大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在輸水管道工程中的應用

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 概況介紹

大伙房水庫輸水(二期)工程是遼寧省“十一五”期間重點基礎設施建設項目，輸水管線全長261km，采用有壓重力流和串聯(lián)加壓相結合的方式，設計年供水量17.86億m3。輸水管線主要由DN6000隧洞及鋼管連接段、DN3200PCCP管線、DN2400PCCP管線及DN1800玻璃鋼管線組成。

根據管線及相關建構筑物特點及工程地質條件，大伙房水庫輸水(二期)工程采用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)測基礎抗滑、巖體不均勻變形、管道的沉降及滲流狀態(tài)等。安全監(jiān)測系統(tǒng)沿輸水管線共布設46個監(jiān)測測站，分為取水首部檢測、輸水隧洞檢測、隧洞連接段檢測、輸水管線檢測、配水站穩(wěn)壓塔檢測等五部分。主要監(jiān)測項目包括圍堰變形、錨桿應力、滲流壓力、混凝土應力、伸縮縫變形、溫度水位監(jiān)測、鎮(zhèn)墩支墩沉降位移、管道接口縫、內水壓力、管壁應力、管道沉降等。

2 安全監(jiān)測儀器的選型

鑒于大伙房水庫輸水管線工程特點，主要選用了多點位移計、錨索應力計、孔隙壓力計、測縫計、無應力計、鋼板計、應變計、溫度計等監(jiān)測儀器。

2.1 電位器式多點位移計

電位器式多點位移計具有量程大(最大可達1000mm)，便于長距離信號傳輸，可最大限度地消除環(huán)境溫度對測量影響，測量精度高，長期穩(wěn)定性好，體積小，可在較惡劣的環(huán)境中工作，如水下或埋地設置，且耐高壓(可達3MPa甚至更高)等特點。根據工程的地理環(huán)境和實際應用需求，選用ND-3型(三維)電位器式多點位移計克服了潮濕和高壓的環(huán)境條件。該工程在取水頭部安設6支，輸水隧洞段5支，PCCP管段2支，玻璃鋼管段3支，進行圍堰變形和支墩位移監(jiān)測。

2.2 差動電阻式類儀器

該工程中所選用的錨桿應力計、鋼板計、鋼筋計、測縫計、應變計與無應力計均屬于差動電阻式傳感器。差阻式儀器內的彈性鋼絲為直徑0.04～0.05mm的特高強鋼絲，通過兩組鋼絲差動變化進行測量。儀器在未受力變形時，內部鋼絲應力已高達2000MPa，所以該類儀器缺點是不耐震，更不能碰撞，易損壞，超載能力較差，測量精度受溫度影響明顯。但是，該類儀器長期穩(wěn)定可靠，并能兼測溫度，在高水壓下也可長期可靠工作，非常適合于該工程的實際情況。

2.3 振弦式滲壓計

滲壓計主要有差阻式和振弦式兩種，結合該工程特點和精度要求，選用精度更高的振弦式滲壓計。它克服了電阻值隨溫度變化而變動的弱點，因而能夠使用在寬溫范圍。除靈敏度高以外，振弦式滲壓計的儀器長期穩(wěn)定性、耐久性好，輸出信號為頻率，抗干擾能力強，基本不受接長電纜影響，且絕緣性要求相對較低。為了進一步確保工程的安全性和可靠性，該工程中全線共布設27支。

2.4 壓阻式管道壓力計

壓阻式管道壓力計較其他壓力計相比，不受環(huán)境溫度、濕度、氣候、大氣壓力等變化的影響，長期穩(wěn)定性高，動態(tài)性能好，傳輸距離遠，且防水密封和絕緣性能良好,傳感器極少發(fā)生漏水現象。鑒于以上優(yōu)點，在該工程中利用壓阻式管道壓力計來檢測隧洞、隧洞連接段、PCCP管段、玻璃鋼管段的內水壓力。

3 典型斷面監(jiān)測儀器的布設

3.1 取水頭部

取水頭部主要為工程取水建筑物，其監(jiān)測儀器包括多點位移計(3D)、滲壓計(P)、測縫計(J)、錨桿應力計(GR)、鋼筋計(R)、應變計(S)、無應力計(N)等，取水頭部0+26.95斷面儀器布設情況如圖1所示。

圖1 取水頭部0+61.95斷面儀器埋設布置

3.2 隧洞段及連接段

該區(qū)段布設儀器主要有多點變位計(3D)、滲壓計(P)、土壓計(Y)、錨桿應力計(GR)、鋼筋計(R)、應變計(S)、無應力計(N)、錨索應力計(MS)，隧洞段某特征斷面儀器布置示意圖如圖2所示。

圖2 隧洞段特征斷面儀器布置

3.3 PCCP管線

該工程中PCCP管線全長154.5km，占工程管線全長59%，該區(qū)段以內水壓力和管線接縫檢測為主，主要布設儀器有內水壓力計(NP)、測縫計(J)、鋼板計(GS)、土壓計(Y)、多點位移計(3D)等，具體布設情況如圖3、圖4所示。

圖3 沈陽2配水站至遼陽配水站內水壓力計監(jiān)測布置

圖4 PCCP管線典型斷面儀器布置

3.4 玻璃鋼管線

該區(qū)段布設以內水壓力計(NP)為主，輔以土壓計(Y)、測縫計(J)、鋼板計(GS)，其中土壓計、測縫計、鋼板計類似PCCP管段。圖5為營口支線內水壓力計(NPY表示，Y代表營口)布置情況。

圖5 營口支線內水壓力計監(jiān)測布置

4 監(jiān)測儀器運行現狀

大伙房水庫輸水(二期)工程沿線46個安全監(jiān)測測站共埋設各類傳感器1245支，目前損壞115支，整體完好率92.3%。工程自2010年末運行至今，各類監(jiān)測儀器未出現大面積故障或數據失真，通過數據采集分析，有效反映了工程運行期間地質水文、管道接口、應力變形等變化趨勢。以下為截取2017年11月4日—12月6日期間部分安全監(jiān)測設備運行曲線。

a.內水壓力計。內水壓力受系統(tǒng)供水水量的調節(jié)而變化，氣溫對監(jiān)測數據的精度有一定影響但不顯著，11月4日—12月6日期間NP24測站內水壓力(Kp)隨時間變化曲線如圖6所示。

圖6 NP24內水壓力計監(jiān)測數據變化曲線

b.測縫計。由于該工程地處東北，四季溫差較大，差動電阻類儀器的檢測結果受氣候的影響明顯。冬天寒冷，縫隙張開，測縫計的測值較大。由于儀器使用時間不太長，且截取時段較短，因此各測點的變幅不大，均在1mm以內。11月4日—12月6日期間J002909804測縫計變化量(mm)隨時間變化曲線如圖7所示。

圖7 J002909804監(jiān)測數據變化曲線

c.應力計。圖8為11月4日—12月6日期間GS00403502鋼板計應變量(με)隨時間變化曲線。其中負值表示為壓力(正值為拉力)。隨著氣溫的降低，錨桿應力狀況表現為壓力，且數值上呈增大趨勢。從運行情況看，變位較小，據此可判定該測點處巖基處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8 GS00403502監(jiān)測數據變化曲線

5 結 語

安全監(jiān)測是工程安全管理的重要部分，大伙房水庫輸水工程的運行實踐證明，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運用于輸水管道工程是可行的。但必須因地制宜合理選擇各類監(jiān)測儀器，并遵從“先進性、可靠性、經濟性、可擴性”原則，綜合考慮系統(tǒng)結構、設置才能發(fā)揮效益。

由于安全監(jiān)測的部分儀器在工程施工的同時埋設在了巖體、管體以及混凝土內部，例如差動電阻式監(jiān)測儀器，隨著使用年限的增長，在潮濕的地下環(huán)境中，必將逐漸失效。安設在地上的儀器設備也會在風吹日曬中慢慢老化出現故障，這都是不可避免的。所以，定期的維護和檢修，才是保證安全監(jiān)測儀器長期有效地發(fā)揮作用的重要方法。

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