船閘工程垂直位移觀測精細化管理實踐

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

船閘是利用上下游閥門向閘室內灌泄水從而控制水位漲落的通航建筑物，應用連通器原理使過往船舶可以在有水位差的航道上通行，主要由上下游引航道、上下閘首及閘室等建筑物組成。船閘工程本身存在著有別于水閘的特殊性，為保證通航效率，船閘的啟閉設備長期不間斷運行，閘室內的水位頻繁漲落，因此，船閘工程的觀測工作是船閘安全運行、工程充分發揮綜合效益的保障。

本文結合三河船閘垂直位移觀測中的經驗做法，探討精細化管理在船閘垂直位移觀測中的應用，以期推動船閘工程管理精細化、標準化提檔升級。

1 工程概況

三河船閘位于江蘇省淮安市洪澤區蔣壩鎮，上游經引航道入洪澤湖，下游分為兩道，一是從入江水道三河段經石港船閘、金寶航道和南運西船閘連通大運河，二是從入江水道三河段經金湖西偏泓漫水套閘入高郵湖。

三河船閘于1969年開工建設，1970年3月建成，主要功能是通航和擋洪。原設計年通航能力180萬t，按Ⅴ級船閘設計，500t拖掛一次過閘。三河船閘是洪澤湖大堤的穿堤建筑物，上閘首及上游翼墻為1級水工建筑物，閘室、下閘首及下游翼墻為2級水工建筑物，設計水位16.0m，校核水位17.0m，工作閘門為人字形鋼閘門，采用QT-60kN型電動推桿式啟閉機；輸水閥門為平面鋼閘門，采用QL-100-SD單吊點螺桿式啟閉機；口門凈寬10m，閘室最大凈寬16m，閘室有效長度100m，上游設計最高通航水位15.5m，設計最低通航水位11.5m；下游設計最低通航水位7.5m。

2 觀測準備

2.1 建立垂直位移觀測控制網

垂直位移測點分為水準點、工作基點和垂直位移觀測標點。水準點和工作基點構成垂直位移觀測控制網，用于對觀測標點的長期觀測。水準點一般由國家測繪部門設立，工作基點由工程管理單位自行埋設，單座工程的控制點數量不應少于3個。

2.2 建立固定的觀測路線

根據水準控制網及垂直位移觀測標點分布圖，在工作基點與觀測標點之間建立固定的觀測路線，測站和路線的選擇盡可能地使測程短、測站少。在線路的布設過程中，應將儀器架設站點與轉點做好固定標記，在地物、地形未改變的情況下，確保每次觀測均沿同一路線進行。

2.3 觀測人員配備

觀測前應對觀測人員進行培訓，未經培訓的人員不得從事觀測工作，根據觀測任務書的要求成立垂直位移觀測小組，三河船閘觀測小組配備技術人員6名，其中司鏡員1名、扶尺員2名、量距員1名、布線員1名、安全員1名，觀測人員一旦確定后不得隨意更換。

2.4 觀測設備配置

觀測設備應符合國家或地方頒布的現行技術標準，相關檢測資料齊全，常用的儀器設備須定期校驗，確保其性能良好，隨時可以投入使用，其余觀測輔助工具(如遮陽傘、扶桿等)、安全防護用品(如反光服、防曬服等)應配備齊全。三河船閘工程垂直位移觀測設備配置見表1。

表1 三河船閘垂直位移觀測設備配置

3 過程管理

3.1 工作基點的埋設

三河船閘工程共設有控制點3個：國家二級水準點(HX19)以及工作基點(BM1、BM2)，工作基點均埋設在遠離建筑物開挖區、震動區、回填土區等沉降較大或車輛來往頻繁的區域，設立專門保護設施并由專人定期檢查維護。三河船閘工作基點埋深在最大冰凍線以下50cm，標點采用不銹鋼材料制作，其結構見圖1，工作基點埋設后，應經過至少一個雨季才能啟用，如無特殊情況不再變動。

3.2 工作基點的考證

三河船閘工程工作基點于2012年11月埋設，埋設使用后5年內每年與國家水準點校測兩次，自2018年起每年與國家水準點校測一次，校測引自國家一級水準點(DH522)，采用二等水準往返觀測，往測由DH522考證經BM2、BM1再測回至DH522，返測由DH522考證經BM1、BM2再測回至DH522，往測單程距離6.006km，共計128測站，觀測控制精度見表2。

3.3 觀測標點的布設

垂直位移觀測標點的樣式依據實際工程情況確定，一般采用嵌入式或外露式標志，標點安裝后應制作保護蓋并掛標志牌保護，新埋垂直位移觀測標點15天后才能啟用。標點布設完成后，應根據實際位置結合工程平面布置圖繪制出垂直位移觀測標點分布圖。

圖1 工作基點及標點結構示意 (單位：cm)

表2 三河船閘工程水準工作基點考證精度控制要求

三河船閘觀測標點按照工程底板結構采用嵌入式分縫布設，按照從上游至下游、從左到右順時針方向編號，共計垂直位移觀測標點60個：上游翼墻12個，上閘首4個，左閘室10個，右閘室10個，下閘首4個，下游翼墻20個。編號以工程部位結合標點序號組成(如編號SZY1-1，代表上左翼墻1號底板1測點，ZZS1-2，代表左閘室1號底板2測點)。工程觀測標點分布見圖2。

3.4 垂直位移觀測

三河船閘工程垂直位移每年汛期前后各觀測一次，觀測引用國家二級水準點(HX19)，采用三等水準往返觀測，往測由HX19測經上閘首右、上右翼墻、上左翼墻、上閘首左、左閘室、下閘首左、下左翼墻、下右翼墻、下閘首右、右閘室各測點后至HX19閉合，返測順序反之，往測單程距離0.432km，共計32測站。觀測前記錄閘室上下游水位，觀測控制精度見表3。

圖2 三河船閘工程垂直位移觀測標點分布

表3 三河船閘工程工作基點考證精度控制要求

3.5 精度控制

a.觀測前應至少提前30min將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致，并通知中控室操作

人員，暫停上下游各閘門啟閉，確保工程處于穩定無震動狀態。

b.觀測過程嚴格按照《水利工程觀測規程》(DB32/T 1713—2011)的要求施測，觀測必須按照固定的閉合路線進行，一條路線的往返觀測，應使用同一儀器和標尺沿同一道路進行；由往測轉為返測時，兩支標尺互換位置，重新調整儀器，每一測段，無論往測和返測，其測站數應為偶數。

c.讀數前應確定水準氣泡居中后，方可讀數，同一測站讀數不應兩次調焦，轉動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉方向均應為旋進，當前測站觀測結束后應將傾斜螺旋調整至螺旋桿中間位置，以減小傾斜螺旋隙動差對觀測精度的影響。

d.在連續施測時，應使三腳架的其中兩腳與施測路線方向平行，第三腳輪換置于路線方向的左側與右側，在斜坡上架設儀器時，應將三腳架的兩腳置于斜坡下方。前后視換讀數時，司鏡員應在三腳架0.5m外走動，走動不應觸及儀器及三腳架任何部位。

e.除路線轉彎處，每一測站儀器與前后視標尺的三個位置宜在同一條直線上，儀器距前、后視水準標尺的距離應盡量相等，消除或削弱與距離有關的誤差對觀測精度的影響，如i角誤差和垂直折光等。

f.觀測時應盡可能保證水準標尺豎直，可采用扶桿穩定，使水準氣泡始終保持在居中位置，轉動水準標尺時應注意標尺底座與尺墊測點是否接觸，選用自重2.5kg及以上的尺墊以確保尺墊自身穩定性，觀測過程中尺墊必須踩實以避免尺墊自身下沉,觀測中保護好尺墊，防止誤踏，司鏡員未明示當前測站觀測已經結束前不得挪動尺墊。

g.觀測過程中要避免儀器和尺墊安置在震動區域，如遇臨時震動(車輛經過等)，應暫停觀測，確定震動消失后再施測。如遇以下情況，也應暫停觀測：?日出與日落前30min內；?太陽中天前后各約2h內；?標尺分劃線的影像跳動而難于照準時；?氣溫突變時；?雨天或風力過大標尺與儀器不能穩定時。

h.觀測過程中應始終遵循“四隨、四無、四固定”的要求，發現觀測精度達不到規范要求、垂直位移觀測點漏測等情況時應及時補測或重測，如若確定測量無誤但沉降數據變化較大，應復測一次作為佐證材料。

i.儀器每年至少由專業計量單位鑒定一次，長途搬運或當儀器受震動、摔、跌、碰等可能損壞或影響儀器精度時應隨時鑒定或檢修。每次觀測前應對儀器i角進行檢驗，一、二級觀測作業i角應不大于15″；三、四級觀測作業i角應不大于20″，若i角超出規范要求，應在觀測前利用儀器自帶軟件或送至專業計量單位進行校正。

4 觀測資料整編與分析

a.每次觀測作業結束后，應及時對觀測資料進行計算、校核、審查。

b.外業觀測工作結束后應立即將儀器中的外業觀測數據下載傳進計算機，及時對結果進行計算校核，檢查閉合差的精度，對閉合差大于1mm的數據進行平差計算。

c.資料整編工作宜每年汛期前后各進行一次，主要檢查觀測項目是否齊全、方法是否合理、數據是否可靠、圖表和說明是否完備等。

d.垂直位移觀測資料定量分析主要采用圖形法進行分析，必要時可根據需要建模進行專題分析。

e.將垂直位移觀測成果表中各測點的累計位移量沿工程橫或縱斷面，繪制成分布圖，見圖3，在圖3上直觀分析垂直位移量的變化規律及趨勢，重點分析位移量最大值和最小值以及相對不均勻位移量的極值與異常部位，找出產生極值與異常的原因，必要時到工程現場進行檢查比對，發現異常現象立即上報處理，確保工程安全穩定。

圖3 三河船閘垂直位移橫斷面分布

5 安全管理

垂直位移觀測需經常在野外勘測作業，施測環境及作業條件較差，存在一定的安全風險。管理單位應始終堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，加強觀測作業前的培訓教育及安全交底工作，扎實開展觀測過程中的安全評價及防范工作。

在開展三河船閘垂直位移觀測安全評價過程中，參照《企業職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)將觀測中存在的危險因素分為以下5類：車輛傷害、淹溺、觸電、火災及其他傷害，見表4。

表4 三河船閘垂直位移觀測過程中存在的危險因素及防范措施

6 結 語

垂直位移觀測是水利船閘工程管理中的一項技術性基礎工作，由于船閘常年不間斷運行，過往船舶在通航過程中會頻繁碰撞上下閘首及閘室墻身，工程結構存在變化風險，所以加強船閘工程垂直位移觀測工作是非常必要的。

在日常工程管理過程中，還應結合其他觀測項目(如水平位移、滲流壓力)和水文地質氣象資料，根據數據成果對工程的運行狀態進行全面評價，掌握工程安全運行現狀，從而對工程控制運用和維修加固等提出建議。