安全監測技術在取水首部圍堰爆破拆除中的應用

張谷鵬

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

某重點輸供水工程取水首部位于遼寧省桓仁縣境內，其施工圍堰長81.7 m，堰頂高程為307.6 m，頂寬6.0 m，最大堰高31.6 m，上、下游邊坡分別為1∶1.5，1∶1.75，采用水泥漿液與膏狀漿液灌漿組合法進行防滲。

2 安全監測的重要性

該取水首部圍堰距離各類已建或在建建筑物（啟閉機室、壓力洞等）及其它相關機電設備較近，最近處約為10 m，一旦爆破出現問題將會對整個工程產生致命的影響。為保證建筑物的安全，消除可能的安全隱患，在爆破施工過程中須實時對取水口各類建筑物進行安全監測，確保動水壓力、表面應變、振動位移等處于規范允許范圍。

3 安全監測方案

監測內容包括閘門、閘墩所受動水壓力、振動觀測。監測實施前應編制大綱及組次表，并進行有關測點的零點校正。在監測過程中，按規范要求對非穩態和穩態的全過程作完整記錄，依據測量精度及信號頻率確定總樣本長度。人工讀數項目通常為3～5 次，讀數后整理出最大值、最小值及平均值。

3.1 監測技術要點

3.1.1 動水壓力

過流面的動水壓力反映了相關部位的主要水力特性，是分析動水荷載和空化問題的重要參量。利用壓力傳感器可同時進行脈動壓力和時均壓力的測量，信號經放大后由專門的DASP 便攜采集系統記錄和分析。在穩態條件下，采樣時間不低于3 min。壓力信號作時均值、標準差和功率譜分析，分析頻率不低于100 Hz。

3.1.2 振動

振動是監測建筑物受水流作用而產生的振動現象，振動值應在設計允許范圍內，包括振動加速度、振動速度和振動位移。主要采用振動傳感器監測，信號經放大后由專門的DASP 便攜采集系統記錄和分析。

3.2 整理分析

1）消除原始記錄中的較大系統誤差及超限誤差，進行重測。

2）及時整理觀測數據并編制匯總圖表，在必要時須作不同測點信號的相關分析。

3）最后編寫監測分析報告，應包括實際值與規范理論計算結果對比分析；同一參數處于不同工況的分析；同組次不同部位測點信號的橫向比較分析；綜合安全分析和評估，評價和建議及改進措施等。

4 安全監測實施

4.1 監測儀器布置

為監測圍堰爆破過程中對主要建筑物的影響，對閘門、閘墩共布置7 支儀器進行外水壓力及表面應變監測，其中水位計4 支、鋼板應變計1 支、動水壓力傳感器2 支。監測儀器布置如下：

1）0-015.35 樁號（取水口閘墩頭）。258.2 m高程安裝1 支動水壓力傳感器，編號為B-02；265.0 m 高程安裝2 支水位計，編號為B-Q-P-01（振弦式）、B-Q-P-03。

2）事故閘門墩頭。285.7 m 高程布置2 支水位計，編號為B-Q-P-02（振弦式）、B-Q-P-04（FBG）。

3）事故閘門上。261.2 m 高程布置1 支振弦式表面應變計S-01，布設1 支動水壓力傳感器。

4.2 儀器埋設安裝

由于此次儀器安裝是在高空和深水下安裝，不同于常規儀器安裝，因此，每支儀器安裝分兩部分進行，即深水下作業和水上高空作業。

4.2.1 深水下作業

根據水位實測資料，水面以下深度達38.0 m，將儀器安裝在設計高程，需要請潛水員協助完成。

4.2.2 水上高空作業

采用吊籃施工，將吊籃固定在啟閉機室穩定且牢固的梁上。高空作業人員在吊籃內施工，須系牢安全繩，確保安全。

水上、水下作業主要為固定儀器保護管，保護管采用混凝土鋼釘加錨箍固定在混凝土閘墩上。當保護管安裝固定好后，在啟閉機室層（311.5 m高程）將儀器放置指定高程，并測取初始值。

4.3 觀測

此次觀測屬于動態觀測，與一般情形下的靜態觀測不同，必須采用DASP 自動采集系統和儀器進行連續觀測。

4.4 資料收集數據分析

資料收集包括水位資料、爆破資料、周邊施工情況；數據分析根據獲得的動態數據，包括動水壓力、表面應變、水位等數據進行分析，判斷、評價監測數據的可靠性和準確性，進而分析爆破對建筑物（閘墩、事故閘門）的影響。觀測完成后1 周內提交監測成果報告。

4.5 測點布置

根據取水首部建筑物布置的實際情況，此次監測過程共設置4 個振動位移測點、3 個動水壓力測點及1 個涌浪測點和。詳情見表1。

表1 測點布置表

4.6 觀測成果

4.6.1 振動位移

本文選取 2017 年 9 月 25 日下午 18 時 15 分的水下部分爆破觀測成果進行介紹。此次觀測數據顯示，最大位移約2 mm，位于工作門墻頂順水流方向DS02（01）測點，各測點振動位移統計如表2所示。

表2 各測點振動位移統計表 μm

4.6.2 動水壓力

此次觀測由于受現場條件限制，測點位置未能達到設計要求高程。觀測數據顯示：B01 測點壓力區間為64.0～194.5 kPa；B02 測點壓力區間為-5.6～85.8 kPa；B03 號測點位于水面以上，未受到水流沖擊波的影響。

4.6.3 涌浪

涌浪測點布置在攔污柵上，觀測數據顯示：最大涌浪高度為4.9 m，且在0.5 s 內基本結束。

4.7 觀測小結

1）爆破時，工作門墻頂順水流方向測點振動最大位移達2 mm，主要與建筑結構特性及與爆破點的位置有關，應予以關注，給予充分重視。

2）此次監測爆破時的測點動水壓力區間為-5.6～194.5 kPa，預估在水面下2.0 m 小范圍會出現短時負壓，觀測數據顯示，對取水首部各類建筑物未產生安全影響，對后續爆破的壓力分布及量值應及時加強觀測。

3）此次爆破，在攔污柵位置涌浪最大達4.9 m 高。

由于此次監測部分測點未能達到設計要求高程，并有動水壓力測點在水面以上，當條件具備時，要按設計要求高程進行監測，以掌握各高程壓力分布規律。

5 結語

水下圍堰爆破安全監測施工采用動態連續監測技術，利用DASP 自動采集系統和儀器進行連續觀測，實現了深水條件下的監測設備安裝，有效地解決了圍堰水下拆除的重點問題。監測過程中，嚴格按照水下圍堰爆破拆除的相關技術規范及設計要求，對防滲體及巖坎爆破時閘門、閘墩所受到的動水壓力、表面應變、振動位移等進行安全監測，確保其在允許范圍內，保證取水首部建筑物的安全，進而保證整個輸供水工程的安全。建議在類似工程施工時參考借鑒。