南水北調(diào)中線干線工程高填方渠堤沉降變形分析

劉波

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海西寧 810007）

1 工程概況

南水北調(diào)中線干線工程是國(guó)家南水北調(diào)工程的重要組成部分。南水北調(diào)中線一期工程從加高擴(kuò)容后的丹江口水庫(kù)陶岔渠首閘引水，沿線開挖渠道，經(jīng)唐白河流域西部過長(zhǎng)江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口，沿黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西李村附近穿過黃河，沿京廣鐵路西側(cè)北上，可基本自流到北京、天津。

南水北調(diào)中線為Ⅰ等工程，總干渠渠道按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，輸水干線全長(zhǎng)1432.493km。磁縣管理處是干線重要組成部分，位于河北省磁縣境內(nèi)，起點(diǎn)樁號(hào)0+000，終點(diǎn)樁號(hào)40+056，本段長(zhǎng)度40.056km，其中，渠道長(zhǎng)38.986km。磁縣段填方段長(zhǎng)度為5.152km，填筑高度在10～16m之間。下面我們來對(duì)磁縣段高填方渠堤的沉降變形進(jìn)行分析。

2 監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)情況

磁縣管理處轄區(qū)內(nèi)總干渠1+270斷面所處高填方渠段，該渠段整體呈下沉趨勢(shì)。臨近上游側(cè)包含2個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面：0+600斷面和1+000斷面，除2重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面外，每間隔90m布設(shè)1個(gè)一般監(jiān)測(cè)斷面，該渠段監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施具體布置見表1。

0+600斷面、1+000斷面、1+270斷面的監(jiān)測(cè)儀器布置圖見圖 1～圖 3。

3 滲流監(jiān)測(cè)成果分析

（1）0+600斷面

0+600斷面滲流監(jiān)測(cè)布置6支測(cè)壓管中滲壓計(jì)，編號(hào)為JP1～JP6。各測(cè)點(diǎn)的滲流壓力測(cè)值過程線見圖4，特征值見表2。

監(jiān)測(cè)成果顯示，0+600斷面滲壓測(cè)值整體較小，僅左岸堤頂測(cè)壓管內(nèi)滲壓計(jì)JP3的滲透壓力于2018年7月開始持續(xù)呈增大趨勢(shì)，但滲透壓力最大值僅6.40kPa。左堤內(nèi)其他2個(gè)測(cè)點(diǎn)的滲壓測(cè)值未見異常。該斷面各測(cè)點(diǎn)基本處于無水狀態(tài)，說明未形成滲流通道，渠堤滲流穩(wěn)定狀態(tài)滿足要求。

表1 高填方渠段0+420～1+800監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施統(tǒng)計(jì)

圖1 總干渠0+600斷面監(jiān)測(cè)布置

表20 +600斷面滲壓計(jì)測(cè)值特征值統(tǒng)計(jì)表（kPa）

表31 +000斷面滲壓計(jì)測(cè)值特征值統(tǒng)計(jì)表（kPa）

圖2 總干渠1+000斷面監(jiān)測(cè)布置

圖3 總干渠1+270斷面監(jiān)測(cè)布置

圖40 +600斷面滲壓計(jì)測(cè)值過程線

（2）1+000斷面

1+000斷面滲流監(jiān)測(cè)布置5支測(cè)壓管中滲壓計(jì)，編號(hào)為JP1～JP5，各測(cè)點(diǎn)的滲流壓力測(cè)值過程線見圖5，特征值見表3。

圖51 +000斷面滲壓計(jì)測(cè)值過程線

從過程線圖可以看出，該斷面滲壓測(cè)值整體較小，測(cè)值基本在6.38kPa以內(nèi)，基本處于無水狀態(tài)，說明未形成滲流通道，渠堤滲流穩(wěn)定狀態(tài)滿足要求。

4 變形監(jiān)測(cè)成果分析

（1）渠堤內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

①0+600斷面

該斷面安裝了2個(gè)沉降管，各測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量測(cè)值過程線見圖6。

圖6 渠道0+600斷面沉降管測(cè)值過程線

2016 年 12 月末，左堤 SD1-2（深 15.486m）、右堤 SD2-5（深8.901m）和SD2-9（深0.914m）測(cè)點(diǎn)的沉降量均發(fā)生突變，分別增大了367mm、258mm和121mm，2017年12月17日SD2-5沉降量又增大115mm，2017年2月20日SD2-9沉降量又增大56mm。此后，沉降變形較穩(wěn)定。初步分析認(rèn)為：由于沉降管采用鉆孔安裝，施工時(shí)個(gè)別磁環(huán)下方回填料不夠密實(shí)，自然沉降后磁環(huán)發(fā)生塌落而引起測(cè)值突變，并不能代表渠堤內(nèi)部出現(xiàn)整體下沉。沉降管其他測(cè)點(diǎn)與孔口部位表面垂直位移測(cè)點(diǎn)未見異常沉降，也可能說明渠堤未發(fā)生整體下沉。

當(dāng)前，除SD1-2、SD2-5和SD2-9外，其他測(cè)點(diǎn)的沉降量在-15.0mm～16.5mm之間，渠堤內(nèi)部沉降處于穩(wěn)定狀態(tài)。

②1+000斷面

該斷面安裝2套多點(diǎn)位移計(jì)（4點(diǎn)式），左岸多點(diǎn)位移計(jì)DW1已失效，DW2的#4測(cè)點(diǎn)也已失效，右岸DW2其他測(cè)點(diǎn)的測(cè)值過程線見圖7。

圖7 渠道1+000斷面多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值過程線

從測(cè)值過程線上看，目前各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移值在18.23mm以內(nèi)，測(cè)值連續(xù)，變化平穩(wěn)，其變化規(guī)律和趨勢(shì)具有一致性和合理性，表明渠堤內(nèi)部沉降變形無異常。

表4 高填方0+420～1+800渠段垂直位移測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

（2）渠坡表面變形監(jiān)測(cè)

高填方渠段除重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面外，每間隔90m布設(shè)1個(gè)一般監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面左右岸堤頂外側(cè)各安裝埋設(shè)一個(gè)垂直位移觀測(cè)墩，具體信息見表4。

①0+600斷面

0+600斷面布置8個(gè)垂直位移測(cè)點(diǎn)，分別位于左右渠道外坡處和堤頂內(nèi)外側(cè)護(hù)肩，累計(jì)沉降量過程線如圖8所示。

圖8 高填方渠道0+600斷面沉降標(biāo)點(diǎn)累計(jì)沉降量過程線

從過程線圖可以看出，0+600斷面渠堤基本以下沉為主；左側(cè)渠堤沉降相對(duì)較大。該斷面兩側(cè)堤頂垂直位移測(cè)點(diǎn)BM3、BM4、BM5和BM6測(cè)點(diǎn)下沉變形趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，其他測(cè)點(diǎn)沉降變形已穩(wěn)定，截至2020年3月，該斷面沉降變形在19.99～76.20mm之間，在累計(jì)沉降量警戒值范圍內(nèi)。

②其他一般斷面

高填方渠段沿線兩側(cè)對(duì)稱布置有垂直位移觀測(cè)墩，共計(jì)布置29個(gè)垂直位移測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)均位于渠堤路外側(cè)。累計(jì)沉降量過程線如圖9～圖10。

從圖9和圖10可以看出，位于1+270斷面左右岸垂直位移觀測(cè)墩沉降變形最大，當(dāng)前累計(jì)沉降量達(dá)到152.76mm和114.76mm。

臨近1+270斷面上、下游一般斷面左右岸累計(jì)沉降量見表5，過程線見圖11。

圖9 渠道0+420～1+800渠段左堤沉降監(jiān)測(cè)成果過程線

圖10 渠道0+420～1+800渠段右堤沉降監(jiān)測(cè)成果過程線

圖11 其他一般斷面左右岸累計(jì)沉降量對(duì)比

由上可知，高填方渠段的沉降變形自觀測(cè)之日起逐漸增大，各測(cè)點(diǎn)2018年年底開始趨于穩(wěn)定；其中，樁號(hào)1+270斷面左右側(cè)沉降變形最大，其次是1+270斷面下游側(cè)1+350～1+710渠段，當(dāng)前左堤累計(jì)沉降變形在40.13～84.57mm之間，右堤累計(jì)沉降變形在13.89～62.43mm之間，左堤沉降大于右堤。1+270斷面上游側(cè)沉降變形小于下游側(cè)，上游側(cè)左堤累計(jì)沉降在16.19～36.34mm之間，右堤累計(jì)沉降在12.65～44.23mm之間，目前沉降變形已穩(wěn)定。

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員了解及現(xiàn)場(chǎng)巡視得知，現(xiàn)場(chǎng)巡查無明顯異常。

表5 高填方0+420～1+800渠段垂直位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降變形

5 結(jié)論

綜上所述，高填方0+420～1+800渠段呈下沉趨勢(shì)變化，其中1+270斷面沉降變形較大（累計(jì)變形量為114.76～152.76mm），下游側(cè)1+350～1+440渠段沉降變形次之（累計(jì)變形量為48.88～84.57mm），上游側(cè)1+090～1+180渠段沉降變形更?。ɡ塾?jì)變形量為28.37～44.23mm），其他一般斷面沉降變形在30mm左右。

（1）由于1+270～1+440渠段為橋梁占?jí)翰课换靥畈课唬瑯蛄旱撞炕靥钔量赡艽嬖诨靥畈幻軐?shí)的情況，導(dǎo)致該部位臨近渠段沉降量較大。

（2）當(dāng)前1+270臨近渠段沉降變形趨于穩(wěn)定，其他一般監(jiān)測(cè)斷面沉降變形已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）該區(qū)域內(nèi)存在兩個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面，其滲流和渠堤內(nèi)部沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示均無異常。