安全监测技术在取水首部围堰爆破拆除中的应用

张谷鹏

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁沈阳110003）

1 工程概况

某重点输供水工程取水首部位于辽宁省桓仁县境内，其施工围堰长81.7 m，堰顶高程为307.6 m，顶宽6.0 m，最大堰高31.6 m，上、下游边坡分别为1∶1.5，1∶1.75，采用水泥浆液与膏状浆液灌浆组合法进行防渗。

2 安全监测的重要性

该取水首部围堰距离各类已建或在建建筑物（启闭机室、压力洞等）及其它相关机电设备较近，最近处约为10 m，一旦爆破出现问题将会对整个工程产生致命的影响。为保证建筑物的安全，消除可能的安全隐患，在爆破施工过程中须实时对取水口各类建筑物进行安全监测，确保动水压力、表面应变、振动位移等处于规范允许范围。

3 安全监测方案

监测内容包括闸门、闸墩所受动水压力、振动观测。监测实施前应编制大纲及组次表，并进行有关测点的零点校正。在监测过程中，按规范要求对非稳态和稳态的全过程作完整记录，依据测量精度及信号频率确定总样本长度。人工读数项目通常为3～5 次，读数后整理出最大值、最小值及平均值。

3.1 监测技术要点

3.1.1 动水压力

过流面的动水压力反映了相关部位的主要水力特性，是分析动水荷载和空化问题的重要参量。利用压力传感器可同时进行脉动压力和时均压力的测量，信号经放大后由专门的DASP 便携采集系统记录和分析。在稳态条件下，采样时间不低于3 min。压力信号作时均值、标准差和功率谱分析，分析频率不低于100 Hz。

3.1.2 振动

振动是监测建筑物受水流作用而产生的振动现象，振动值应在设计允许范围内，包括振动加速度、振动速度和振动位移。主要采用振动传感器监测，信号经放大后由专门的DASP 便携采集系统记录和分析。

3.2 整理分析

1）消除原始记录中的较大系统误差及超限误差，进行重测。

2）及时整理观测数据并编制汇总图表，在必要时须作不同测点信号的相关分析。

3）最后编写监测分析报告，应包括实际值与规范理论计算结果对比分析；同一参数处于不同工况的分析；同组次不同部位测点信号的横向比较分析；综合安全分析和评估，评价和建议及改进措施等。

4 安全监测实施

4.1 监测仪器布置

为监测围堰爆破过程中对主要建筑物的影响，对闸门、闸墩共布置7 支仪器进行外水压力及表面应变监测，其中水位计4 支、钢板应变计1 支、动水压力传感器2 支。监测仪器布置如下：

1）0-015.35 桩号（取水口闸墩头）。258.2 m高程安装1 支动水压力传感器，编号为B-02；265.0 m 高程安装2 支水位计，编号为B-Q-P-01（振弦式）、B-Q-P-03。

2）事故闸门墩头。285.7 m 高程布置2 支水位计，编号为B-Q-P-02（振弦式）、B-Q-P-04（FBG）。

3）事故闸门上。261.2 m 高程布置1 支振弦式表面应变计S-01，布设1 支动水压力传感器。

4.2 仪器埋设安装

由于此次仪器安装是在高空和深水下安装，不同于常规仪器安装，因此，每支仪器安装分两部分进行，即深水下作业和水上高空作业。

4.2.1 深水下作业

根据水位实测资料，水面以下深度达38.0 m，将仪器安装在设计高程，需要请潜水员协助完成。

4.2.2 水上高空作业

采用吊篮施工，将吊篮固定在启闭机室稳定且牢固的梁上。高空作业人员在吊篮内施工，须系牢安全绳，确保安全。

水上、水下作业主要为固定仪器保护管，保护管采用混凝土钢钉加锚箍固定在混凝土闸墩上。当保护管安装固定好后，在启闭机室层（311.5 m高程）将仪器放置指定高程，并测取初始值。

4.3 观测

此次观测属于动态观测，与一般情形下的静态观测不同，必须采用DASP 自动采集系统和仪器进行连续观测。

4.4 资料收集数据分析

资料收集包括水位资料、爆破资料、周边施工情况；数据分析根据获得的动态数据，包括动水压力、表面应变、水位等数据进行分析，判断、评价监测数据的可靠性和准确性，进而分析爆破对建筑物（闸墩、事故闸门）的影响。观测完成后1 周内提交监测成果报告。

4.5 测点布置

根据取水首部建筑物布置的实际情况，此次监测过程共设置4 个振动位移测点、3 个动水压力测点及1 个涌浪测点和。详情见表1。

表1 测点布置表

4.6 观测成果

4.6.1 振动位移

本文选取 2017 年 9 月 25 日下午 18 时 15 分的水下部分爆破观测成果进行介绍。此次观测数据显示，最大位移约2 mm，位于工作门墙顶顺水流方向DS02（01）测点，各测点振动位移统计如表2所示。

表2 各测点振动位移统计表 μm

4.6.2 动水压力

此次观测由于受现场条件限制，测点位置未能达到设计要求高程。观测数据显示：B01 测点压力区间为64.0～194.5 kPa；B02 测点压力区间为-5.6～85.8 kPa；B03 号测点位于水面以上，未受到水流冲击波的影响。

4.6.3 涌浪

涌浪测点布置在拦污栅上，观测数据显示：最大涌浪高度为4.9 m，且在0.5 s 内基本结束。

4.7 观测小结

1）爆破时，工作门墙顶顺水流方向测点振动最大位移达2 mm，主要与建筑结构特性及与爆破点的位置有关，应予以关注，给予充分重视。

2）此次监测爆破时的测点动水压力区间为-5.6～194.5 kPa，预估在水面下2.0 m 小范围会出现短时负压，观测数据显示，对取水首部各类建筑物未产生安全影响，对后续爆破的压力分布及量值应及时加强观测。

3）此次爆破，在拦污栅位置涌浪最大达4.9 m 高。

由于此次监测部分测点未能达到设计要求高程，并有动水压力测点在水面以上，当条件具备时，要按设计要求高程进行监测，以掌握各高程压力分布规律。

5 结语

水下围堰爆破安全监测施工采用动态连续监测技术，利用DASP 自动采集系统和仪器进行连续观测，实现了深水条件下的监测设备安装，有效地解决了围堰水下拆除的重点问题。监测过程中，严格按照水下围堰爆破拆除的相关技术规范及设计要求，对防渗体及岩坎爆破时闸门、闸墩所受到的动水压力、表面应变、振动位移等进行安全监测，确保其在允许范围内，保证取水首部建筑物的安全，进而保证整个输供水工程的安全。建议在类似工程施工时参考借鉴。