李克綿，李英杰，周吉順，劉天鵬，趙立旺，馬洪亮

(1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130061；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，北京 100038)

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程是南水北調(diào)中線一期工程的組成部分，于2008年9月18日至2009年7月中下旬，擔(dān)負(fù)自河北省崗南、黃壁莊、王快、西大洋4座水庫(kù)向北京應(yīng)急供水的任務(wù)。線路總長(zhǎng)度約307.422 km，沿線主要建筑布置包括：明渠渠道、PCCP管道、低壓暗涵、隧洞、河渠交叉建筑物、左岸排水建筑物、渠渠交叉建筑物、控制工程、鐵路交叉建筑物、公路交叉建筑物、加壓泵站等，共計(jì)461座。

1 安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

控制工程包括各節(jié)制閘和退水閘，其安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是水閘的變形以及滲流，對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為閘室和地基的沉降變形；閘墻和底板的裂縫監(jiān)測(cè)；底板揚(yáng)壓力及側(cè)向繞滲監(jiān)測(cè)。

渡槽工程采用布置沉降標(biāo)點(diǎn)對(duì)進(jìn)出口擋墻、進(jìn)出口閘、槽身段上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的傾斜以及不均勻沉降進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；采用布置滲壓計(jì)對(duì)進(jìn)出口閘揚(yáng)壓力和地下水位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；采用無(wú)應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)對(duì)槽身混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采用土壓力計(jì)對(duì)承臺(tái)底部土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

暗涵、河渠交叉建筑物采用布置沉降標(biāo)點(diǎn)對(duì)進(jìn)出口漸變段、進(jìn)出口閘和涵身的變形進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；采用布置滲壓計(jì)對(duì)進(jìn)出口漸變段、進(jìn)出口閘和箱涵基礎(chǔ)的揚(yáng)壓力和外水壓力進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；采用無(wú)應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)對(duì)涵身混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采用土壓力計(jì)對(duì)漸變段擋墻后土壓力、閘室基底反力、涵身地基反力和側(cè)向水平土壓力進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

隧洞及管道工程利用邊坡馬道上布置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)閘室、漸變段及進(jìn)出口高中邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)；利用矩形槽段和閘室段所布置土壓力計(jì)和滲壓計(jì)，對(duì)墻后土壓力和水壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；洞身僅在Ⅳ，Ⅴ類(lèi)圍巖洞段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目為圍巖變形和收斂、混凝土襯砌應(yīng)力與變形，外水壓力和圍巖應(yīng)力。

泵站工程安全監(jiān)測(cè)主要項(xiàng)目有泵站的不均勻沉降、揚(yáng)壓力、側(cè)向繞滲、地基反力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力和結(jié)構(gòu)縫變形。

渠道工程采用布置滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)渠道滲流；利用測(cè)壓管監(jiān)測(cè)地下水位和渠堤浸潤(rùn)線；利用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)渠道的凍漲；利用沉降標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)渠堤的沉降變形。

2 觀測(cè)頻次

（1）通水前3 d及通水初期，內(nèi)部?jī)x器每天觀測(cè)一次；水位穩(wěn)定后，可3～6 d觀測(cè)一次；通水后期要求2～3 d觀測(cè)一次；徹底停水后一周內(nèi)要求每天觀測(cè)一次。上述測(cè)次指人工觀測(cè)，如自動(dòng)采集系統(tǒng)觀測(cè)時(shí)，可適當(dāng)加密頻次。

（2）通水前所有外部變形觀測(cè)設(shè)施必須至少在短期內(nèi)連續(xù)觀測(cè)2次；通水初期，2～3 d觀測(cè)一次；水位穩(wěn)定后，可5～10 d觀測(cè)一次；徹底停水后必須至少在短期內(nèi)連續(xù)觀測(cè)2次。

（3）通水初期每2～3 d巡查一次，一般情況1～2次/月，對(duì)于高填方渠道可適當(dāng)加密頻次，汛期和出現(xiàn)異常情況時(shí)也應(yīng)加密巡查頻次。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

（1）控制工程

控制工程運(yùn)行狀態(tài)良好，基本無(wú)異常情況。團(tuán)城湖節(jié)制閘通水初期閘基滲透壓力較大，最大值為22.79 kPa，通水期間滲透壓力不斷減小，目前仍有減小的趨勢(shì)。

（2）渡槽工程

渡槽工程通水至今運(yùn)行性態(tài)基本良好?；炷翍?yīng)力、鋼筋應(yīng)力和承臺(tái)底部土壓力整體較小。漕河渡槽第4號(hào)主梁與第2號(hào)主梁水平層施工縫的滲透水壓力在通水后明顯增大，最大值達(dá)到26.73 kPa。漕河渡槽進(jìn)口段落地巨型槽段存在程度較輕的不均勻沉降，截止到2009年2月份沉降相對(duì)較大的部位位于第50～60跨，沉降量約為6 mm。

（3）河渠交叉建筑物

河渠交叉建筑物通水期運(yùn)行狀態(tài)良好。各部位的土壓力、鋼筋應(yīng)力、接縫變形和沉降變形整體較小，基本無(wú)異常情況。結(jié)構(gòu)混凝土線膨脹系數(shù)平均值為8.02 με/℃左右，各部位混凝土應(yīng)力整體不大。

北拒馬河暗渠退水閘閘前基礎(chǔ)1號(hào)測(cè)點(diǎn)測(cè)值較大，最大值為35.9 kPa，測(cè)值于2008年10月初基本趨于穩(wěn)定；墳莊河渠道倒虹吸201+965.0 m斷面滲壓計(jì)測(cè)值較大，最大測(cè)值達(dá)到59.86 kPa，目前測(cè)值減小并趨于穩(wěn)定。

（4）暗涵工程

暗涵工程通水至今運(yùn)行基本良好。各部位鋼筋應(yīng)力較小，最大鋼筋應(yīng)力為97.91 MPa，發(fā)生在西四環(huán)0標(biāo)底板一襯鋼筋部位；一襯混凝土壓應(yīng)力西四環(huán)0標(biāo)較大，最大壓應(yīng)力為1.2 MPa，二襯混凝土應(yīng)力較小，均未超過(guò)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度；各標(biāo)段土壓力測(cè)值整體不大，最大測(cè)值為253.06 kPa。

西四環(huán)3標(biāo)4+493 m斷面接縫變形較大，最大值為26.32 mm；西四環(huán)2標(biāo)圍巖變形較大，最大值為13.26 mm，發(fā)生在左涵頂部右45°部位。

（5）PCCP 管道工程

PCCP管道工程監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該工程運(yùn)行狀態(tài)良好。各標(biāo)段管道頂部和底部承受的土壓力較大，最大達(dá)到 3.48 MPa，通水期間測(cè)值有不同程度的減小。PCCP3標(biāo)管道封包混凝土應(yīng)力較大，最大拉應(yīng)力均已超過(guò)1.5 MPa；PCCP5標(biāo)管道部位地下水位較高，管道承受的外水壓力最大值為73.84 kPa。

（6）隧洞工程

隧洞工程通水至今，各工程工作性態(tài)整體狀況良好。西甘池隧洞HD14+000 m斷面襯砌混凝土拉應(yīng)力較大，最大值為2.07 MPa，HD14+000 m斷面襯砌承受的外水壓力較大，最大滲透壓力為55.01 kPa，目前有減小的趨勢(shì)。

崇青隧洞HD38+310 m斷面左洞左腰墻圍巖應(yīng)力較大，錨桿應(yīng)力最大拉應(yīng)力為129.85 MPa，目前測(cè)值基本趨于穩(wěn)定，HD38+010 m斷面襯砌底板承受的外水壓力較大，最大滲透壓力為99.91 kPa，與進(jìn)口基坑積水有關(guān)，目前測(cè)值有減小的趨勢(shì)。

下車(chē)亭隧洞各斷面內(nèi)圍巖變形整體較小，測(cè)值在-0.76～1.82 mm范圍內(nèi)；2號(hào)斷面左邊墻和4號(hào)斷面底部右35°部位襯砌混凝土拉應(yīng)力在通水期間較大，均已超過(guò)1.5 MPa；出口段3號(hào)斷面底板外側(cè)的外水壓力和進(jìn)出口閘基礎(chǔ)各測(cè)點(diǎn)的滲透水壓力測(cè)值相對(duì)較大，應(yīng)引起注意。

（7）惠南莊泵站

泵站各部位滲水壓力整體較小，最大值為3.84 kPa，發(fā)生在進(jìn)水間H0+214.0 m斷面左邊墻基礎(chǔ)部位；基底反力整體較小，最大值為116.73 kPa，發(fā)生在H0+194.5 m斷面基礎(chǔ)中心部位；各部位鋼筋應(yīng)力整體較小，鋼筋應(yīng)力最大值為41.27 MPa，發(fā)生在C4塊頂板內(nèi)層部位，泵站進(jìn)水池G2塊底板外層順?biāo)鞣较颉1塊頂板順?biāo)骱痛怪彼鞣较蚧炷翍?yīng)力較大，均超過(guò)混凝土的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，最大拉應(yīng)力為2 MPa；各部位結(jié)構(gòu)接縫測(cè)值整體不大，最大值為9.61 mm，發(fā)生在H0+194.5 m斷面F5和F6塊間底部部位，各部位沉降測(cè)值整體不大，測(cè)值在-5.3～8.3 mm之間，沉降量最大值為8.3 mm，發(fā)生在H0+194.5 m斷面F6塊頂部。

（8）渠道工程

渠道布置的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施有：滲壓計(jì)、測(cè)壓管、溫度計(jì)和垂直位移觀測(cè)點(diǎn)墩，儀器典型布置見(jiàn)圖1。

圖1 渠道斷面監(jiān)測(cè)儀器布置圖

中4標(biāo)渠道斷面滲壓計(jì)測(cè)值較大，最大測(cè)值為30.22 kPa。同一斷面滲壓計(jì)埋設(shè)高程越底，滲壓測(cè)值越大。通水后滲壓計(jì)測(cè)值增大，2008年11月底隨渠道內(nèi)水位的下降而大幅減小，之后又隨渠道水位的恢復(fù)，滲壓計(jì)測(cè)值也恢復(fù)到原值。該渠道斷面溫度計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，通水前，冬季渠道最低溫度為零度左右，通水后，溫度最低達(dá)到-5℃。

綜上所述，說(shuō)明該渠道存在在滲漏以及冬季存在凍脹問(wèn)題，與實(shí)際中渠道混凝土面板冬季出現(xiàn)許多裂縫的現(xiàn)象相符。

4 討論

（1）從上述各類(lèi)建筑物監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力及鋼筋應(yīng)力整體較小，且主要受溫度影響，水荷載對(duì)其影響較小，所以建議類(lèi)似工程設(shè)計(jì)中只在結(jié)構(gòu)最大受力部位布置該類(lèi)儀器，以減小工程造價(jià)。

（2）沿線建筑物布置的測(cè)縫計(jì)較少，結(jié)構(gòu)縫變形大小直接影響著結(jié)構(gòu)的滲漏，且能反映出結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，故建議在結(jié)構(gòu)縫四周多布置測(cè)縫計(jì)和滲壓計(jì)，尤其河渠交叉工程和渡槽工程。

（3）對(duì)于高填方渠道工程，如果渠道下方有排水涵洞等建筑物，應(yīng)沿排水涵洞左右邊墻附近埋設(shè)滲壓計(jì)和測(cè)壓管進(jìn)行渠道滲流監(jiān)測(cè)。

（4）測(cè)縫計(jì)用來(lái)觀測(cè)縫與縫之間的開(kāi)合度，對(duì)于要觀測(cè)的縫將呈閉合還是張開(kāi)趨勢(shì)，直接關(guān)系到測(cè)縫計(jì)的量程調(diào)整，對(duì)于量程調(diào)整范圍設(shè)計(jì)一般很少明確。在安裝測(cè)縫計(jì)時(shí)，要掌握設(shè)計(jì)意圖，需要設(shè)計(jì)確定測(cè)縫計(jì)的調(diào)節(jié)量程范圍，不能盲目地隨意調(diào)節(jié)受拉受壓量程[5]。

（5）測(cè)壓管封底時(shí)建議用透水性較好的材料進(jìn)行封底，如若采用鋼板焊接，應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔處理。因?yàn)楣苌黹_(kāi)孔位置距管底約1 cm，如果采用不透水材料進(jìn)行封底，進(jìn)行注水試驗(yàn)后，管底將殘留少量的水，且不易蒸發(fā)，測(cè)值將不能客觀地反應(yīng)渠道的滲流情況。

（6）引調(diào)水工程安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的觀測(cè)頻次不同于大壩安全監(jiān)測(cè)，不能直接引用大壩安全監(jiān)測(cè)規(guī)范的要求，應(yīng)結(jié)合施工期和通水期的工程特點(diǎn)合理制定部分時(shí)段的觀測(cè)測(cè)次。

（7）由于引調(diào)水工程線路一般比較長(zhǎng)，布置有監(jiān)測(cè)儀器的部位和斷面十分有限，這就要求重視現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查。

（8）進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)模型分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)受力變形特點(diǎn)，確定新的影響因子和因子形式，從而才能得出合適的預(yù)測(cè)模型。

5 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程各建筑物通水期間運(yùn)行基本正常，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變化規(guī)律基本正常。通水后混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力變化不明顯，基底反力、結(jié)構(gòu)縫變形和沉降變形變化不大，滲水壓力變化較大。渠道和渡槽存在滲漏現(xiàn)象，建議通水結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行灌漿處理。

本工程的臨時(shí)通水為后期的正常通水和其它相似工程的設(shè)計(jì)提供了原始經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)，對(duì)這一期間的安全監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行細(xì)致深入的分析，對(duì)評(píng)估各建筑物的安全狀況，為運(yùn)行管理單位掌控工程運(yùn)行狀態(tài)，指導(dǎo)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工具有重要的意義。

[1]付冰清，王剛.南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況[J].大壩觀測(cè)與土工測(cè)試,1997,21(2):22～24.

[2]SL 169-96,土石壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程[S].中華人民共和國(guó)水力部發(fā)布.

[3]DL/T5178-2003，混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].國(guó)家發(fā)改委發(fā)布.

[4]DL/T5209-2005，混凝土壩監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)范[S].國(guó)家發(fā)改委發(fā)布。

[5]赤仔坤，高海成.南水北調(diào)滹沱河倒虹吸工程安全監(jiān)測(cè)成果分析[J].南水北調(diào)與水利科技,2007，5（5）:160-163.