許晨楊，郭 丹,朱增偉

(江蘇省泰州引江河管理處,江蘇 泰州 225321)

水利工程的觀測(cè)工作是及時(shí)掌握工程實(shí)際狀態(tài)和當(dāng)前運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患，充分有效發(fā)揮工程效益的基礎(chǔ)性工作[1]。水利類船閘與常規(guī)水工建筑物不同，由于船閘全天24小時(shí)運(yùn)行，船舶過(guò)閘引起的水流對(duì)地基基礎(chǔ)與航道的沖刷，會(huì)導(dǎo)致水工建筑物基礎(chǔ)部分因河道沖刷，產(chǎn)生不均勻沉降、揚(yáng)壓力異常，甚至影響工程正常運(yùn)行等情況。觀測(cè)工作的目的就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)并掌握變形規(guī)律，采取預(yù)防和改善措施，避免造成工程事故。近年來(lái)，按照《江蘇省水利工程管理規(guī)程》、《江蘇省水利工程精細(xì)化指導(dǎo)意見》的要求，江蘇省泰州引江河管理處根據(jù)高港船閘其水利船閘的特殊性，深入鉆研水利工程精細(xì)化管理，收到了良好的效果。本文重點(diǎn)介紹高港船閘工程觀測(cè)工作的精細(xì)化管理，以期對(duì)水利類船閘技術(shù)管理工作有所幫助。

1 工程概況

泰州引江河是國(guó)家南水北調(diào)東線的水源工程之一，位于高港至泰州一線西側(cè)約3 km處，南起長(zhǎng)江，北接新通揚(yáng)運(yùn)河，全長(zhǎng)24 km，是一項(xiàng)以引水為主，兼顧灌溉、排澇、航運(yùn)、生態(tài)、旅游等綜合利用，支撐蘇北地區(qū)發(fā)展和實(shí)施沿海開發(fā)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)設(shè)施工程[2]。高港船閘包括高港一線、二線船閘，均由江蘇省泰州引江河管理處高港水閘管理所負(fù)責(zé)管理和使用，被稱為“黃金水道”“水上高速”。

高港一線船閘工程于1999年投入運(yùn)行，于2016年11月—2018年11月實(shí)施高港一線船閘加固工程，閘室長(zhǎng)196 m，凈寬16 m，檻上水深3.5 m，為雙向水頭的通航建筑物，上下閘首均為整體平底板塢式結(jié)構(gòu)，采用短廊道輸水對(duì)沖消能方式，引航道為對(duì)稱布置，閘室為半重力式透水底板。主閘門為平面橫拉閘門，船閘等級(jí)為Ⅳ級(jí)船閘。船閘工程設(shè)計(jì)按地震基本烈度7度設(shè)防[3]。

高港二線船閘工程于2012年12月18日開工建設(shè)；2014年6月10日通過(guò)水下階段驗(yàn)收；2015年7月2日試通航，閘室長(zhǎng)230 m，閘室凈寬23 m，檻上水深4.0 m，為雙向水頭的通航建筑物，上下閘首均為整體塢式結(jié)構(gòu)，主閘門為雙扇對(duì)開三角門，采用液壓直推式啟閉機(jī)啟閉。輸水系統(tǒng)采用短廊道集中輸水，對(duì)沖消能方式，閘室底板為素混凝土透水底板。上下游導(dǎo)航墻有效長(zhǎng)度均為70 m，上游導(dǎo)航墻對(duì)稱布置，采用直線段與圓弧段結(jié)合的喇叭口布置形式。二線船閘位于一線船閘西側(cè)，其順?biāo)飨蛑行木€距一線船閘70 m，上閘首邊緣與一線船閘閘首的上游邊緣齊平。船閘等級(jí)為Ⅲ級(jí)船閘[4]。

2 觀測(cè)方法及頻次

2.1 工作基點(diǎn)的考證

高港船閘工作基點(diǎn)埋設(shè)均超過(guò)5 a，因此工作基點(diǎn)考證每5年1次，每當(dāng)遇地震、地面升降或受重車碾壓等可能使觀測(cè)設(shè)施產(chǎn)生位移時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行考證。高港船閘工作基點(diǎn)考證觀測(cè)線路從國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)“江靖12-M”經(jīng)泰州市高港樞紐的三個(gè)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)后再閉合至江都區(qū)大橋鎮(zhèn)太字村“江靖12-M”形成閉合環(huán)進(jìn)行環(huán)形路線觀測(cè)，路線按一等閉合水準(zhǔn)方法施測(cè)。施測(cè)前對(duì)儀器進(jìn)行i角檢驗(yàn)且小于一等水準(zhǔn)測(cè)量i角≤15″，觀測(cè)線路總長(zhǎng)約為16.32 km。

2.2 垂直位移觀測(cè)

根據(jù)《水利工程觀測(cè)規(guī)程》、《高港船閘觀測(cè)任務(wù)書》的要求，高港一線、二線船閘每季度進(jìn)行一次三等水準(zhǔn)觀測(cè)?？紤]高港二線船閘觀測(cè)線路長(zhǎng)，地形復(fù)雜，測(cè)站較多的情況，為保證觀測(cè)精度，將高港二線船閘的垂直位移觀測(cè)分為二線上游、二線閘室、二線下游共三個(gè)部分。采用光學(xué)測(cè)微法單路線往返觀測(cè)，高港一線船閘設(shè)有觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)94個(gè)(見圖1)，線路約長(zhǎng)3 km；高港二線船閘上游設(shè)有垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)21個(gè)(見圖2)，線路約長(zhǎng)2.0 km，高港二線船閘閘室設(shè)有垂直位移測(cè)標(biāo)點(diǎn)48個(gè)，線路約長(zhǎng)2.0 km，高港二線船閘下游設(shè)有垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)21個(gè)，線路約長(zhǎng)2.5 km，觀測(cè)值下降為正，上升為負(fù)。

2.3 河床斷面觀測(cè)

高港一線船閘與二線船閘共用上下游引航道，下游右岸為直立擋墻。引航道上游為內(nèi)河側(cè)，下游為長(zhǎng)江側(cè)。船閘工程設(shè)有30個(gè)斷面，其中上游11個(gè)，下游19個(gè)，共60根斷面樁，斷面樁樁頂高程考證分左右岸進(jìn)行，觀測(cè)線路均從工作基點(diǎn)BM2到BM2，采用四等閉合水準(zhǔn)測(cè)量。由于下游河床受長(zhǎng)江影響明顯，于汛前汛后各觀測(cè)1次，上游河床只在汛前觀測(cè)1次。汛前和汛后觀測(cè)均采用中海達(dá)V90 GNSS RTK GPS系統(tǒng)協(xié)同中海達(dá)HD-370全數(shù)字變頻測(cè)深儀對(duì)河道斷面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量同時(shí)記錄風(fēng)向、風(fēng)力、觀測(cè)時(shí)間，起點(diǎn)距精確至0.1 m，水深精確至0.01 m。

2.4 伸縮縫觀測(cè)

根據(jù)《水利工程觀測(cè)規(guī)程》的要求，高港一線船閘伸縮縫每季度觀測(cè)1次，高港二線船閘伸縮縫每月觀測(cè)1次。標(biāo)點(diǎn)為三點(diǎn)式不銹鋼金屬標(biāo)點(diǎn)，采用游標(biāo)卡尺測(cè)量三向尺寸，精確至0.1 mm，同時(shí)記錄上下游水位及氣溫。觀測(cè)時(shí)船閘正常通航。上下游水位根據(jù)觀測(cè)時(shí)間從高港泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)上摘錄。氣溫由溫度計(jì)測(cè)得。建筑物溫度由紅外測(cè)溫儀測(cè)得。伸縮縫觀測(cè)值以張開為正、閉合為負(fù)。

圖1 高港一線船閘垂直位移觀測(cè)路線

圖2 高港二線船閘垂直位移觀測(cè)路線

2.5 測(cè)壓管水位觀測(cè)

高港船閘測(cè)壓管管口高程每年校測(cè)1次，因僅埋設(shè)下游引航道西側(cè)，故僅需從工作基點(diǎn)BM2到BM2，采用光學(xué)測(cè)微法單路線往返觀測(cè)，按四等水準(zhǔn)測(cè)量，觀測(cè)數(shù)據(jù)與上年相差1 cm以內(nèi)可不作修正。

高港船閘測(cè)壓管靈敏度試驗(yàn)每5年進(jìn)行1次，選擇水位穩(wěn)定期進(jìn)行，采用注水法。即試驗(yàn)前用電測(cè)水位計(jì)測(cè)量管中水位，然后向管中注入清水，注水量約測(cè)壓管容積5倍左右，即約30 L水。注入后不斷觀測(cè)水位，直至恢復(fù)到或接近注水前水位。對(duì)于黏壤土，注入水位在120 h內(nèi)降至原水位則靈敏度合格；對(duì)于砂壤土，注入水位在24 h內(nèi)降至原水位靈敏度合格；對(duì)于砂粒土，1～2 h 降至原水位或注水后水位升高不到3～5 m為合格。

測(cè)壓管于每月農(nóng)歷初三、十八長(zhǎng)江高潮位時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，連續(xù)獨(dú)立觀測(cè)管中水位兩次，采用電測(cè)水位計(jì)法，讀取測(cè)壓管管口高程減管口至管中水面間的距離，最小讀數(shù)至0.01 m，兩次讀數(shù)差小于0.02 m，取其平均值，成果取至0.01 m。電測(cè)水位計(jì)的測(cè)繩長(zhǎng)度標(biāo)記，應(yīng)每隔3個(gè)月用鋼尺校正1次。

3 工程觀測(cè)的精細(xì)化管理

3.1 制度規(guī)范

根據(jù)《江蘇省水利工程精細(xì)化管理指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步深化水利工程規(guī)范化管理，加快構(gòu)建更加科學(xué)高效的工程管理體系，高港船閘一方面結(jié)合本單位、本工程實(shí)際情況，率先對(duì)高港船閘工程管理實(shí)施細(xì)則進(jìn)行了修訂，為工程觀測(cè)工作提供了重要依據(jù)。使得觀測(cè)工作內(nèi)容更完整、管理目標(biāo)更清晰、管理任務(wù)更明確、管理要求更具體。后組織編制工程觀測(cè)作業(yè)指導(dǎo)書、高港船閘精細(xì)化指導(dǎo)手冊(cè)、高港船閘精細(xì)化導(dǎo)圖等各類管理資料，明確工作內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)要求、方法步驟、工作流程、注意事項(xiàng)、資料格式等，用于指導(dǎo)觀測(cè)工作從開始到結(jié)束的全流程管理，對(duì)工作行為和過(guò)程控制相對(duì)固化，避免因管理人員業(yè)務(wù)能力、責(zé)任意識(shí)等方面的差異對(duì)工作結(jié)果的影響，更好地指導(dǎo)和規(guī)范專項(xiàng)工作的有效開展。另一方面，高港船閘加快工程觀測(cè)精細(xì)化、信息化建設(shè)，通過(guò)江蘇省泰州引江河管理處對(duì)接省河道局組織河海大學(xué)開發(fā)的工程觀測(cè)信息平臺(tái)，將工程觀測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容與信息化管理系統(tǒng)深度融合，通過(guò)信息技術(shù)強(qiáng)化過(guò)程控制，使觀測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)內(nèi)容更直觀，觀測(cè)方法更科學(xué)，確保工程觀測(cè)精細(xì)化管理工作扎實(shí)有序推進(jìn)。

3.2 創(chuàng)新實(shí)踐

高港船閘在做好工程觀測(cè)的同時(shí)，也積極推進(jìn)觀測(cè)方面的創(chuàng)新實(shí)踐，已在工程觀測(cè)方面獲得一項(xiàng)發(fā)明專利，兩項(xiàng)實(shí)用新型專利，從技術(shù)創(chuàng)新方面推進(jìn)精細(xì)化成果。

一種壩體伸縮縫用觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)(專利號(hào):2018211765710，見圖3)的創(chuàng)新解決了原先觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)布設(shè)縫寬與兩側(cè)建筑物的相對(duì)位移量精度不高的不足，本實(shí)用新型采用壩體伸縮縫用觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，壩體地基上設(shè)置有伸縮縫和三個(gè)用于埋設(shè)金屬標(biāo)點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)孔，其中的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)孔設(shè)置于伸縮縫一側(cè)，且兩個(gè)測(cè)點(diǎn)孔之間的連線與伸縮縫平行，另一個(gè)測(cè)點(diǎn)孔設(shè)置于伸縮縫另一側(cè)，金屬標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)于測(cè)點(diǎn)孔內(nèi)，從而使三個(gè)金屬標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成三點(diǎn)式金屬標(biāo)點(diǎn)。新標(biāo)點(diǎn)有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)在金屬標(biāo)點(diǎn)本體上端設(shè)置有保護(hù)罩，可以較好地保護(hù)金屬標(biāo)點(diǎn)本體。(2)保護(hù)罩內(nèi)側(cè)腔槽內(nèi)設(shè)有與外螺紋相適配的內(nèi)螺紋，與保護(hù)罩呈旋轉(zhuǎn)分離式連接，安裝更加方便。(3)金屬標(biāo)點(diǎn)本體外側(cè)壁上設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形凹槽填充有植筋膠，使得金屬標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)更加穩(wěn)固。(4)保護(hù)罩頂端開設(shè)有用于將保護(hù)罩啟開的凹槽，便于啟開保護(hù)罩。(5)保護(hù)罩頂端表面涂覆有熒光層，夜間或昏暗環(huán)境下需要進(jìn)行伸縮縫觀測(cè)時(shí)，可以輕易地找到伸縮縫觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)。

圖3 一種壩體伸縮縫用觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)

一種壩體伸縮縫金屬標(biāo)點(diǎn)用安裝輔助工具(專利號(hào):2018211765725)，安裝輔助工具見圖4。本實(shí)用新型采用壩體伸縮縫金屬標(biāo)點(diǎn)用安裝輔助工具，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，用于安裝金屬標(biāo)點(diǎn)，簡(jiǎn)單方便，提高測(cè)量精度。

圖4 一種壩體伸縮縫金屬標(biāo)點(diǎn)用安裝輔助工具

4 工程觀測(cè)的實(shí)際運(yùn)用

4.1 垂直位移觀測(cè)資料的分析與評(píng)估

2019年度，高港船閘對(duì)高港一線、二線船閘分別進(jìn)行了四次三等水準(zhǔn)觀測(cè)。采用LEICA LS10電子水準(zhǔn)儀配銦鋼尺觀測(cè)，觀測(cè)前對(duì)儀器i角進(jìn)行檢驗(yàn)，四次i角校驗(yàn)不大于15″，符合精度要求。各測(cè)站視線長(zhǎng)度、前后視距差及視線高度均符合規(guī)定。2019年最大(小)間隔位移量與最大(小)累計(jì)位移量見表1～表2。

表1 2019年一線船閘特征位移量與部位編號(hào)

表2 2019年二線船閘特征位移量與部位編號(hào)

由表1、表2可見：(1)與去年相比，一線、二線四個(gè)季度各標(biāo)點(diǎn)沉降均勻。各季度各標(biāo)點(diǎn)間隔位移量均未超過(guò)5 mm，建筑物各部位垂直位移無(wú)明顯異常。(2)累計(jì)位移量超過(guò)150 mm的標(biāo)點(diǎn)有8個(gè)。(3)2000年后的沉降量與其它點(diǎn)基本相同。(4)建筑物各部位垂直位移無(wú)明顯異常。

2020年度，入汛以來(lái)工程持續(xù)高水位運(yùn)行，防汛壓力加大，按照工程安全設(shè)計(jì)要求，水位高于4.8 m將暫停通航，遇強(qiáng)降雨等惡劣天氣，建議加大測(cè)次，實(shí)時(shí)監(jiān)控工程狀況。

4.2 河道斷面觀測(cè)資料的分析與評(píng)估

2019年4月2日對(duì)高港船閘上下游河道斷面進(jìn)行了觀測(cè)，10月19日對(duì)下游河道斷面進(jìn)行了觀測(cè)，上游共11個(gè)斷面,下游共19個(gè)斷面。

汛前上游河道呈沖刷態(tài)勢(shì)(長(zhǎng)度為800 m)，沖刷深度在111～253 cm之間，最大沖刷深度253 cm出現(xiàn)在C.S.11上,最小沖刷深度111 cm出現(xiàn)在C.S.9上，總累計(jì)沖刷土方量為39 900 m3。汛前下游河道總體呈沖刷態(tài)勢(shì)(長(zhǎng)度為1140 m)，沖刷深度在27～271 cm之間，最大沖刷深度271 cm出現(xiàn)在C.S.16下,最小沖刷深度27 cm出現(xiàn)在C.S.2下,總累計(jì)沖刷土方量為88 610 m3。汛后下游河道總體呈沖刷態(tài)勢(shì)，沖刷深度在22～271 cm 之間，最大沖刷深度271 cm出現(xiàn)在C.S.16下,最小沖刷深度22 cm出現(xiàn)在C.S.1下,總累計(jì)沖刷土方量為92 530 m3。

因高港船閘全年通航，根據(jù)河道斷面觀測(cè)情況，監(jiān)控上下游航道兩側(cè)存在淤積情況，為避免過(guò)閘船舶擱淺，保障船舶通航安全，高港船閘協(xié)調(diào)江蘇省水科院為船閘上下游航道進(jìn)行超聲波掃床觀測(cè)，具體確定清淤區(qū)域。高港船閘已于2020年5—6月份組織開展上下游河道清淤工程，上下游共清淤4萬(wàn)余m3，項(xiàng)目金額44萬(wàn)余元。

4.3 伸縮縫觀測(cè)資料的分析與評(píng)估

2019年度，高港一線船閘伸縮縫每季度用游標(biāo)卡尺觀測(cè)一次，高港二線船閘伸縮縫每月用游標(biāo)卡尺觀測(cè)一次，單位精確至0.1 mm。各觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)在溫度變化明顯時(shí)的變形基本符合氣溫變化規(guī)律，各測(cè)點(diǎn)無(wú)異常。

2018年度對(duì)高港一線船閘伸縮縫觀測(cè)期間發(fā)現(xiàn)上左翼1、上左翼2，兩處標(biāo)點(diǎn)的變化量較大，上左翼1、上左翼2表現(xiàn)為后傾。高港船閘邀請(qǐng)省工程勘測(cè)研究院專家來(lái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看問題標(biāo)點(diǎn)伸縮縫情況，并作溝通交流，確定原因系一線船閘的工程設(shè)施、電氣設(shè)備進(jìn)行加固改造施工期間通航?jīng)_刷導(dǎo)致。省水利設(shè)計(jì)院公司專家結(jié)合實(shí)際情況與業(yè)主要求，確定對(duì)2個(gè)伸縮縫問題標(biāo)點(diǎn)灌注聚氨酯并進(jìn)行混凝土高壓旋噴，并對(duì)周圍6個(gè)臨近伸縮縫標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行混凝土高壓旋噴。

5 結(jié) 語(yǔ)

工程觀測(cè)工作細(xì)致而繁重，但卻是一項(xiàng)最能直觀反映工程實(shí)際狀況的工作。水利類船閘不同于廣泛的水利閘站，要因地制宜、聯(lián)系實(shí)際，緊抓工程管理精細(xì)化的要求，根據(jù)所管工程的特點(diǎn)，及時(shí)通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)船閘工程安全分析和評(píng)估，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析船閘工程的現(xiàn)狀，評(píng)估當(dāng)前工程狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，提出維護(hù)意見。制定工程觀測(cè)精細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書，明確觀測(cè)要求，克服觀測(cè)人員流動(dòng)，觀測(cè)天氣惡劣，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等困難，對(duì)觀測(cè)工作的頻次、方法、精度堅(jiān)決落實(shí)完成，保證觀測(cè)工作的連續(xù)性，穩(wěn)定性，科學(xué)性，為工程控制運(yùn)用提供有力數(shù)據(jù)資料保障。