，当前变化最大值为0.98 mm，速率最大值为-0.21 mm/d，呈现速率变小而逐渐稳定的趋势，完全符合高速公路运营的标准。