周鳳才，徐 峰，何利華

（1.南水北調(diào)東線穿黃工程北區(qū)建管局，山東 聊城 252000；2.中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司，天津 300222）

1 工程概況

穿黃工程是南水北調(diào)東線工程從東平湖至黃河以北輸水干渠的一段輸水工程，是南水北調(diào)東線的關(guān)鍵控制性項目。工程位于山東省東平和東阿兩縣境內(nèi)、黃河下游中段，地處魯中南山區(qū)與華北平原接壤帶中部的剝蝕堆積孤山和殘丘區(qū)。

我國自20世紀70年代就開始了對穿黃工程的研究。1978年，水利電力部指示按立交埋管或洞挖方案對位山、柏木山、黃莊3條線路進行比較，并以位山線路洞挖方案作為設(shè)計重點。1979年10月，水利部規(guī)劃設(shè)計管理局下達了穿黃探洞的設(shè)計任務(wù)。1986年4月，穿黃探洞正式鉆灌開挖，采用預(yù)注漿止水施工，至1988年1月底探洞主體工程全部完成。探洞由斜井、平洞、水倉水泵房和2條支探洞組成。探洞斷面采用三圓心城門洞型，洞高2.61 m，洞寬2.93 m。通過開挖探洞進一步查明河底地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育等地質(zhì)情況，落實了在巖溶地區(qū)采用超前灌漿堵水開挖水下隧洞的施工方法。

2007年4月，水利部批復(fù)了《南水北調(diào)東線一期工程穿黃河工程初步設(shè)計報告》。同年12月28日，穿黃工程開工。穿黃隧洞為有壓圓形隧洞，內(nèi)徑 7.50 m，洞長 585.38 m，設(shè)計輸水規(guī)模 100 m3/s。

2 安全監(jiān)測目的

在穿黃建設(shè)的不同歷史時期，安全監(jiān)測均發(fā)揮了重要的作用。安全監(jiān)測主要包括監(jiān)控建筑物安全，掌握運行規(guī)律，驗證設(shè)計，指導(dǎo)施工和運行。

通過監(jiān)測，可以了解建筑物各種物理量的變化范圍和規(guī)律，當出現(xiàn)觀測值異?；虿焕陌l(fā)展趨勢時能夠及時做出判斷，采取有效措施。此外，通過長期積累的觀測資料可以了解建筑物運行性態(tài)，對建筑物發(fā)展趨勢進行有效預(yù)報，確保建筑物安全，并使之發(fā)揮更大效益。

通過原型觀測結(jié)果，可以有效驗證設(shè)計的正確性，修正設(shè)計理論，明確工程主要影響因素，減少或降低未知因素在工程設(shè)計或計算中的影響作用，從而提高設(shè)計水平，優(yōu)化設(shè)計方案，降低工程造價。

安全監(jiān)測也是改進施工技術(shù)、加快施工進度的有效手段。施工單位制定的施工組織設(shè)計和技術(shù)措施，都是基于前期設(shè)計資料制定的，就工程實際建設(shè)而言并不一定是既安全又經(jīng)濟的。通過施工期的觀測結(jié)果，可以修改不合理的工程設(shè)計，有效完善施工措施，不斷地指導(dǎo)和改進施工方法。此外，隨著安全監(jiān)測自動化技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視其在工程運行管理中的作用，在確保工程安全的同時也可以取得一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 安全監(jiān)測工作回顧

穿黃隧洞所經(jīng)過的地層為寒武系崮山組灰?guī)r、頁巖和中寒武系張夏組灰?guī)r兩組巖系層。崮山組巖層風化比較嚴重，分布在斜井上中段；張夏組巖層分布在斜井下段和平洞段，該段圍巖屬I類、Ⅱ類。穿黃工程所在地區(qū)巖溶發(fā)育，黃河水、巖層潛水、巖溶水三水相通。隧洞斜井段穿越的黃河位山大堤是黃河下游中段重要險工，大堤臨水坡水下部分為人工拋石、水上部分為漿砌塊石護坡，坡度較陡，是防洪安全的重要部位。

由于穿黃工程復(fù)雜的地質(zhì)條件和所處位置的重要性，針對工程建設(shè)開展安全監(jiān)測工作是非常重要的。通過監(jiān)測，可以預(yù)測判斷工程的安全性、穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)風險預(yù)兆，采取加固措施，指導(dǎo)施工，避免發(fā)生重大安全事故。海河水利委員會作為業(yè)主單位在穿黃建設(shè)過程中有著重要的認識，亦開展了大量的安全監(jiān)測建設(shè)管理工作，不論是在探洞開挖、維護、應(yīng)急加固、隧洞擴挖或是將來的運行管理都將安全監(jiān)測工作作為重點工作來抓，使安全監(jiān)測在穿黃建設(shè)多個階段均發(fā)揮了重要作用。

3.1 探洞開挖階段

在穿黃探洞開挖階段，水利水電科學(xué)研究院于1986年7月—1987年6月開展了探洞開挖爆破對黃河大堤安全影響的試驗研究工作。研究項目包括爆破振動觀測、爆破作用下的液化問題、爆破振動對黃河大堤水平位移影響并對輸水隧洞擴挖爆破施工中可能產(chǎn)生的問題進行了探討。爆破測點共設(shè)置7組，沿洞軸線布設(shè)5組，觀測室和迎水面基礎(chǔ)各布設(shè)1組?；诋敃r的監(jiān)測水平，爆破振動觀測選擇了SHJ-4.5、SDJ-78B 拾振器、CZ-F 放大器、SC-18 型光線示波器，并配用FC6-1200振子；位移監(jiān)測采用CX-01型伺服加速度計測斜儀；孔隙水壓力采用改裝的FTS型傳感器，并配合了動態(tài)應(yīng)變儀和示波器。整個測試系統(tǒng)相對于現(xiàn)在市場應(yīng)用的監(jiān)測設(shè)備來說可以認為是相當龐大的。這為日后的隧洞擴挖提供了豐富詳實的參考依據(jù)。

第一，對施工單位報告進行審查，核查。保證各項測量工具、操作設(shè)備、技術(shù)方案等符合設(shè)計要求、符合施工要求、滿足安全性能要求，當各項準備要素達標后便可使用。施工設(shè)備的質(zhì)量問題是影響施工質(zhì)量的重要因素，因此必須要進行嚴格的質(zhì)檢，否則后患無窮。

3.2 探洞維護階段

探洞作為臨建工程，1994年洞內(nèi)出現(xiàn)滴水并逐漸發(fā)展，所以同年對該工程進行了加固處理。1995年，布置了安全監(jiān)測儀器，監(jiān)測項目主要包括探洞滲水壓力、滲水量、圍巖的變形和沉陷、閘室與巖壁的接觸縫變化以及地下水位和黃河水位、滲水水質(zhì)和析出物等。

在斜井段采用差動電阻式測縫計改裝的巖石變形計觀測頂拱及兩側(cè)圍巖變形；在閘室上面和頂部設(shè)測縫計監(jiān)測閘室與巖壁接縫開合度的變化情況；在平洞和斜井不同部位的4個典型斷層帶采用差阻式孔隙壓力計監(jiān)測外水壓力情況；洞口地面設(shè)置3排沉降測點，采用水準儀觀測；在洞口、斜井及平洞的不同部位布置3個滲水量觀測點，洞口周圍附近布設(shè)5個地下水位觀測點和1個黃河水位觀測點；此外，對探洞重點析出部位進行水質(zhì)監(jiān)測。

3.3 探洞應(yīng)急加固階段

穿黃探洞2000年1月進行了應(yīng)急加固工程。同期，對黃河大堤進行了安全監(jiān)測，監(jiān)測項目包括滲壓、地下水位、垂直位移、水平位移、黃河水位及河床沖淤等，以此了解探洞灌漿期間大堤運行狀態(tài)，確保位山大堤的安全。

位山穿黃大堤滲壓觀測共布置3個監(jiān)測斷面，其中探洞軸線正上方有1個監(jiān)測斷面、軸線上下游31 m處各有1個監(jiān)測斷面。每一監(jiān)測斷面迎水坡設(shè)3個測壓管，背水坡設(shè)2個測壓管；地下水位測點共布置4個測壓管，均布在探洞洞口上下游兩側(cè)；垂直位移監(jiān)測布置3個斷面，共7套測點，每套位移設(shè)計3個錨固點，鉆孔深度45～50 m；水平位移監(jiān)測斷面及測點布置形式與垂直位移監(jiān)測相同，鉆孔深度45～50 m；黃河水位采用探洞上游位山引黃閘西閘的閘前水位。河床沖淤觀測設(shè)在探洞軸線上下游50 m，距河岸50 m范圍內(nèi)。測點平行探洞軸線布置11排，每排設(shè)6個水下測點，堤基上設(shè)2根定位樁。

4 安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著巖土工程安全監(jiān)測硬件和軟件迅速發(fā)展，監(jiān)測儀器設(shè)備、自動化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和資料分析系統(tǒng)、安全預(yù)報系統(tǒng)也在不斷地完善。在穿黃建設(shè)的今天，引進先進的監(jiān)測儀器和監(jiān)測手段的同時也引進了先進的安全生產(chǎn)管理理念，使安全監(jiān)測成為工程風險防范與控制的有效手段。

4.1 黃河大堤監(jiān)測

由于隧洞開挖是在原探洞基礎(chǔ)上采用鉆爆法施工的，考慮到該工程所處位置的重要性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，開挖爆破必須根據(jù)觀測資料隨時調(diào)整爆破參數(shù)，確保隧洞工程實施時黃河大堤的安全，因此該階段以施工期監(jiān)測為主。黃河大堤安全監(jiān)測包括靜態(tài)和動態(tài)2種監(jiān)測項目。

靜態(tài)監(jiān)測承襲了探洞應(yīng)急加固工程的監(jiān)測項目，除對原有監(jiān)測設(shè)施進行檢修外，又有針對性地新增了2套位移計和2套測斜管來配合隧洞爆破施工期觀測。

動態(tài)監(jiān)測包括大堤質(zhì)點振動、孔隙水壓力2個主要監(jiān)測項目。大堤質(zhì)點振動監(jiān)測點主要沿洞軸線布置，沿洞軸線布置6個監(jiān)測點，其中大堤頂上3個測點、堤后3個測點；在迎水坡洞軸線兩側(cè)各布置2個測點；共計10個質(zhì)點振動監(jiān)測點，采用振動傳感器進行垂直和水平兩向觀測?？紫端畨毫y點共布置4個，其中3個在迎水坡前段、1個在迎水坡中段，采用應(yīng)變式孔隙水壓力計隨爆破振動觀測同時進行。

4.2 隧洞施工與運行監(jiān)測

穿黃隧洞安全監(jiān)測項目包括位移、外水壓力、應(yīng)力及應(yīng)變、錨桿應(yīng)力、圍巖壓力、接縫開合度、收斂變形等項目。本著實用、可靠、經(jīng)濟的原則，兼顧了施工期和運行期的安全。

隧洞共布設(shè)了7個監(jiān)測斷面。其中，在豎井進口段崮山組巖體完整性較差的1.05 m高程處布置了1個監(jiān)測斷面；平洞段所穿過的F17、F14斷層破碎帶處各布置1個斷面；斜井段穿越黃河大堤，該部位寒武系崮山組巖層巖石比較破碎，地質(zhì)條件較差，在F12、Fl1、F3斷層破碎帶和隧洞出口附近的V類圍巖洞段分別設(shè)1個監(jiān)測斷面作為重點監(jiān)測對象。

隧洞所選擇的監(jiān)測儀器均為國產(chǎn)差阻式儀器，包括位移計、孔隙壓力計、應(yīng)變計、鋼筋計、錨桿應(yīng)力計、土壓力計、測縫計和收斂計等，監(jiān)測儀器種類和數(shù)量比以往更加全面和豐富。此外，隧洞出口設(shè)立監(jiān)測站，將隧洞內(nèi)儀器引入測站進行自動化觀測，并可與穿黃工程其他建筑物進行數(shù)據(jù)交換和遠程控制。

4.3 監(jiān)測信息化

不論是隧洞爆破、黃河大堤運行維護或是穿黃工程運行期監(jiān)測，都要求實現(xiàn)信息化。建立順暢、快捷的信息反饋渠道，及時、準確地測定各監(jiān)測項目的變化量及變化速率，反饋的監(jiān)測信息可以供設(shè)計、施工及工程管理技術(shù)人員決策使用。

在黃河大堤安全監(jiān)測項目中，為實現(xiàn)對隧洞爆破工程的有效監(jiān)控、維護大堤運行安全和保證監(jiān)測評價系統(tǒng)有效運轉(zhuǎn)和監(jiān)測信息的暢通，建管、設(shè)計、施工和監(jiān)理單位共同制定了監(jiān)測信息反饋方案，由參建單位主要技術(shù)負責人直接擔任監(jiān)測評價工作，使得監(jiān)測評價在業(yè)主項目的風險管理中更有成效。

5 結(jié)語

南水北調(diào)工程是繼三峽工程后對我國未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響的舉世矚目的宏偉工程。在東線穿黃建設(shè)歷史過程中，安全監(jiān)測雖然作為工程建設(shè)的重要組成部分，卻在工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。在工程管理中，保證建筑物能安全運行和正常輸水，是關(guān)系到人民正常生產(chǎn)生活的大事。因此，掌握好穿黃建筑物安全性態(tài)，對工程實施安全監(jiān)測和評價，對于未來南水北調(diào)東線輸水工程具有重要意義。