南水北調(diào)東線穿黃南干渠安全監(jiān)測

李光鋒，高立友 ，曹望超

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250013；2.德州市水利局水利施工處，山東 德州 253014；3.德州市水利局蘆家河揚(yáng)水站管理處，山東 德州 253014）

穿黃工程是南水北調(diào)東線關(guān)鍵性工程，從東平湖老湖區(qū)引水，在東平湖西堤（玉斑堤）魏河村北建出湖閘，開挖南干渠至黃河南大堤前（子路堤）建埋管進(jìn)口檢修閘，以埋管方式穿過子路堤、黃河灘地至黃河南岸解山村，經(jīng)隧洞穿過黃河主槽及黃河北大堤，在東阿縣位山村以埋涵的形式向西北穿過位山引黃渠渠底，與黃河以北輸水干渠相接。工程全長7.87 km，主要由出湖閘、南干渠、埋管進(jìn)口檢修閘、灘地埋管、穿黃隧洞、出口閘、穿引黃渠埋涵及連接明渠等建筑物組成。

1 工程概況

南干渠工程連接出湖閘和進(jìn)口檢修閘，是由東平湖向魯北地區(qū)調(diào)水的一段明渠，全長2 404.5 m，縱坡1/15 000，渠道與出湖閘接口處渠底高程34.48m，與檢修閘接口處渠底高程34.32 m。南干渠輸水橫斷面采用梯形明渠輸水?dāng)嗝妫斔O(shè)計(jì)底寬14.0 m，邊坡為1：2。按第一期工程輸水流量50 m3/s計(jì)算，該渠段起、止點(diǎn)輸水水位分別為39.07 m、38.949 m；按第二期工程輸水流量100 m3/s計(jì)算，該渠段起、止點(diǎn)輸水水位分別為39.07 m、38.884 m。按照《南水北調(diào)第一期工程穿黃河工程初步設(shè)計(jì)（修定）》，南干渠建筑級(jí)別為1級(jí)。為確保工程施工安全，對(duì)南干渠邊坡變形、地表沉降以及凍脹等項(xiàng)目進(jìn)行安全監(jiān)測。

2 南干渠各監(jiān)測斷面設(shè)置

2.1 邊坡變形監(jiān)測斷面設(shè)置

在南干渠0+420和2+300設(shè)2個(gè)監(jiān)測斷面，共設(shè)測斜孔8孔（測點(diǎn)編號(hào)分別為IN1-1～4，IN2-1～4），孔深均為30 m；分層回彈孔12孔（測點(diǎn)編號(hào)分別為ES1-1～6，ES2-1～6），除 ES1-6、ES2-6 孔深 25 m 外，其他均為20 m；地表沉降變形測點(diǎn)4個(gè)（測點(diǎn)編號(hào)分別為 L1-1～2，L2-1～2）；沉降磁環(huán) 60 個(gè)，其中 ES1-2，ES1-4，ES1-6，ES2-2，ES2-4，ES2-6 兼測地下水位。

2.2 基土地溫和凍脹位移監(jiān)測斷面設(shè)置

在南干渠0+200.5、2+100.5和2+400斷面共設(shè)3個(gè)地溫和凍脹位移觀測斷面，銅電阻溫度計(jì)60支（測點(diǎn)編號(hào)分別為 WT1-1～20，WT2-1～20，WT3-1～20），單點(diǎn)位移計(jì)18支（測點(diǎn)編號(hào)分別為WY1-1～6,WY2-1～6，WY3-1～6）。

3 監(jiān)測資料分析

3.1 深層水平位移監(jiān)測

南干渠0+420、2+300兩個(gè)斷面的分層回彈管及分層回彈指示器、測斜管及沉降板埋設(shè)工作完成后，經(jīng)過一段時(shí)間的穩(wěn)定，在對(duì)采集的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后確定0+420斷面以2008年11月4日測量值為初始值，2+300斷面以2008年11月5日測量值為初始值，并假設(shè)指向渠道內(nèi)方向和順?biāo)鞣较驗(yàn)檎?/p>

為了提高觀測精度，減少人為誤差，回彈測量時(shí)每個(gè)測點(diǎn)每次測量取3次讀數(shù)的平均值作為實(shí)際測量值。在測量過程中，由于距開挖面1 m范圍內(nèi)易受人為干擾，在進(jìn)行深層水平位移分析時(shí)，從開挖面下1.5 m深處開始評(píng)價(jià)。各點(diǎn)觀測特征值統(tǒng)計(jì)見表1。

從表1看出，最大水平位移變形僅為3.56 mm，變形極小。考慮到施工機(jī)械、人為干擾和測量誤差的影響，可認(rèn)為在渠道開挖過程中基本未發(fā)生水平位移變形，這主要與渠道開挖深度較淺，整體開挖寬度較小有關(guān)。

表1 各測點(diǎn)特征值統(tǒng)計(jì)表

3.2 分層回彈、地表沉降和地下水位監(jiān)測

開挖過程中人為干擾因素較大，同時(shí)開挖中進(jìn)行了人工降水，分層沉降受卸荷和降水的雙重影響，測值變化較小且不穩(wěn)定，見圖1。

圖1 ES2-4分層回彈變化曲線

從圖1看出，在綜合考慮施工機(jī)械、人為干擾因素和測量誤差影響的情況下，可認(rèn)為在渠道開挖過程中基本未發(fā)生回彈現(xiàn)象，這主要與渠道開挖深度較淺，整體開挖寬度較小有關(guān)。

地表沉降數(shù)據(jù)也受到諸多干擾因素的影響，測值無明顯變化規(guī)律，總體數(shù)值也較小，可認(rèn)為開挖過程中地表沉降較小。開挖過程中水位觀測假設(shè)正值表示水位上升，負(fù)值表示水位下降，則典型水位變化曲線見圖2。

圖2 ES2-4測點(diǎn)水位變化曲線

從圖2看出，水位變化基本在2.0 m以下。由于施工期的需要，在渠道開挖時(shí)需要降低地下水位，以保證開挖過程中無積水。

3.3 地溫監(jiān)測數(shù)據(jù)整理

地溫觀測儀器布置為2層，分別在墊層以下5 cm和25 cm，根據(jù)最低溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表和地溫過程線可知，60支電阻溫度計(jì)的最小測值為0.3℃，地溫均在0℃以上，溫度過程線呈現(xiàn)出良好的年周期性變化規(guī)律，上層溫度計(jì)的最低溫度較下層溫度計(jì)的溫度略低。

3.4 凍脹位移監(jiān)測數(shù)據(jù)整理

根據(jù)18支單點(diǎn)位移計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)表（見表2）和單點(diǎn)位移計(jì)過程線可知，18支單點(diǎn)位移計(jì)的最大值為7.91 mm，最小值為-3.39 mm，總體變化較小。結(jié)合地溫觀測結(jié)果可知，地溫均在0℃以上，無凍脹現(xiàn)象，位移計(jì)測值變化主要受溫度和其他因素影響。

表2 單點(diǎn)位移計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)表mm

4 結(jié)語

南干渠段深層水平位移、分層沉降和地表沉降數(shù)值都較小，無明顯變化規(guī)律，這主要與整體開挖深度較淺有關(guān)。該工程段60支電阻溫度計(jì)的最小測值為0.3℃，18支單點(diǎn)位移計(jì)的最大值為7.91 mm，最小值為-3.39 mm，總體變化較小，地溫均在0℃以上，無凍脹現(xiàn)象。各種監(jiān)測儀器測值符合一般規(guī)律且均在正常范圍內(nèi)，說明南干渠工程受地表沉降、凍脹等因素影響較小。