北疆供水工程總干渠安全監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)述

陳立剛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

北疆供水工程總干渠為大(2)型Ⅱ等工程，總干渠工程全長(zhǎng)133.6km，主要由引水明渠、隧洞、渡槽、分水閘、節(jié)制退水閘、防洪堤以及伴渠公路、輸變電線路、通訊光纜等組成。渠道斷面形式有梯形斷面、弧形底梯形斷面，渠底寬4m，內(nèi)外邊坡1∶2，縱坡1/10000～1/12500，渠深 5.4～6.2m，水深 4.68～5.36m，流速1～1.16m/s，設(shè)計(jì)加大流量75m3/s;白山嘴隧洞洞身長(zhǎng)1792m，縱坡1/1000，洞徑6.9m，圓形無(wú)壓隧洞，洞壁為0.55m厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，設(shè)計(jì)加大流量120m3/s;博塔瑪依隧洞洞身長(zhǎng)2350m，縱坡1/380，洞徑5.6m，馬蹄形無(wú)壓隧洞，洞壁為0.4m厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，設(shè)計(jì)加大流量120m3/s;烏倫古河渡槽五跨，槽身長(zhǎng) 100m，矩形槽身，單槽 5.6m×5.6m，壁厚0.4m，雙槽單向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)加大流量120m3/s;頂山隧洞全長(zhǎng)15.351km，馬蹄形無(wú)壓隧洞，斷面尺寸5.2m×5.2m，底坡1/1050，加大設(shè)計(jì)流量55m3/s。

2 工程安全監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

北疆供水工程本身具有工程規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜、輸水距離長(zhǎng)、環(huán)境條件惡劣等特性，因此，安全監(jiān)測(cè)工作具有自身特點(diǎn)。

a.建筑物種類多，監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、建筑材料和施工各具特性，要采取多種監(jiān)測(cè)方法和應(yīng)用技術(shù)。比如:GPS定位監(jiān)測(cè)工程位移，斷面沉降監(jiān)測(cè)采用收斂監(jiān)測(cè)法。

b.自然環(huán)境惡劣，監(jiān)測(cè)工作的條件差，選擇適用于惡劣環(huán)境的監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀器，確保采集系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性尤為重要。

c.數(shù)據(jù)采集方式多樣，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用出發(fā)，數(shù)據(jù)采集方式采用了人工采集、運(yùn)行期全自動(dòng)采集、人工輔助測(cè)量等。

3 工程安全監(jiān)測(cè)情況簡(jiǎn)述

北疆供水工程非常重視工程的現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)化管理，運(yùn)行十幾年來(lái)已建成了一套適應(yīng)工程特點(diǎn)的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化、工程安全監(jiān)測(cè)，水情、雨情、水質(zhì)、閘門遠(yuǎn)程控制，圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)功能。本文主要介紹北疆供水工程對(duì)總干渠、隧洞、渡槽的外部變形等監(jiān)測(cè)情況。

3.1 總干渠監(jiān)測(cè)

3.1.1 凍脹觀測(cè)

為了解渠道防滲工程防治凍脹措施的性能，監(jiān)測(cè)工程安全，總干渠在1998～2003年期間先后選取6個(gè)觀測(cè)斷面進(jìn)行了凍脹觀測(cè):24+170斷面(1998年11月21日～2001年3月29日三個(gè)冬季);19+900、19+950兩斷面(2002年12月1日～2003年3月31日一個(gè)冬季);93+850、94+050、94+950三個(gè)斷面(1999年12月7日～2003年3月31日四個(gè)冬季)。

a.觀測(cè)內(nèi)容及方法。?凍脹位移量，用游標(biāo)卡尺(精度0.02mm)直接量測(cè)襯砌板面上各測(cè)點(diǎn)至固定鋼梁底面的距離，每次讀數(shù)與初始讀數(shù)之差，即為相應(yīng)的累積凍脹位移量;?凍融深度，將凍土器的內(nèi)管從外管中豎向取出，用手捏摸膠管內(nèi)形成冰柱部分的下限，并根據(jù)內(nèi)管上的刻度線進(jìn)行讀數(shù)，記為凍深。然后，再把內(nèi)管小心豎直插入外管中。當(dāng)土解凍時(shí)，要同時(shí)測(cè)定內(nèi)管中冰柱的下限和上限的位置，并分別記為凍深和融深;?地表層溫度，每次觀測(cè)前，將曲管地溫計(jì)插入測(cè)點(diǎn)預(yù)留孔中，周圍縫隙用棉花塞實(shí)，待其他測(cè)定項(xiàng)目觀測(cè)完畢，再觀測(cè)地溫及氣溫?cái)?shù)值，然后收回地溫計(jì)、氣溫計(jì)，備用。

b.數(shù)據(jù)分析及成果。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，幾個(gè)斷面變形變化量較大時(shí)段在1、2兩個(gè)月，受氣溫變化影響較大，變化量較大的部位在邊坡中部以下與渠底中部，邊坡最大變化量+68mm，渠底最大變化量+81mm。從試驗(yàn)與觀測(cè)成果分析看，引起渠道發(fā)生變形的，不單純僅是因泥巖的凍脹或泥巖的膨脹，應(yīng)是兩者交替或同時(shí)出現(xiàn)的，泥巖膨脹的表現(xiàn)則較為突出，這為總干渠泥巖段換填處理提供了決策依據(jù)。

3.1.2 外部變形監(jiān)測(cè)

為了解總干渠變形情況，獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析渠道的穩(wěn)定狀態(tài)，為渠道安全運(yùn)行提供基本數(shù)據(jù)，總干渠分別在泥巖段(25+914、27+533)、濕陷段(94+989～97+089)、深挖方段(91=505-92+800)、高填方段渡槽兩端五個(gè)不同渠段，設(shè)置外部變形監(jiān)測(cè)斷面20個(gè)。2008年9月完成首期變形監(jiān)測(cè)，以后每年按計(jì)劃進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

a.觀測(cè)內(nèi)容及方法。?豎向位移，用符合水準(zhǔn)路線四等水準(zhǔn)測(cè)量方法，測(cè)定各點(diǎn)初始高程值，每次高程值與初始高程值之差，即為相應(yīng)的累積位移量;?水平位移，分橫向水平位移和縱向水平位移，采用GPS定位觀測(cè)。

b.數(shù)據(jù)分析及成果。豎向變形成果表明:濕陷段兩側(cè)渠頂部分測(cè)點(diǎn)與外圍原地面部分測(cè)點(diǎn)位移量較大;渡槽累計(jì)沉降量最大點(diǎn)為渡槽上游側(cè)測(cè)點(diǎn)Z506，沉降量為27.47mm，其他測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量均在12.53～19.39mm之間，說(shuō)明此部位的位移量比較大，應(yīng)引起注意，加強(qiáng)這些部位的巡視檢查;深挖方段測(cè)點(diǎn)沉降很小，泥巖段測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定;水平向變形成果表明，各斷面大部分測(cè)點(diǎn)變形都不大，或已穩(wěn)定，目前不會(huì)對(duì)渠道產(chǎn)生不利影響。

3.1.3 滲流觀測(cè)

為了解渠道滲流情況，停水期及時(shí)排出渠堤內(nèi)的水，預(yù)防渠道襯砌結(jié)構(gòu)在揚(yáng)壓力的作用下發(fā)生水脹破壞，總干渠在20～40km段和92km段泥巖換填處理中增設(shè)了縱橫排水體，其中20～40km段設(shè)17個(gè)集水井抽排，92km段設(shè)兩個(gè)自流排水。

a.觀測(cè)內(nèi)容及方法。集水井抽排主要采用電泵自動(dòng)抽排方式，根據(jù)出水量、出水時(shí)間計(jì)算滲流量。自流排水是人工用容器直接量測(cè)滲流量。

b.數(shù)據(jù)分析及成果。滲流數(shù)據(jù)顯示渠道滲流量隨渠道流量水位的變化而變化，總干渠水位增大時(shí)，滲流量相應(yīng)地增加;總干渠水位減小時(shí)，滲流量相應(yīng)地減小，最大滲流量為5.279L/s，渠道停水后檢查未發(fā)生水脹破壞現(xiàn)象。

3.2 隧洞監(jiān)測(cè)

3.2.1 位移觀測(cè)

總干渠有三條輸水隧洞，由于三條隧洞均位于軟巖地區(qū)，運(yùn)行通水期間安全穩(wěn)定問(wèn)題非常重要，因此，分別于2004年和2005年，在3條隧洞混凝土襯砌上安裝位移標(biāo)點(diǎn)，并進(jìn)行初始值觀測(cè)。其中白山嘴隧洞安裝5個(gè)底板位移標(biāo)點(diǎn)，2個(gè)頂拱位移標(biāo)點(diǎn);博塔瑪依隧洞安裝6個(gè)底板位移標(biāo)點(diǎn)，3個(gè)頂拱位移標(biāo)點(diǎn);頂山隧洞安裝40個(gè)底板位移標(biāo)點(diǎn)，7個(gè)頂拱位移標(biāo)點(diǎn)，7個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面。每年按計(jì)劃進(jìn)行觀測(cè)，監(jiān)測(cè)隧洞位移相對(duì)初始值變化情況，分析隧洞通水運(yùn)行期間安全穩(wěn)定情況。

a.監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法。位移標(biāo)點(diǎn)觀測(cè)用瑞士WILD NA2型精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)為二級(jí)水準(zhǔn)。每年通水前后各觀測(cè)1～2次。往返較差(閉合差):δ為往返較差(mm)，L為附合(閉合)水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度(km)。

b.數(shù)據(jù)分析及成果。檢測(cè)結(jié)果表明，三條隧洞位移變化量和變化速率均在規(guī)定范圍內(nèi)，目前底板、頂拱變形基本穩(wěn)定。

3.2.2 變形監(jiān)測(cè)

頂山隧洞在建設(shè)期提前埋設(shè)了永久式自動(dòng)化檢測(cè)儀器，為運(yùn)行后自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。運(yùn)行期的觀測(cè)儀器分為兩類，一類為圍巖與一次支護(hù)中的儀器，包括多點(diǎn)位移計(jì)、單點(diǎn)位移計(jì)、雙點(diǎn)位移計(jì)、格柵拱架鋼筋計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)，共54支;第二類為混凝土襯砌內(nèi)部的觀測(cè)儀器，包括無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)和應(yīng)變計(jì)，共5個(gè)觀測(cè)斷面144支儀器。

a.監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法。建立在自動(dòng)化信息系統(tǒng)平臺(tái)上的頂山隧洞自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器可以實(shí)現(xiàn)全天候在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。每日采集8:00、20:00兩個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)值做變化分析，評(píng)價(jià)隧洞運(yùn)行期間安全穩(wěn)定情況。

b.數(shù)據(jù)分析及成果。通水期間監(jiān)測(cè)資料表明，監(jiān)測(cè)儀器變化規(guī)律正常，受內(nèi)水作用和溫度影響，各物理量均處于緩慢變化或基本穩(wěn)定過(guò)程，隧洞運(yùn)行狀態(tài)總體是正常的，隧洞處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

北疆供水工程是我國(guó)已建成的最長(zhǎng)的大型調(diào)水工程，承擔(dān)著向北疆工農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)地區(qū)及城市供水的艱巨任務(wù)，工程在政治、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)等方面具有重大意義，因此工程的安全運(yùn)行就顯得尤為重要。工程管理單位在工程的安全監(jiān)測(cè)方面做了大量工作，引入了很多新的科學(xué)技術(shù)，建成了集人工采集、運(yùn)行期全自動(dòng)遠(yuǎn)程采集、人工輔助測(cè)量等為一體的信息管理系統(tǒng)，為工程的安全運(yùn)行和專家決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，可為國(guó)內(nèi)同類工程運(yùn)行管理工作提供借鑒。

周小兵，張立德，達(dá)楞塔.長(zhǎng)距離大型調(diào)水工程運(yùn)行管理實(shí)踐［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.