南水北調(diào)工程跨河渡槽充水試驗的必要性及試驗方案

□張 榮 李書群 王莉娜

南水北調(diào)中線一期工程總干渠河北省南段跨河渡槽皆為大規(guī)模預(yù)應(yīng)力渡槽，設(shè)計之初，通過大量水工模型試驗、結(jié)構(gòu)模型試驗及有限元分析驗證解決了制約結(jié)構(gòu)的諸多重大技術(shù)問題。但由于渡槽體型巨大(單跨槽身最大荷載達100000kN)，混凝土施工分縫多，施工縫處理難度大，目前國內(nèi)外已建成渡槽施工縫及結(jié)構(gòu)縫漏水成為普遍問題，而渡槽一旦通水，放水檢修難度及影響相對較大，須先期單獨充水檢驗，以防萬一。

1.充水試驗必要性

一是渡槽為總干渠的串聯(lián)輸水工程，一旦通水，任何部位輸水狀態(tài)的改變都影響其他渠段。通水前采用充水試驗方式檢驗渡槽工程不同水位下的安全性，可大幅度降低重大安全事故發(fā)生的概率，便于局部問題局部解決、提高處理可能發(fā)生緊急事件的靈活性，降低處理難度。二是渡槽采用的結(jié)構(gòu)型式在國內(nèi)外尚屬首次，無同等規(guī)模工程實例，通過逐級加載可更安全、有步驟地檢驗工程安全性和結(jié)構(gòu)性能指標。三是渡槽與進出口連接的各類閘室及渠道要從各種地質(zhì)環(huán)境中穿行，容易導(dǎo)致渠道不均勻沉降變形，利用充水試驗可以檢查檢驗沉降變形的影響，及時采取工程措施，避免滲漏破壞。四是充水試驗是檢驗渡槽結(jié)構(gòu)防滲漏及滲控設(shè)施工程質(zhì)量最直接和有效的手段之一。渡槽自身的滲漏及防水性能與渠道滲漏問題緊密相關(guān)，直接關(guān)系到工程運行效益、社會影響，甚至部分滲漏問題會關(guān)系到輸水體系能否正常運行和工程安全等一系列問題，通過試驗可對上述問題實現(xiàn)系統(tǒng)檢驗，便于及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。五是南水北調(diào)工程運行需要參與調(diào)度的金屬結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、通信設(shè)施要協(xié)調(diào)統(tǒng)一，任何一個控制設(shè)施的機械性能、控制系統(tǒng)、通信故障或設(shè)備工作的不協(xié)調(diào)都將在不同方面對總干渠的安全運行造成影響。有必要通過試驗性通水，對部分工況進行帶水聯(lián)調(diào)，實況檢驗總干渠工程控制體系的完整性、協(xié)調(diào)性和可操作性，并檢驗操作結(jié)果能否滿足設(shè)計要求。六是通過充水試驗采集的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，能有效反映渡槽的工程質(zhì)量。作為運行期監(jiān)控的基礎(chǔ)，對運行期監(jiān)測成果進行監(jiān)控，適時發(fā)現(xiàn)工程存在的隱患并及時處理，可以有效保證工程的輸水安全。

2.試驗方案

渡槽充水試驗取水時，可從鄰近水庫或在河道中開挖大口井攔截地下潛流取水，除午河渡槽外，其余4座渡槽直接伸入河道取水坑取水，出水管伸入渡槽。充水時，以渡槽槽身段出口處設(shè)計水位、滿槽水為相應(yīng)充水水位；兩頭封堵結(jié)構(gòu)利用進出口檢修閘門槽，采用輕型無黏土磚砌體擋水，墻后設(shè)扶壁，迎水面采用砂漿抹面，土工膜防滲體，可同時滿足三槽充水、兩邊槽、中槽充水條件，且總荷載與閘室滿槽充水相當，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)小。

渡槽充水過程按照兩邊槽→中槽順序進行，渡槽放水過程同樣按照兩邊槽→中槽順序進行，模擬渡槽運行中所有狀態(tài)。

充水過程。兩邊槽同步充水至設(shè)計水位→停留72h觀測記錄數(shù)據(jù)→將中槽充水至設(shè)計水位→停留72h觀測記錄數(shù)據(jù)→三槽同步充水至加大水位→停留72h觀測記錄數(shù)據(jù)→三槽同步充水至滿槽水→停留5天觀測記錄數(shù)據(jù)。充水時槽內(nèi)水位上升速度按每天不大于2.5m控制，充水至設(shè)計水位按照10級控制，除第一、第二級可以連續(xù)充水外，之后各級應(yīng)進行安全監(jiān)測。

加載終止。遇以下情況應(yīng)停止充水加載并查明原因：一是渡槽沉降變形超過設(shè)計值；二是槽體混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力異常變化；三是充水期間渡槽出現(xiàn)危害性裂縫。

放水過程。三槽由滿槽水同步放水至加大水位→停留3h觀測記錄數(shù)據(jù)→兩邊槽分5級同步放水至空槽→停留72h觀測記錄數(shù)據(jù)→中槽同步放水至空槽。放水過程應(yīng)分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級等量放水，槽內(nèi)水位放水至加大水位后按照5級控制，每級應(yīng)進行安全監(jiān)測。

3.應(yīng)急措施

渡槽充水加載試驗可能出現(xiàn)的突發(fā)事件主要為噴射性漏水、渡槽充水期間的異常開裂、墩基沉降過大和不均勻沉降造成槽體扭曲變形等。根據(jù)事件的性質(zhì)、嚴重程度以及短期能否修復(fù)，從而采取相應(yīng)的應(yīng)急調(diào)度措施。一是在充水過程中，由于對一些水力參數(shù)和其他參數(shù)評估偏差，引起水位超出警戒水位甚至漫頂，應(yīng)及時停止充水并啟用排水閥排出富余水量，化解險情。二是充水過程中，止水、螺栓孔等部位出現(xiàn)噴射性漏水時，應(yīng)停止充水，按照排水原則同步排水至射水點以下，封堵處理后再繼續(xù)充水過程。三是渡槽充水期間產(chǎn)生異常裂縫時，應(yīng)停止充水，報告會診后確定是否繼續(xù)充水。四是充水過程和觀測期間發(fā)生墩基沉降過大和不均勻沉降造成槽體扭曲變形時，應(yīng)停止充水，按照排水原則同步排空渡槽，報告會診后確定是否繼續(xù)充水。