南水北調中線京石段應急供水工程通水期安全監測

李克綿，李英杰，周吉順，劉天鵬，趙立旺，馬洪亮

(1.中水東北勘測設計研究有限責任公司科學研究院，吉林 長春 130061；2.南水北調中線干線工程建設管理局，北京 100038)

南水北調中線京石段應急供水工程是南水北調中線一期工程的組成部分，于2008年9月18日至2009年7月中下旬，擔負自河北省崗南、黃壁莊、王快、西大洋4座水庫向北京應急供水的任務。線路總長度約307.422 km，沿線主要建筑布置包括：明渠渠道、PCCP管道、低壓暗涵、隧洞、河渠交叉建筑物、左岸排水建筑物、渠渠交叉建筑物、控制工程、鐵路交叉建筑物、公路交叉建筑物、加壓泵站等，共計461座。

1 安全監測項目

控制工程包括各節制閘和退水閘，其安全監測的重點是水閘的變形以及滲流，對應的監測項目為閘室和地基的沉降變形；閘墻和底板的裂縫監測；底板揚壓力及側向繞滲監測。

渡槽工程采用布置沉降標點對進出口擋墻、進出口閘、槽身段上部結構和下部結構的傾斜以及不均勻沉降進行重點監測；采用布置滲壓計對進出口閘揚壓力和地下水位進行重點監測；采用無應力計、應變計和鋼筋計對槽身混凝土應力和鋼筋應力進行監測；采用土壓力計對承臺底部土壓力進行監測。

暗涵、河渠交叉建筑物采用布置沉降標點對進出口漸變段、進出口閘和涵身的變形進行重點監測；采用布置滲壓計對進出口漸變段、進出口閘和箱涵基礎的揚壓力和外水壓力進行重點監測；采用無應力計、應變計和鋼筋計對涵身混凝土應力和鋼筋應力進行監測；采用土壓力計對漸變段擋墻后土壓力、閘室基底反力、涵身地基反力和側向水平土壓力進行重點監測。

隧洞及管道工程利用邊坡馬道上布置位移監測點對閘室、漸變段及進出口高中邊坡進行變形監測；利用矩形槽段和閘室段所布置土壓力計和滲壓計，對墻后土壓力和水壓力進行監測；洞身僅在Ⅳ，Ⅴ類圍巖洞段進行監測，重點監測的項目為圍巖變形和收斂、混凝土襯砌應力與變形，外水壓力和圍巖應力。

泵站工程安全監測主要項目有泵站的不均勻沉降、揚壓力、側向繞滲、地基反力、結構應力、鋼筋應力和結構縫變形。

渠道工程采用布置滲壓計監測渠道滲流；利用測壓管監測地下水位和渠堤浸潤線；利用溫度計監測渠道的凍漲；利用沉降標點監測渠堤的沉降變形。

2 觀測頻次

（1）通水前3 d及通水初期，內部儀器每天觀測一次；水位穩定后，可3～6 d觀測一次；通水后期要求2～3 d觀測一次；徹底停水后一周內要求每天觀測一次。上述測次指人工觀測，如自動采集系統觀測時，可適當加密頻次。

（2）通水前所有外部變形觀測設施必須至少在短期內連續觀測2次；通水初期，2～3 d觀測一次；水位穩定后，可5～10 d觀測一次；徹底停水后必須至少在短期內連續觀測2次。

（3）通水初期每2～3 d巡查一次，一般情況1～2次/月，對于高填方渠道可適當加密頻次，汛期和出現異常情況時也應加密巡查頻次。

3 監測成果分析

（1）控制工程

控制工程運行狀態良好，基本無異常情況。團城湖節制閘通水初期閘基滲透壓力較大，最大值為22.79 kPa，通水期間滲透壓力不斷減小，目前仍有減小的趨勢。

（2）渡槽工程

渡槽工程通水至今運行性態基本良好。混凝土應力、鋼筋應力和承臺底部土壓力整體較小。漕河渡槽第4號主梁與第2號主梁水平層施工縫的滲透水壓力在通水后明顯增大，最大值達到26.73 kPa。漕河渡槽進口段落地巨型槽段存在程度較輕的不均勻沉降，截止到2009年2月份沉降相對較大的部位位于第50～60跨，沉降量約為6 mm。

（3）河渠交叉建筑物

河渠交叉建筑物通水期運行狀態良好。各部位的土壓力、鋼筋應力、接縫變形和沉降變形整體較小，基本無異常情況。結構混凝土線膨脹系數平均值為8.02 με/℃左右，各部位混凝土應力整體不大。

北拒馬河暗渠退水閘閘前基礎1號測點測值較大，最大值為35.9 kPa，測值于2008年10月初基本趨于穩定；墳莊河渠道倒虹吸201+965.0 m斷面滲壓計測值較大，最大測值達到59.86 kPa，目前測值減小并趨于穩定。

（4）暗涵工程

暗涵工程通水至今運行基本良好。各部位鋼筋應力較小，最大鋼筋應力為97.91 MPa，發生在西四環0標底板一襯鋼筋部位；一襯混凝土壓應力西四環0標較大，最大壓應力為1.2 MPa，二襯混凝土應力較小，均未超過混凝土的設計強度；各標段土壓力測值整體不大，最大測值為253.06 kPa。

西四環3標4+493 m斷面接縫變形較大，最大值為26.32 mm；西四環2標圍巖變形較大，最大值為13.26 mm，發生在左涵頂部右45°部位。

（5）PCCP 管道工程

PCCP管道工程監測結果表明，該工程運行狀態良好。各標段管道頂部和底部承受的土壓力較大，最大達到 3.48 MPa，通水期間測值有不同程度的減小。PCCP3標管道封包混凝土應力較大，最大拉應力均已超過1.5 MPa；PCCP5標管道部位地下水位較高，管道承受的外水壓力最大值為73.84 kPa。

（6）隧洞工程

隧洞工程通水至今，各工程工作性態整體狀況良好。西甘池隧洞HD14+000 m斷面襯砌混凝土拉應力較大，最大值為2.07 MPa，HD14+000 m斷面襯砌承受的外水壓力較大，最大滲透壓力為55.01 kPa，目前有減小的趨勢。

崇青隧洞HD38+310 m斷面左洞左腰墻圍巖應力較大，錨桿應力最大拉應力為129.85 MPa，目前測值基本趨于穩定，HD38+010 m斷面襯砌底板承受的外水壓力較大，最大滲透壓力為99.91 kPa，與進口基坑積水有關，目前測值有減小的趨勢。

下車亭隧洞各斷面內圍巖變形整體較小，測值在-0.76～1.82 mm范圍內；2號斷面左邊墻和4號斷面底部右35°部位襯砌混凝土拉應力在通水期間較大，均已超過1.5 MPa；出口段3號斷面底板外側的外水壓力和進出口閘基礎各測點的滲透水壓力測值相對較大，應引起注意。

（7）惠南莊泵站

泵站各部位滲水壓力整體較小，最大值為3.84 kPa，發生在進水間H0+214.0 m斷面左邊墻基礎部位；基底反力整體較小，最大值為116.73 kPa，發生在H0+194.5 m斷面基礎中心部位；各部位鋼筋應力整體較小，鋼筋應力最大值為41.27 MPa，發生在C4塊頂板內層部位，泵站進水池G2塊底板外層順水流方向、G1塊頂板順水流和垂直水流方向混凝土應力較大，均超過混凝土的設計抗拉強度，最大拉應力為2 MPa；各部位結構接縫測值整體不大，最大值為9.61 mm，發生在H0+194.5 m斷面F5和F6塊間底部部位，各部位沉降測值整體不大，測值在-5.3～8.3 mm之間，沉降量最大值為8.3 mm，發生在H0+194.5 m斷面F6塊頂部。

（8）渠道工程

渠道布置的監測儀器設施有：滲壓計、測壓管、溫度計和垂直位移觀測點墩，儀器典型布置見圖1。

圖1 渠道斷面監測儀器布置圖

中4標渠道斷面滲壓計測值較大，最大測值為30.22 kPa。同一斷面滲壓計埋設高程越底，滲壓測值越大。通水后滲壓計測值增大，2008年11月底隨渠道內水位的下降而大幅減小，之后又隨渠道水位的恢復，滲壓計測值也恢復到原值。該渠道斷面溫度計監測結果顯示，通水前，冬季渠道最低溫度為零度左右，通水后，溫度最低達到-5℃。

綜上所述，說明該渠道存在在滲漏以及冬季存在凍脹問題，與實際中渠道混凝土面板冬季出現許多裂縫的現象相符。

4 討論

（1）從上述各類建筑物監測結果可以看出，混凝土結構應力及鋼筋應力整體較小，且主要受溫度影響，水荷載對其影響較小，所以建議類似工程設計中只在結構最大受力部位布置該類儀器，以減小工程造價。

（2）沿線建筑物布置的測縫計較少，結構縫變形大小直接影響著結構的滲漏，且能反映出結構的不均勻沉降，故建議在結構縫四周多布置測縫計和滲壓計，尤其河渠交叉工程和渡槽工程。

（3）對于高填方渠道工程，如果渠道下方有排水涵洞等建筑物，應沿排水涵洞左右邊墻附近埋設滲壓計和測壓管進行渠道滲流監測。

（4）測縫計用來觀測縫與縫之間的開合度，對于要觀測的縫將呈閉合還是張開趨勢，直接關系到測縫計的量程調整，對于量程調整范圍設計一般很少明確。在安裝測縫計時，要掌握設計意圖，需要設計確定測縫計的調節量程范圍，不能盲目地隨意調節受拉受壓量程[5]。

（5）測壓管封底時建議用透水性較好的材料進行封底，如若采用鋼板焊接，應進行開孔處理。因為管身開孔位置距管底約1 cm，如果采用不透水材料進行封底，進行注水試驗后，管底將殘留少量的水，且不易蒸發，測值將不能客觀地反應渠道的滲流情況。

（6）引調水工程安全監測項目的觀測頻次不同于大壩安全監測，不能直接引用大壩安全監測規范的要求，應結合施工期和通水期的工程特點合理制定部分時段的觀測測次。

（7）由于引調水工程線路一般比較長，布置有監測儀器的部位和斷面十分有限，這就要求重視現場巡視檢查。

（8）進行監測資料統計模型分析時，應結合結構受力變形特點，確定新的影響因子和因子形式，從而才能得出合適的預測模型。

5 結語

南水北調中線京石段應急供水工程各建筑物通水期間運行基本正常，各監測項目變化規律基本正常。通水后混凝土應力和鋼筋應力變化不明顯，基底反力、結構縫變形和沉降變形變化不大，滲水壓力變化較大。渠道和渡槽存在滲漏現象，建議通水結束后對其進行灌漿處理。

本工程的臨時通水為后期的正常通水和其它相似工程的設計提供了原始經驗和參考依據，對這一期間的安全監測資料進行細致深入的分析，對評估各建筑物的安全狀況，為運行管理單位掌控工程運行狀態，指導類似工程的設計、施工具有重要的意義。

[1]付冰清，王剛.南水北調工程安全監測系統概況[J].大壩觀測與土工測試,1997,21(2):22～24.

[2]SL 169-96,土石壩安全監測資料整編規程[S].中華人民共和國水力部發布.

[3]DL/T5178-2003，混凝土壩安全監測技術規范[S].國家發改委發布.

[4]DL/T5209-2005，混凝土壩監測資料整編規范[S].國家發改委發布。

[5]赤仔坤，高海成.南水北調滹沱河倒虹吸工程安全監測成果分析[J].南水北調與水利科技,2007，5（5）:160-163.