于橋水庫新建州河暗渠工程安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

朱 雷

1 工程概況

新建州河段暗渠工程是飲用水源保護工程的一部分,位于州河左側(cè)。該暗渠工程自于橋水庫電站下游的尾水渠始,沿州河東側(cè)至九王莊閘上,全線共34 km,設計流量50 m3/s。暗渠沿線主要建筑物包括32 km長鋼筋混凝土箱暗渠、渠首樞紐工程(州河節(jié)制閘和暗渠進口閘)、倒虹吸(5座)、調(diào)節(jié)池、檢修閘(6座)、進人口(9座)、暗渠出口閘以及穿越公路和鐵路等工程。暗渠斷面結(jié)構(gòu)采用3孔單聯(lián)箱涵,單孔斷面尺寸為4.3 m×4.3 m,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。底板和邊墻厚度約為0.55 m,隨箱涵頂部覆蓋土層厚度的變化而有所變化。暗渠渠底建基面均在地下水位以下?；娱_挖時樁號為0+223～3+500,15+800～20+000,22+000～24+400三段為粘砂雙層結(jié)構(gòu)。其余地段均為黏性土均一結(jié)構(gòu)段。對于黏性土均一結(jié)構(gòu)段,其滲透系數(shù)較弱,滲透水量有限。而粘砂雙層結(jié)構(gòu)段,砂土為粉砂、細砂、中砂,屬中強透水層,存在著施工基坑排水問題。

根據(jù)暗渠工程水工結(jié)構(gòu)初步設計推薦的引水方案,暗渠進水口位于于橋水庫電站尾水出口。進水口處設置引水前池和進水閘,以便控制進水暗渠的水流和水量。暗渠下游出水口位于九王莊,與明渠相接,并設置出水閘。整個暗渠分為無壓輸水段和有壓輸水段兩部分。其中無壓輸水段長約9.05 km,位于上游,特征建筑物包括暗渠、1座溢洪道倒虹吸、2座遼運河倒虹吸和3個進人通氣孔、1個檢修閘;有壓輸水段長約 24.95 km,位于下游,典型建筑物包括暗渠、1座薊運河倒虹吸、1座東三道港干渠倒虹吸、5座檢修閘和6個進人通氣孔。有壓輸水段和無壓輸水段之間設置調(diào)節(jié)池,并在調(diào)節(jié)池上、下游兩側(cè)設置節(jié)制閘,以控制進水有壓輸水段的水流。

2 總體監(jiān)測方案

根據(jù)新建暗渠段安全監(jiān)測距離長的特點以及暗渠本身的結(jié)構(gòu)特點,最終采用監(jiān)測特征斷面的方式,通過監(jiān)測各段暗渠段的各種信息,以把握整個暗渠的安全。

總體設計,新建州河暗渠安全監(jiān)測系統(tǒng)由17個監(jiān)測斷面,9個監(jiān)測站和1個中心控制室自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成,沿暗渠頂部敷設36芯光纜進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)測系統(tǒng)星形拓撲如圖1所示。

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

1)箱涵不均勻沉降引起的變形監(jiān)測。2)無壓段、有壓段的滲流監(jiān)測。3)混凝土和鋼筋的應力監(jiān)測。4)土壓力監(jiān)測,了解箱涵與基礎接觸部分的應力與受力狀態(tài),了解地基的承載力狀況。5)無壓段箱涵內(nèi)部水位和有壓段箱涵內(nèi)部水壓力的監(jiān)測,了解暗渠箱涵的工作情況;了解無壓段的內(nèi)部水位情況,獲取箱涵內(nèi)部的水面線信息;了解有壓段的內(nèi)水壓力情況,評估箱涵內(nèi)部受壓狀況。6)施工期和運行期溫度監(jiān)測,以評估溫度變化對暗渠箱涵混凝土襯砌應力的影響。7)混凝土分縫澆筑的接縫監(jiān)測,以便了解各施工段沿暗渠軸向的相對變形情況。

2.2 監(jiān)測斷面與傳感器布置

根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的需要,最后的方案確定在34.14 km長的引灤暗渠,共設監(jiān)測斷面17個,監(jiān)測站9個,共布置各類監(jiān)測傳感器259個。

表1 監(jiān)測站情況

由于振弦式傳感器到數(shù)據(jù)采集單元之間的傳輸距離限制,為保證工程質(zhì)量,本設計方案參考以往工程經(jīng)驗,將監(jiān)測站與監(jiān)測斷面間距離控制在1 km之內(nèi)。

根據(jù)暗渠沿線水工建筑物布置情況,在整個暗渠沿線共布置9個監(jiān)測站,每個監(jiān)測站根據(jù)所要采集的傳感器數(shù)量布置1臺或者2臺數(shù)據(jù)采集單元,共需要14臺監(jiān)測數(shù)據(jù)采集單元。各斷面?zhèn)鞲衅魍ㄟ^屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集單元相連。監(jiān)測站位置及傳感器數(shù)量,數(shù)據(jù)采集單元通道數(shù)如表1所示。

2.3 自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要設備包括主控計算機、SQL數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器、KVM 轉(zhuǎn)換器、顯示器、投影儀、網(wǎng)絡交換機、光纖轉(zhuǎn)換設備、打印機、鍵盤、鼠標以及其他附屬設備。主控計算機、SQL數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器利用網(wǎng)絡交換機構(gòu)成監(jiān)測中心的監(jiān)測局域網(wǎng)。各監(jiān)測站通過本地數(shù)據(jù)采集單元采集所控制斷面上傳感器的監(jiān)測資料,然后通過單模通訊光纜將數(shù)據(jù)資料上傳到監(jiān)測中心的主控計算機,并由主控計算機負責分心和存入SQL數(shù)據(jù)庫服務器。由此實現(xiàn)由主控計算機控制各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)采集單元。另外,主控計算機作為工作站,用于采集監(jiān)測資料和監(jiān)測系統(tǒng)的控制,如設置數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集周期等。SQL數(shù)據(jù)庫服務器用于存儲從數(shù)據(jù)采集單元采集的各種傳感器信息。WEB服務器用于通過Web查詢服務和運行安全評估系統(tǒng)。監(jiān)測中心原理圖如圖2所示。

3 結(jié)語

引灤暗渠長達34 km多,其安全監(jiān)測系統(tǒng)的施工具有相當?shù)碾y度,在國內(nèi)外安全監(jiān)測歷史上都是一個創(chuàng)舉。

引灤暗渠安全監(jiān)測系統(tǒng)通過實時、全面地獲取暗渠運行過程中的各種監(jiān)測數(shù)據(jù),從而對暗渠運行狀態(tài)進行評估,為工程的安全穩(wěn)定運行和于橋水庫的輸水調(diào)度提供了重要依據(jù)。

[1] 水利部天津水利水電勘測設計研究院科研所.天津市飲用水源保護工程新建暗渠段安全監(jiān)測初步設計報告[R].2001.

[2] 清華大學引灤工程項目部.天津市引灤入津水源保護工程新建州河暗渠工程安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析報告[R].2006.