南水北調中線干線工程高填方渠堤沉降變形分析

劉波

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧 810007）

1 工程概況

南水北調中線干線工程是國家南水北調工程的重要組成部分。南水北調中線一期工程從加高擴容后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿線開挖渠道，經唐白河流域西部過長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，沿京廣鐵路西側北上，可基本自流到北京、天津。

南水北調中線為Ⅰ等工程，總干渠渠道按1級建筑物設計，輸水干線全長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，起點樁號0+000，終點樁號40+056，本段長度40.056km，其中，渠道長38.986km。磁縣段填方段長度為5.152km，填筑高度在10～16m之間。下面我們來對磁縣段高填方渠堤的沉降變形進行分析。

2 監測儀器布設情況

磁縣管理處轄區內總干渠1+270斷面所處高填方渠段，該渠段整體呈下沉趨勢。臨近上游側包含2個重點監測斷面：0+600斷面和1+000斷面，除2重點監測斷面外，每間隔90m布設1個一般監測斷面，該渠段監測儀器設施具體布置見表1。

0+600斷面、1+000斷面、1+270斷面的監測儀器布置圖見圖 1～圖 3。

3 滲流監測成果分析

（1）0+600斷面

0+600斷面滲流監測布置6支測壓管中滲壓計，編號為JP1～JP6。各測點的滲流壓力測值過程線見圖4，特征值見表2。

監測成果顯示，0+600斷面滲壓測值整體較小，僅左岸堤頂測壓管內滲壓計JP3的滲透壓力于2018年7月開始持續呈增大趨勢，但滲透壓力最大值僅6.40kPa。左堤內其他2個測點的滲壓測值未見異常。該斷面各測點基本處于無水狀態，說明未形成滲流通道，渠堤滲流穩定狀態滿足要求。

表1 高填方渠段0+420～1+800監測儀器設施統計

圖1 總干渠0+600斷面監測布置

表20 +600斷面滲壓計測值特征值統計表（kPa）

表31 +000斷面滲壓計測值特征值統計表（kPa）

圖2 總干渠1+000斷面監測布置

圖3 總干渠1+270斷面監測布置

圖40 +600斷面滲壓計測值過程線

（2）1+000斷面

1+000斷面滲流監測布置5支測壓管中滲壓計，編號為JP1～JP5，各測點的滲流壓力測值過程線見圖5，特征值見表3。

圖51 +000斷面滲壓計測值過程線

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

4 變形監測成果分析

（1）渠堤內部變形監測

①0+600斷面

該斷面安裝了2個沉降管，各測點累計沉降量測值過程線見圖6。

圖6 渠道0+600斷面沉降管測值過程線

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）測點的沉降量均發生突變，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，沉降變形較穩定。初步分析認為：由于沉降管采用鉆孔安裝，施工時個別磁環下方回填料不夠密實，自然沉降后磁環發生塌落而引起測值突變，并不能代表渠堤內部出現整體下沉。沉降管其他測點與孔口部位表面垂直位移測點未見異常沉降，也可能說明渠堤未發生整體下沉。

當前，除SD1-2、SD2-5和SD2-9外，其他測點的沉降量在-15.0mm～16.5mm之間，渠堤內部沉降處于穩定狀態。

②1+000斷面

該斷面安裝2套多點位移計（4點式），左岸多點位移計DW1已失效，DW2的#4測點也已失效，右岸DW2其他測點的測值過程線見圖7。

圖7 渠道1+000斷面多點位移計測值過程線

從測值過程線上看，目前各測點的絕對位移值在18.23mm以內，測值連續，變化平穩，其變化規律和趨勢具有一致性和合理性，表明渠堤內部沉降變形無異常。

表4 高填方0+420～1+800渠段垂直位移測點統計

（2）渠坡表面變形監測

高填方渠段除重點監測斷面外，每間隔90m布設1個一般監測斷面，每個斷面左右岸堤頂外側各安裝埋設一個垂直位移觀測墩，具體信息見表4。

①0+600斷面

0+600斷面布置8個垂直位移測點，分別位于左右渠道外坡處和堤頂內外側護肩，累計沉降量過程線如圖8所示。

圖8 高填方渠道0+600斷面沉降標點累計沉降量過程線

從過程線圖可以看出，0+600斷面渠堤基本以下沉為主；左側渠堤沉降相對較大。該斷面兩側堤頂垂直位移測點BM3、BM4、BM5和BM6測點下沉變形趨勢趨于穩定，其他測點沉降變形已穩定，截至2020年3月，該斷面沉降變形在19.99～76.20mm之間，在累計沉降量警戒值范圍內。

②其他一般斷面

高填方渠段沿線兩側對稱布置有垂直位移觀測墩，共計布置29個垂直位移測點，測點均位于渠堤路外側。累計沉降量過程線如圖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墩沉降變形最大，當前累計沉降量達到152.76mm和114.76mm。

臨近1+270斷面上、下游一般斷面左右岸累計沉降量見表5，過程線見圖11。

圖9 渠道0+420～1+800渠段左堤沉降監測成果過程線

圖10 渠道0+420～1+800渠段右堤沉降監測成果過程線

圖11 其他一般斷面左右岸累計沉降量對比

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

通過現場監測人員了解及現場巡視得知，現場巡查無明顯異常。

表5 高填方0+420～1+800渠段垂直位移測點累計沉降變形

5 結論

綜上所述，高填方0+420～1+800渠段呈下沉趨勢變化，其中1+270斷面沉降變形較大（累計變形量為114.76～152.76mm），下游側1+350～1+440渠段沉降變形次之（累計變形量為48.88～84.57mm），上游側1+090～1+180渠段沉降變形更小（累計變形量為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渠段為橋梁占壓部位回填部位，橋梁底部回填土可能存在回填不密實的情況，導致該部位臨近渠段沉降量較大。

（2）當前1+270臨近渠段沉降變形趨于穩定，其他一般監測斷面沉降變形已處于穩定狀態。

（3）該區域內存在兩個重點監測斷面，其滲流和渠堤內部沉降變形監測結果顯示均無異常。