趙壽剛，李 娜，李長征，蘇懷智

（1.黃河水利委員會 黃河水利科學研究院 河南 鄭州 450003； 2.水利部堤防安全與病害防治工程技術研究中心，河南 鄭州 450003； 3.河海大學，江蘇 南京 210024）

穿堤輸水管涵是一種應用廣泛的水工建筑物，筑堤土體與管涵接觸面容易發(fā)生滲流沖刷破壞，影響堤防防洪安全，這種破壞初始過程大多隱于工程內部，發(fā)展迅速且難以搶護。 2016年汛期長江干堤50 處險情中與穿堤建筑物相關的有 6 處［1］；2019年 7月湘贛兩省出現(xiàn)的9 處決堤和潰壩險情中，有1 處是在超標準洪水作用下穿堤鋼管周圍土體發(fā)生接觸滲流沖刷形成涌水通道［2］；2021年7月河南特大暴雨造成衛(wèi)河發(fā)生超標準洪水，?？h衛(wèi)河左堤1 處穿堤涵洞發(fā)生滲流災變險情，導致堤防發(fā)生坍塌潰決［3］。 關于穿堤管涵接觸滲流災變破壞的分析研究，往往僅著眼于表面的滲流破壞現(xiàn)象，而對致災的主要影響因素缺乏認識，致使對接觸滲流災變發(fā)展演變的判斷出現(xiàn)偏差，造成防控被動。 通過檢測、探測與監(jiān)測可獲得穿堤管涵接觸滲流災變隱患信息，特別是監(jiān)測技術，是了解和掌握管涵土石接合部結構性狀變化與安全穩(wěn)定狀態(tài)的主要手段。 但現(xiàn)有儀器設備較難實現(xiàn)深層災變隱患探測，且災變隱患識別分辨率、探測精度和時效性亟待提高，針對接觸滲流災變發(fā)展演變研發(fā)新的探測與監(jiān)測技術，并在工程實踐中不斷驗證和改進很有必要。 為此，如何有效辨識接觸滲流災變情況，認清災變機理，實現(xiàn)土石接合部深層災變隱患的精準識別，掌控災變的發(fā)生發(fā)展演化進程，對堤防工程防洪預報、預警、預演、預案“四預”方案的制定，以及提升堤防工程防汛搶險重大決策的科學化和智能化水平具有重要現(xiàn)實意義。

1 接觸滲流災變影響因素及其分級

1.1 接觸滲流災變主要影響因素分析

穿堤管涵接觸滲流災變發(fā)展演化影響因素極其復雜，其中接合部位土體性質、密實程度是造成接觸滲流災變的重要原因之一，另外上下游高水位差、止水破壞等會加劇災變進程。 下面通過在自行研制的接觸滲流試驗裝置［4-5］上開展試驗，探討土體的黏粒含量及接觸面壓實度等因素對接觸滲流災變發(fā)展演化的影響。對水力比降分別為 20、10、5、3.5、2.5 時（這里說的水力比降是廣義的，因災變先發(fā)生于工程內部，故暫不考慮滲徑的沿程變化），黏粒含量分別為4.6%（土體a，低液限粉土）、12.3%（土體b，低液限黏土）、22.6%（土體c，低液限黏土），接觸面壓實度Kb分別為 0.75、0.80、0.85 的土體試樣開展接觸滲流沖刷試驗，主要從穩(wěn)定滲流階段（從水頭初始施加到下游出口有清水滲出階段）和災變破壞階段（從渾水滲出至試樣破壞階段）兩個方面考慮，分析土體性質、密實程度等與滲流穩(wěn)定時間和破壞時間的關系。

1.1.1 滲流穩(wěn)定階段

接觸面土體密實程度不同時，各種土體試樣水力比降與滲流穩(wěn)定時間的關系見圖1。 可以發(fā)現(xiàn)，在水力比降一定時，不同土體的滲流穩(wěn)定時間有所不同，具有一定的規(guī)律。 在水力比降及密實程度一定的情況下，黏粒含量較大的土體抗?jié)B流災變演化能力較強，試樣從施加水頭壓力到滲流穩(wěn)定時間較長；對于同種土體，密實程度越大，土體滲流穩(wěn)定時間越長，抵抗接觸滲流災變演化能力越強。 但在水力比降較大時不同土體的滲流穩(wěn)定時間差別較大。 例如，Kb＝0.75、水力比降為20 時，黏粒含量4.6%、12.3%、22.6%土體的滲流穩(wěn)定時間分別為3、0.5、8 min，反映了影響土體接觸滲流災變的因素具有隨機性，同時也反映出土石接合部滲流災變實際制約因素具有復雜性。

圖1 不同土體試樣水力比降與滲流穩(wěn)定時間的關系

1.1.2 滲流災變破壞階段

各種土體試樣水力比降與滲流災變破壞時間的關系見圖2。 可以發(fā)現(xiàn)，在水力比降較大且長時間水力作用下，土體較易發(fā)生接觸滲流災變破壞，在相同條件下，即同樣水力比降和壓實度情況下，黏粒含量較大的土體抗?jié)B流災變破壞能力較強，說明土體性質對接觸滲流災變影響較大；相同土體情況下，密實程度越高，其抵抗接觸滲流災變破壞的能力越強。

圖2 不同土體試樣水力比降與滲流災變破壞時間的關系

1.2 接觸滲流災變險情分級

穿堤管涵土石接合部主要病害類型為不密實、脫空、裂縫（開裂）等，其接觸滲流災變險情的主要表現(xiàn)形式為接合部滲漏、洞內壁漏水、管涵背水坡滲水等。只要堤防的臨水側和背水側存在水頭差，穿堤管涵接合部就會產生滲流。 隨著堤前水位的升高，堤身浸潤線逐步形成并不斷抬高，接合部的滲透比降也逐漸增大，接觸滲流會加速內在病害隱患的發(fā)生和發(fā)展，從而導致滲流險情出現(xiàn)。 穿堤管涵接合部發(fā)生接觸滲流災變險情的關鍵指標是允許水力比降，而目前允許水力比降多以工程經(jīng)驗值為標準。 隨著反濾設計方法、施工工藝的日趨完善，接合部抵抗接觸滲流災變險情的允許水力比降可能較工程經(jīng)驗值偏大。

總之，穿堤管涵主要險情為由接觸滲流沖刷引起的管涌、漏洞，在高水位時，河水在勢能的作用下，常沿穿堤管涵接合部等薄弱地帶產生滲漏，土體內部細顆粒先行析出，進而由滲流出口下游側向上游側回溯發(fā)展，直至與上游連通，形成貫通的滲漏通道，造成險情。滲流出口是滲流場中最薄弱的部位，也是滲流控制的重點。 根據(jù)接觸滲流造成的險情狀況，提出災變險情分級標準，見表1。

表1 穿堤管涵接觸滲流災變險情分級

2 接觸滲流災變辨識技術

2.1 災變的探測技術

穿堤管涵的接觸滲流災變險情具有隱蔽性、隨機性、初始量級低及災難性等特征，從滲漏險情發(fā)生到堤防嚴重破壞的過程，準確判別、及時發(fā)現(xiàn)、精準定位和科學處置滲漏隱患對保障堤防安全至關重要。 長期以來，穿堤管涵接觸滲流導致的接合部災變多采用鉆探、人工探視和物探等方法辨識。 鉆探具有成本極高、效率低、局限性、盲目性等缺點，并且鉆探會給工程留下新的隱患；人工探視主要靠長期工作經(jīng)驗，效率很低，無法找到隱蔽的災變隱患部位；而地球物理探測則是目前快速、準確、無損傷辨識災變隱患的首選方法。 穿堤管涵接合部存在缺陷或發(fā)生滲漏的區(qū)域電導率將發(fā)生改變。 直流電阻率法和地質雷達法等探測技術可通過探測電性參數(shù)異常來實現(xiàn)穿堤管涵接合部內部缺陷和滲漏的間接診斷。 但常規(guī)直流電阻率法的“體積特性”及對復雜地質體勘探效果不夠理想等缺點，嚴重制約了電法獲取深部異常信息的能力，使得原有的各種電法觀測系統(tǒng)在進行土石接合部災變隱患探測時無法取得令人滿意的效果；而地質雷達法在數(shù)據(jù)處理和解釋方面還存在較大的技術提升空間。 為解決探測難題，需根據(jù)土石接合部災變病險特征及現(xiàn)有儀器設備的局限性，改進探測數(shù)據(jù)的計算分析和處理技術，提高探測精度。

2.1.1 聚束電法探測技術

在現(xiàn)有電法探測系統(tǒng)基礎上，趙壽剛等［5］對原有聚束直流電阻率法探測系統(tǒng)的供電模塊和跑極控制模塊進行了改進，通過布設聚束電極，人為改變電流分布形態(tài)，使主電流在一定范圍內呈束狀流向地層深處并穿透高阻體，提高災變病險探測分辨率；通過研究不同探測對象主電場與聚束電場之間的相關關系，確定直流電場的最佳聚束方案、電極的布設方式、聚束電流和電壓等參數(shù)，提出了一種改進的聚束直流電阻率探測方法，研發(fā)了一套可適用于穿堤管涵土石接合部災變病險探測的聚束直流電法系統(tǒng)。 該系統(tǒng)實現(xiàn)了地下電場可控，具有探測深部災變病險隱患的功能，大大提高了現(xiàn)有儀器的探測精度和深度。

聚束直流電阻率法和對稱四極電阻率法探測結果見圖3。

圖3 聚束直流電阻率法和對稱四極法探測結果對比

隨著深度的增大，對稱四極和聚束電阻率法探測的視電阻率均減小，對稱四極法測得的視電阻率從250 Ω·m減小至150 Ω·m，聚束直流電阻率法測得的視電阻率從270 Ω·m 減小至40 Ω·m。 漏水點在深度3.0 m 以下，浸潤線在深度5.0 m 位置，浸潤線以下的視電阻率一般在100 Ω·m 以下。 對比結果表明，聚束直流電阻率法能夠較好地反映接合部的地電屬性，對稱四極電阻率法需通過進一步反演計算才能反映接合部的地層性質。

2.1.2 數(shù)字信號處理技術

利用數(shù)字信號處理技術，選用MATLAB 作為信號分析處理系統(tǒng)開發(fā)平臺，趙壽剛等［5］開發(fā)了一套探地雷達信號分析處理系統(tǒng)，提高了災變病險隱患識別的分辨率。 針對穿堤管涵土石接合部及系統(tǒng)探測功能，除了常規(guī)記錄標記的歸一化、水平與垂直濾波、電磁波速分析、增益調節(jié)與顯示選擇等一般處理措施外，重點從接合部界面位置的確定與追蹤、空洞與脫空區(qū)確定、含水結構特性分析等方面對雷達信號進行處理。 設計了IIR 或FIR 濾波器，達到對探地雷達數(shù)據(jù)干擾信號的消除及提高信噪比的目的，建立了災變病險隱患和信號特征的相關關系，較好地補充了探地雷達數(shù)據(jù)的解釋，實現(xiàn)了災變隱患的準確定位，提出了目標深度的快速定位方法，且定位誤差小于5 cm，災變隱患成像更加清晰，提高了系統(tǒng)的信噪比和分辨率，增強了成像效果。

采用探地雷達信號分析處理系統(tǒng)對穿堤管涵土石接合部進行現(xiàn)場檢測，儀器采用美國勞雷公司SIR-3000 型探地雷達，天線選擇400 MHz 屏蔽天線，得到一組工程災變病險隱患的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 原始圖像見圖4，可以看出，當接合部出現(xiàn)脫空時，反射信號較強，災變隱患部位同相軸振幅驟然增大，信號雜亂。 結合原始圖像，能夠對工程災變隱患進行判斷和分析，但圖像背景信息復雜，散射干擾多，在復雜的工程條件下，很難通過原始圖像準確判斷災變隱患的形態(tài)、分布和發(fā)育特征。

圖4 脫空情況的探測結果原始圖像

采用開發(fā)的探地雷達信號分析處理系統(tǒng)，對圖像進行濾波計算、時頻分析、復信號分析、色度矯正等技術處理。 相比原始圖像，處理后圖像（見圖5）弱化了復雜的背景信號，排除了無關散射信號的干擾，使災變隱患位置更加清晰。 因此，在信號處理過程中，應結合工程實際，開展相應的濾波分析，凸顯有效信號，屏蔽干擾信息，開展前后信號、無隱患和有隱患部位信號的對比，準確判讀探測結果。

圖5 技術處理后探測結果圖像

2.2 災變的監(jiān)測技術

現(xiàn)階段穿堤管涵接合部滲漏險情的發(fā)現(xiàn)和處置大都是事后的，險情控制處于較為被動的局面，對滲漏進行安全監(jiān)測實時評價并預警，對保障堤防安全具有重要意義［6-7］。 近年來，分布式光纖技術在我國工程安全監(jiān)測中逐步得到應用，測量的主要指標包括溫度、應力、變形以及壓力等，通過埋設在水工建筑物或基礎內的眾多光纖，實現(xiàn)對滲水沿程連續(xù)實時采集，具有監(jiān)測距離長、空間分辨率高、遠程線性測量等特點。 埋設的光纖不僅是傳感器，還是單色光源的發(fā)射線路、大量溫度信號所形成光譜反饋信息等的傳輸線路。 這一技術的發(fā)展不僅克服了點式傳感器測量點有限、成本較高、擾動較大等缺陷，而且大大提高了發(fā)現(xiàn)和定位細微滲漏險情的概率，進而使工程搶險得以及時有效地開展，避免險情的發(fā)生。 但目前已有監(jiān)測技術和模型功能不適用土石接合部災變監(jiān)測，難以實現(xiàn)自動監(jiān)測預警。針對分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的原理、主要特點及性能，將其應用于穿堤管涵接觸滲流導致的接合部災變險情監(jiān)測中，并進一步開發(fā)應用，研發(fā)了一套穿堤管涵接合部災變險情監(jiān)測技術，對于豐富和完善現(xiàn)有滲漏監(jiān)測技術手段具有重要意義。

2.2.1 滲漏監(jiān)測

通過在穿堤管涵接合部埋設分布式測溫光纖網(wǎng)絡，獲取接合部滲漏發(fā)生、發(fā)展過程中溫度數(shù)據(jù)，分析其時程變化特征，探究光纖測溫值與土石接合部滲漏的相關關系，可實現(xiàn)對接合部滲漏災變的準確定位。借助基于加熱法的分布式光纖測溫技術實現(xiàn)對穿堤管涵接合部滲流狀況（流速、集中滲漏、浸潤線等）監(jiān)測，設計和裝配了一套由分布式光纖測溫系統(tǒng)（DTS）、滲流（漏）系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成的接合部滲流感知平臺，將接合部分布式光纖滲流感知問題概括為對沿土石接合部垂直光纖方向發(fā)生滲流或滲漏的感知問題；進而通過開展非飽和無滲流、飽和無滲流、滲流狀態(tài)下的滲漏定位試驗，分析土石接合部滲漏對加熱光纖的影響，實現(xiàn)土石接合部滲漏災變的可靠定位。 試驗發(fā)現(xiàn)，光纜加熱功率越大，光纖對土石接合部滲漏愈敏感；在飽和滲流工況下，分布式光纖對土石接合部滲漏災變感知靈敏度會降低，若要實現(xiàn)對小滲漏的定位，則必須加大加熱功率。

2.2.2 滲流流速監(jiān)測

借助基于加熱法的分布式光纖測溫技術可實現(xiàn)穿堤管涵接合部滲流流速監(jiān)測。 根據(jù)傳熱學中線熱源測量流體流速原理，視加熱光纖與水流之間的熱對流遵從流體橫掠單管的強制對流換熱準則，可推導加熱光纖純水流速監(jiān)控模型。 借助接合部滲流感知平臺，根據(jù)埋設在同種介質中光纖在不同流速、不同加熱功率工況下溫升曲線，可建立均勻介質中分布式光纖滲流流速監(jiān)測模型；通過比較分析接合部光纖和同種介質中光纖的溫升特征差異，可構建適合接合部的分布式光纖滲流流速監(jiān)測模型和方法。 值得注意的是，均質土體內和接合部滲流特性不同，致使加熱光纖的熱量耗散不相同，同一土體與接合部分布式光纖滲流流速監(jiān)測模型也不完全相同。

另外，光纖傳感技術在國內外未能大范圍應用于實際工程的主要原因之一是分布式光纖傳感器埋設的成功率低。 在未對光纖采取合理保護措施的前提下，將結構纖細的光纖甚至極易損壞的裸光纖直接埋設在混凝土、土體或其他介質內，極易導致光纖在實際工程中失效或達不到工程應用的要求［8］。 國內外對堤防土體內分布式光纖埋設方法的介紹不多，關于穿堤管涵接合部分布式光纖布設方法的研究幾乎為零。 通過接合部滲流（漏）監(jiān)測的分布式光纖布設方式研究發(fā)現(xiàn)，為了對滲漏進行靈敏感知，可將感溫光纖沿土石接合部S 形布設，一旦發(fā)生滲漏，滲漏水將穿越多條加熱光纖，引起光纖溫度分布曲線明顯變化，據(jù)此可以定位滲漏通道走向以及初步判斷滲漏量。 由于光纖傳感網(wǎng)絡的布置在一定程度上會對施工的進度產生影響，因此只需對發(fā)生滲漏可能性大的部位進行加密布置。 在穿堤管涵施工之前，設計好分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)，施工時按照預設的光纖傳感網(wǎng)絡進行布設，光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)可分析接合部溫度的變化過程，起到預測滲漏的作用，一旦某部位的溫度產生異常，可及時分析并對滲漏進行定位。 當產生的滲漏暫時不影響堤防的整體性能和安全運行時，可根據(jù)光纖監(jiān)測系統(tǒng)對滲漏實時監(jiān)控和定量分析，如果滲漏出現(xiàn)異常，應迅速采取措施進行控制。

2.2.3 浸潤線監(jiān)測

可根據(jù)土體導熱系數(shù)與其含水率之間的關系，實現(xiàn)分布式光纖對土體含水率的定量監(jiān)測。 根據(jù)介質不同狀態(tài)下光纖加熱溫升不同，得到基于分布式光纖的浸潤線監(jiān)測方法。

采用分布式光纖對穿堤混凝土涵洞側壁土石接合部浸潤線進行監(jiān)測，布設方式見圖6。 浸潤線監(jiān)測段光纖在8、12、16 W／m 加熱功率下的溫度分布見圖7。可以看出：每種加熱功率下介質內光纖溫度分布轉折過渡點對應介質不同狀態(tài)的過渡區(qū)，即44、48 和52 號點為浸潤線上的點；隨著加熱功率的增大，不同狀態(tài)介質內光纖溫升相差較大，因此更容易找出不同狀態(tài)過渡區(qū)對應的光纖溫度分布轉折過渡點。

圖6 浸潤線監(jiān)測分布式光纖布設方式

圖7 浸潤線監(jiān)測段光纖溫度分布

浸潤線光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以從兩方面進行：通過直接分析分布式光纖溫度數(shù)據(jù)和分布圖，獲得不同高程上浸潤線上的點，連接這些點即可獲得浸潤線；根據(jù)分布式光纖在特定加熱功率下溫升時程曲線，分析得到土體導熱系數(shù)、土體干濕狀態(tài)以及含水率的定量信息，據(jù)此詳細分析浸潤線的位置。

2.2.4 監(jiān)測預警系統(tǒng)

接合部滲流險情監(jiān)測數(shù)據(jù)序列是一種非線性、非平穩(wěn)信號，其大部分信息主要集中在低頻部分，其噪聲主要分布在高頻部分，而且往往含有間歇性信號。 對總體經(jīng)驗模態(tài)分解（EEMD）算法進行改進，利用高斯白噪聲具有頻率均勻分布的統(tǒng)計特性可實現(xiàn)病險監(jiān)測數(shù)據(jù)序列的降噪處理，原始監(jiān)測數(shù)據(jù)序列中大部分的小幅度波動被去除，監(jiān)測數(shù)據(jù)序列的變化規(guī)律得到了更加明顯的體現(xiàn)。 接合部分布式光纖溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)為包括滲漏在內多種因素的綜合響應，且響應機制尚不明確。 利用盲源分離技術盡可能地將溫度數(shù)據(jù)中土壤特性、自然現(xiàn)象等滲漏以外的因素對溫度數(shù)據(jù)的影響分離出去，使分離后的數(shù)據(jù)盡可能地是只受滲漏因素影響的溫度場變化結果；滲漏、土壤特性、自然現(xiàn)象等因素對溫度數(shù)據(jù)的影響滿足非高斯分布的統(tǒng)計獨立源，利用獨立成分分析和主成分分析組合方法實現(xiàn)光纖測溫數(shù)據(jù)中滲漏影響量分離。

監(jiān)測數(shù)據(jù)反映了接合部在環(huán)境與外荷載等作用下的動態(tài)演化過程，而且與其歷史數(shù)據(jù)存在相關性，因此可從歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取特征量作為支持向量機（SVM）的輸入，來預測未來的性態(tài)。 但原型監(jiān)測數(shù)據(jù)序列具有混沌特性，在考慮監(jiān)測序列混沌特性的基礎上，借助相空間重構技術從序列的歷史數(shù)據(jù)中提取特征量作為SVM 輸入，利用混沌粒子群優(yōu)化算法確定SVM 相關參數(shù)，建立基于CSVM 的土石接合部性態(tài)預測模型。

對于基于光纖測溫數(shù)據(jù)的滲流預警問題，因滲漏奇異點和非奇異點的分布式光纖溫度變化過程是不同的，故采取適當?shù)姆椒▽Υ┑坦芎潦雍喜繚B漏奇異點和非奇異點的光纖溫度變化過程進行度量是建立接合部滲漏隱患自動定位和預警模型的關鍵。 根據(jù)滲漏奇異點和非奇異點的光纖溫度變化特征，構建基于DTS 測溫數(shù)據(jù)的接合部滲漏隱患自動報警模型，實現(xiàn)災變病險隱患的自動快速預警。

2.3 災變因素辨識方法

災變因素辨識是穿堤管涵滲流安全評估和險情處置的前提［9］。 由于穿堤管涵服役環(huán)境復雜，在多因素耦合作用下，其工作性態(tài)不斷變化，因此災變因素辨識應定期進行，并貫穿穿堤管涵運行的全過程。

穿堤管涵滲流災變的因素主要包括工程風險因素、環(huán)境風險因素和人為風險因素。 工程風險因素識別主要是查找可能影響滲流安全或導致滲流異常的工程自身缺陷，主要包括回填土缺陷（級配、密實度、黏粒含量等）、工程自身缺陷（結構裂縫、防滲排水設施失效、不均勻沉降、接合部空洞等）等。 環(huán)境風險因素識別主要是查找可能影響工程安全運行或導致工程失事的外力因素，包括洪水（水位、歷時等）、水力沖刷、地震等。 人為風險因素識別主要是查找穿堤管涵安全管理的薄弱環(huán)節(jié)，包括管理體制落后或不規(guī)范、不完善，未及時發(fā)現(xiàn)病險情況，缺少必要的安全監(jiān)測設施，安全應急預案和搶險預案與現(xiàn)實脫節(jié)，部分管理人員風險意識淡薄，人為破壞等。 這些影響因素具有相關性、動態(tài)性、時空變異性和不確定性。

對穿堤管涵接觸滲流災變因素的辨識，將層次分析法、模糊理論、故障樹法、事件樹法等理論分析與經(jīng)驗類比方法結合起來，并采用檢測、探測、監(jiān)測技術加以驗證。 借助理論分析方法或工具，對穿堤管涵土石接合部滲流風險事件發(fā)生的可能性、發(fā)生位置、發(fā)生概率，以及導致風險事件發(fā)生的影響因素的敏感性等進行計算分析，為因素辨識提供依據(jù)。 在理論分析基礎上，基于工程實踐經(jīng)驗，對風險因素或風險事件進行核對、排查，并利用與現(xiàn)有類似工程的設計資料或實測數(shù)據(jù)進行比較分析，注意充分重視分析對象與類比對象之間的相似性。 對于復雜的或影響重大的穿堤管涵接合部滲流險情問題，應采用試驗手段進行求證，確定影響因素，以便采取相應處置措施。

3 接觸滲流災變防控措施

對于穿堤管涵而言，接觸滲流災變險情是其主要失事模式，甚至導致堤防潰堤事故。 在設計、施工和運行管理階段均需采取有針對性的災變防控措施，以保證工程防洪安全。

設計階段，可采取的災變防控措施主要包括：①穿堤管涵接合部要選用符合規(guī)范要求的黏性土質，并使其密實程度達到設計指標要求；②根據(jù)防滲、排滲、反濾層三者相結合的原則選擇合適的滲控措施，增加滲徑、減小低出口滲流比降、減輕接觸滲流災變破壞力，一般采用在進口前做防滲處理，在出口采取排水反濾措施；③為防止沿管涵外壁和填土接合部產生集中滲流，在管涵外圍設置截水環(huán)，以延長滲徑，減小滲流比降，消除集中接觸滲流的影響；④除了常規(guī)變形、滲壓觀測外，與現(xiàn)代監(jiān)測技術結合，在管涵與堤防接合部預埋分布式光纖等，以準確監(jiān)測接合部滲流災變情況；⑤合理設計洞節(jié)間止水，采用多道止水［10］（設底、外、中、表四道止水），尤其是管涵除險加固過程中新老洞節(jié)接頭處要重點處理，以保證防滲止水系統(tǒng)的完整性；⑥管涵上部結構盡量采用對稱結構，并合理預估大堤加高培厚對結構承載力及地基承載力的影響，以減小不均勻沉陷發(fā)生的可能性。

施工階段，可采取的災變防控措施包括：①施工時確保接合部碾壓密實，對于碾壓不到或難以壓實的地方可采取一定的夯實措施；②嚴格確保止水質量及施工工藝，以避免止水伸縮縫發(fā)生滲漏；③采用新材料新技術處理土石接合部，做到防患于未然。

運行管理階段，可采取的災變防控措施包括：①加強日常巡查、監(jiān)測管理，發(fā)現(xiàn)異常及時處理；②定期采用檢測、探測手段對接合部進行病險檢查，以及時發(fā)現(xiàn)接合部脫空等缺陷，并采取高聚物注漿病害處理新技術對接合部進行處理［11］；③對各類影響因素包括人員、技術、制度、觀測設施、通信、應急等方面都應做全面詳細規(guī)定，對重要工程開展數(shù)字孿生技術應用，提高智慧管理水平。

4 結 語

（1）穿堤管涵土石接合部特殊的結構形式，使得其容易由接觸滲流引發(fā)災變病險隱患及險情，特別是在高水位作用下，管涵土體接合部等薄弱地帶常產生滲漏，形成滲漏通道。 這種接觸滲流初期對堤防的破壞或許是漸進式的，但接觸滲流災變破壞達到一定程度后會加速發(fā)展，危及堤防安全。

（2）通過試驗模擬實際工程中穿堤管涵土體接合部發(fā)生的接觸滲流災變險情，對比分析了土體性質、不同壓實度、水力比降等因素對接觸滲流災變的影響。在相同的試驗條件下，土體黏粒含量越大、壓實度越大，滲流穩(wěn)定時間及滲流災變破壞時間越長，其抗接觸滲流災變演化能力越強。

（3）針對穿堤管涵接合部接觸滲流導致的災變病險隱患，研發(fā)的可適用于土石接合部災變病險探測的聚束直流電法系統(tǒng)，實現(xiàn)了探測管涵土體深部災變病險隱患的功能；利用數(shù)字信號處理技術，開發(fā)的一套探地雷達信號分析處理系統(tǒng)，提高了識別災變病險隱患的分辨率，實現(xiàn)了災變隱患的準確定位，病險成像更加清晰，使操作人員更容易識別災變隱患。 結合常規(guī)物理探測方法，綜合運用多種技術可實現(xiàn)對穿堤管涵接合部深部災變病險的精準探測。

（4）提出穿堤管涵土石接合部滲流分布式光纖實時監(jiān)測方法，建立監(jiān)測模型，實現(xiàn)了分布式光纖對土石接合部滲流災變險情的監(jiān)測。 開發(fā)的基于光纖監(jiān)測的滲流預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了災變險情的自動快速預警功能。將分布式光纖傳感技術應用于穿堤管涵接合部滲流監(jiān)測工作中可有效提升工作效率與質量，解決了接合部細微管涌不易監(jiān)測的難題，對接合部滲流災變進行提前預測，由事后應急處置轉變?yōu)槭虑邦A測和預警，有助于管理人員及時采取相應的預防與解決措施，在很大程度上提升了智能管涵運行的穩(wěn)定性與安全性及“四預”水平。

（5）穿堤管涵接合部接觸滲流災變防控除應選擇適宜的土體材料、防滲排水設施及確保壓實質量外，還應遵循“高防低排”的原則，形成一個完整有效、空間立體的防滲體系，同時應做好接合部檢測、探測及監(jiān)測工作。 此外，對災變病險隱患采用高聚物注漿技術處理也是一種快速有效的措施。