榕江關埠引水工程施工安全監測成果分析

李杰釗

（廣東科正水電與建筑工程質量檢測有限公司, 廣東 廣州 510000）

0 引言

該引水工程需采用頂管施工技術進行施工，不會對高速公路上車輛通行造成任何影響，而且還最大限度減輕了對周邊環境的擾動，更減輕了噪音和灰塵污染，環保效果極佳。而在引水工程的施工中，為了確保工程的安全，進行施工期安全監測結合現場施工具體情況綜合分析驗證設計指導施工。

1 工程概況

榕江關埠引水工程的水系為榕江、練江流域，其范圍為廣東省粵東地區，具體為揭陽市的普寧市和汕頭市的朝陽區。此項目隸屬普寧市北山村頂管工程。取水源頭為朝陽區榕江，借助引水管道流到南側山腳下的加壓泵站前池，經過加壓后強迫注入山坡高位水池，然后利用輸水隧洞自流到出水池（普寧市北山村的山腳下），此工程屬普寧市北山村頂管工程。從排水口的溢流堰，引水至兩條通往練江的明渠。該引水工程的路徑布設于普寧市轄區和汕頭市潮陽區，工地周圍遍布地方公路、高速公路和國道等，與周邊鄉鎮、普寧市、揭陽市、汕頭市、潮陽區相連，交通四通八達。

2 引水施工安全監測布置

2.1 水平位移監測

2.1.1 監測方法

根據現場的條件布設水平位移監測點，通常選擇極坐標方式。將全站儀設置在選定的水平位移監測點上，將儀器整平對中，之后根據其他的水平監測位移控制點，對監測基準點與監測點之間的距離和角度進行確定，求出不同監測點的坐標，在垂直基坑的方向進行位移矢量投影，按照不同期間與初始值的對比，經過計算求出監測點向基坑內側的變形量。

2.1.2 數據傳輸及平差計算

平差前要認真檢驗控制點的穩定性，為了保證獲得可靠的起算數據，必須嚴格比較各期相鄰控制點間的夾角和距離；根據嚴密平差的方式利用儀器配套軟件計算平差；數據取位在平差后務必精確到0.10 mm。

綜合以上三點，利用不同期的變形觀測點二維平面坐標值，對投影到與監測方向垂直的矢量位移進行計算，同時計算不同階段變形量、累積變形量、階段變形速率等數據。

2.1.3 變形數據分析

觀測點穩定性分析原則：觀測點的穩定性分析是基于穩定基準點的調整而實施平差成果的計算；通過比較臨近兩期的最大變形量與最大測量誤差進行相鄰兩期觀測點的變動分析，一般誤差取兩倍中間，如果變形量沒有超過最大誤差，可以確定該監測點在兩個臨近的周期里未曾變動。針對多期變形的監測，如果臨近周期變形量不明顯，但多期變形明顯時，就可確定為已經變動。

監測點預警判斷分析原則：按照控制標準比較階段變形速率和累計變形量，正常狀態下累計變形值和階段變形速率不會超過預警值，如果這兩項指標其中一項大于預警值而小于報警值，就可以確定為預警狀態，如果這兩項指標其中一項超過報警值而小于控制值，就可以確定為報警狀態，如果這兩項指標其中的一項大于控制值，就可以確定為控制狀態；一旦監測數據達到警戒值，就要參照巡查信息對各個環節進行綜合分析和判斷，包括工程進度、基坑圍護結構是否穩定、施工措施的落實情況、周邊環境是否穩定等；分析中發現異常狀態，要及時通知相關各方，采取防范和補救的措施。

2.2 沉降位移監測

2.2.1 監測方法

可以采用幾何水準測量法進行沉降位移監測，監測設備采用自帶記錄程序的Trimble-DINI03電子水準儀觀測，對外業監測數據進行記錄，監測利用閉合水準路徑時只能監測單程；進行往返的監測必須采用符合水準路線，平差可利用兩次監測高差中數。監測的方位順序為，往測：后、前、前、后，返測：前、后、后、前。

2.2.2 數據傳輸及平差計算

完成監測后通過數據傳輸把形成的電子文件傳送到計算機，檢測合格后進行嚴格平差，可采用儀器配套軟件進行平差，然后求出不同點的高程值。平差要根據以下的要求進行：起算點必須是穩定的基準點，檢查獨立的閉合差，并與兩個以上的基準點相連；根據嚴密平差的方式采用配套平差軟件進行計算；數據取位在平差后必須精確到0.10 mm。

結合以上幾點，利用變形監測點對不同期間的高程值進行數據計算，包括各期階段沉降量、累計沉降量、階段變形速率等。

2.2.3 變形數據分析

利用穩定性的基準點進行監測點的穩定性分析；通過比較臨近兩期的最大變形量與最大測量誤差進行相鄰兩期觀測點的變動分析，一般誤差取兩倍中間，如果變形量沒有超過最大誤差，可以確定該監測點在兩個臨近的周期里未曾變動。

針對多期變形的監測，如果臨近周期變形量不明顯，但多期變形明顯時，就可確定為已經變動。

3 現場巡視檢查

3.1 首次巡查

首次巡查的范圍是涉及的道路和地面，重點檢查地面是否有裂縫、是否發生隆陷情況。如果發現裂縫就要進行標識，對裂縫的形態和位置準確記錄，利用裂縫讀數顯微鏡或者游標卡尺測量并記錄裂縫的寬度，同時將裂縫和地面隆陷情況進行拍照，以作影像資料存檔備用。

3.2 日常巡查

日常巡查的內容包括：地面有無裂縫、有無隆起、沉陷、有無冒漿等。針對首次巡查中記錄的裂縫進行測量，將現有寬度和初始寬度比較；如果發現地面新增裂縫或原有裂縫發展速率超過預警標準以及發現地面隆起、沉陷、冒漿等狀況，必須立刻通報并拍照。日常巡查中必須填寫安全巡查表。

4 結果分析方法

4.1 統計性分析

取得的初始數據會顯得雜亂無章，難以看出其規律性，必須利用繪圖、制表以及不同方式的方程擬合，對各個監測點的累計變形最大值、階段變形最大值、各最大值的變形規律進行統計。

4.2 作圖法分析

該分析法能夠對物理量之間的變化關系、施工影響區域、監測點變形趨勢進行醒目地表達。還可以在圖線上以簡便的方式求出監測需要的特定結果，例如：某期間內的階段變形、臨近監控點的沉降差異、斜率等，更可以具體地識別某監測點的累計變形量。

4.3 預警情況分析

針對施工中的累計變形和階段變形量超過警戒值的狀況，務必要根據施工進程繪制縱橫斷面曲線圖和時程曲線圖，以供預警分析。

4.4 最終分析

整體工程完工后，要綜合施工中的不同施工參數、地層狀態等分析工點的規律性。

5 監測成果分析

5.1 施工工藝要點的分析

榕江關埠引水工程是穿越高速公路的頂管施工，主要利用的是工作井和接收井鋪設和更換地下管線。工作井的設置必須與地面垂直，通過主頂油缸和管道中繼間的推力，將掘進機或者工具管從工作井內穿過土層一直推到接收井內并吊起，緊隨該操作的是管道在兩井之間的埋設，真正實現非開挖就可以鋪設地下管道的目標。在該頂管施工的過程中，工藝和頂管機選擇的合理性是至關重要的。首先對需要穿越的高速公路的自然環境和地質條件等因素進行綜合分析。該施工采用的是砂礫頂管機，頂管技術應用的是土壓平衡式和泥水平衡式，大大提升了項目的施工質量。該工程在工作井內布置了測量控制網絡，同時根據施工的具體情況布設了地面控制點，為后續的頂進施工復測創造了方便條件。此工程在工作井內的測量放樣完全做到了放樣出頂進軸線、測量的精準性，避免了施工中的大的誤差。在頂進安裝的工序里，主頂裝置和導軌安裝在相對靠后的位置，更方便工作井內的地面輔助設施和平面的安置。此工程所有的施工環節都在有效的監控之中，通過監測的相關數據，精準地引導施工，確保了工程的安全性。

5.2 監測數據分析

對頂管施工進行期間高速公路沉降位移監測成果進行分析，詳細的統計如表1 所示，沉降位移測點歷時過程曲線見圖1。

根據表1和圖1可以顯示出，頂管施工進行期間高速公路地面監測點變化的最大值在2.00～6.20 mm，變化幅度在2.90～6.60 mm，速率變化最大值在1.00～1.97 mm/d，施工期間的不同監測位置測點的歷時過程曲線變化趨勢與頂管施工線性關系完全匹配，當前的變化值在-0.40～1.00 mm，呈現平緩的歷時過程曲線變化趨勢。同時，此工程項目部在頂管施工進行期間，對高速公路地面進行了詳細而嚴格的檢查，沒有發現異常的現象。

圖1 沉降位移測點歷時過程曲線圖

表1 頂管實施期間高速公路沉降位移監測成果統計表

6 結語

綜上所述，頂管施工技術無需破壞土層表面，可以在構筑物地下進行管線鋪設，顯著節省了時間、人力、物力和財力，在各類水利工程中得以廣泛應用。但施工安全的監測是工程的重要環節。通過對榕江關埠引水工程（穿高速公路頂管）施工安全監測，根據施工期間的監測成果和現場巡查情況進行分析，在施工期間高速公路未曾出現裂縫、隆起冒漿、塌陷等不良現象。數據顯示，施工期間最大變化為6.18 mm，速率最大值為1.78 mm/d，都沒有突破報警值，均未超出報警值，當前變化最大值為0.98 mm，速率最大值為-0.21 mm/d，呈現速率變小而逐漸穩定的趨勢，完全符合高速公路運營的標準。