南水北调中线京石段应急供水工程通水期安全监测

李克绵，李英杰，周吉顺，刘天鹏，赵立旺，马洪亮

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司科学研究院，吉林 长春 130061；2.南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038)

南水北调中线京石段应急供水工程是南水北调中线一期工程的组成部分，于2008年9月18日至2009年7月中下旬，担负自河北省岗南、黄壁庄、王快、西大洋4座水库向北京应急供水的任务。线路总长度约307.422 km，沿线主要建筑布置包括：明渠渠道、PCCP管道、低压暗涵、隧洞、河渠交叉建筑物、左岸排水建筑物、渠渠交叉建筑物、控制工程、铁路交叉建筑物、公路交叉建筑物、加压泵站等，共计461座。

1 安全监测项目

控制工程包括各节制闸和退水闸，其安全监测的重点是水闸的变形以及渗流，对应的监测项目为闸室和地基的沉降变形；闸墙和底板的裂缝监测；底板扬压力及侧向绕渗监测。

渡槽工程采用布置沉降标点对进出口挡墙、进出口闸、槽身段上部结构和下部结构的倾斜以及不均匀沉降进行重点监测；采用布置渗压计对进出口闸扬压力和地下水位进行重点监测；采用无应力计、应变计和钢筋计对槽身混凝土应力和钢筋应力进行监测；采用土压力计对承台底部土压力进行监测。

暗涵、河渠交叉建筑物采用布置沉降标点对进出口渐变段、进出口闸和涵身的变形进行重点监测；采用布置渗压计对进出口渐变段、进出口闸和箱涵基础的扬压力和外水压力进行重点监测；采用无应力计、应变计和钢筋计对涵身混凝土应力和钢筋应力进行监测；采用土压力计对渐变段挡墙后土压力、闸室基底反力、涵身地基反力和侧向水平土压力进行重点监测。

隧洞及管道工程利用边坡马道上布置位移监测点对闸室、渐变段及进出口高中边坡进行变形监测；利用矩形槽段和闸室段所布置土压力计和渗压计，对墙后土压力和水压力进行监测；洞身仅在Ⅳ，Ⅴ类围岩洞段进行监测，重点监测的项目为围岩变形和收敛、混凝土衬砌应力与变形，外水压力和围岩应力。

泵站工程安全监测主要项目有泵站的不均匀沉降、扬压力、侧向绕渗、地基反力、结构应力、钢筋应力和结构缝变形。

渠道工程采用布置渗压计监测渠道渗流；利用测压管监测地下水位和渠堤浸润线；利用温度计监测渠道的冻涨；利用沉降标点监测渠堤的沉降变形。

2 观测频次

（1）通水前3 d及通水初期，内部仪器每天观测一次；水位稳定后，可3～6 d观测一次；通水后期要求2～3 d观测一次；彻底停水后一周内要求每天观测一次。上述测次指人工观测，如自动采集系统观测时，可适当加密频次。

（2）通水前所有外部变形观测设施必须至少在短期内连续观测2次；通水初期，2～3 d观测一次；水位稳定后，可5～10 d观测一次；彻底停水后必须至少在短期内连续观测2次。

（3）通水初期每2～3 d巡查一次，一般情况1～2次/月，对于高填方渠道可适当加密频次，汛期和出现异常情况时也应加密巡查频次。

3 监测成果分析

（1）控制工程

控制工程运行状态良好，基本无异常情况。团城湖节制闸通水初期闸基渗透压力较大，最大值为22.79 kPa，通水期间渗透压力不断减小，目前仍有减小的趋势。

（2）渡槽工程

渡槽工程通水至今运行性态基本良好。混凝土应力、钢筋应力和承台底部土压力整体较小。漕河渡槽第4号主梁与第2号主梁水平层施工缝的渗透水压力在通水后明显增大，最大值达到26.73 kPa。漕河渡槽进口段落地巨型槽段存在程度较轻的不均匀沉降，截止到2009年2月份沉降相对较大的部位位于第50～60跨，沉降量约为6 mm。

（3）河渠交叉建筑物

河渠交叉建筑物通水期运行状态良好。各部位的土压力、钢筋应力、接缝变形和沉降变形整体较小，基本无异常情况。结构混凝土线膨胀系数平均值为8.02 με/℃左右，各部位混凝土应力整体不大。

北拒马河暗渠退水闸闸前基础1号测点测值较大，最大值为35.9 kPa，测值于2008年10月初基本趋于稳定；坟庄河渠道倒虹吸201+965.0 m断面渗压计测值较大，最大测值达到59.86 kPa，目前测值减小并趋于稳定。

（4）暗涵工程

暗涵工程通水至今运行基本良好。各部位钢筋应力较小，最大钢筋应力为97.91 MPa，发生在西四环0标底板一衬钢筋部位；一衬混凝土压应力西四环0标较大，最大压应力为1.2 MPa，二衬混凝土应力较小，均未超过混凝土的设计强度；各标段土压力测值整体不大，最大测值为253.06 kPa。

西四环3标4+493 m断面接缝变形较大，最大值为26.32 mm；西四环2标围岩变形较大，最大值为13.26 mm，发生在左涵顶部右45°部位。

（5）PCCP 管道工程

PCCP管道工程监测结果表明，该工程运行状态良好。各标段管道顶部和底部承受的土压力较大，最大达到 3.48 MPa，通水期间测值有不同程度的减小。PCCP3标管道封包混凝土应力较大，最大拉应力均已超过1.5 MPa；PCCP5标管道部位地下水位较高，管道承受的外水压力最大值为73.84 kPa。

（6）隧洞工程

隧洞工程通水至今，各工程工作性态整体状况良好。西甘池隧洞HD14+000 m断面衬砌混凝土拉应力较大，最大值为2.07 MPa，HD14+000 m断面衬砌承受的外水压力较大，最大渗透压力为55.01 kPa，目前有减小的趋势。

崇青隧洞HD38+310 m断面左洞左腰墙围岩应力较大，锚杆应力最大拉应力为129.85 MPa，目前测值基本趋于稳定，HD38+010 m断面衬砌底板承受的外水压力较大，最大渗透压力为99.91 kPa，与进口基坑积水有关，目前测值有减小的趋势。

下车亭隧洞各断面内围岩变形整体较小，测值在-0.76～1.82 mm范围内；2号断面左边墙和4号断面底部右35°部位衬砌混凝土拉应力在通水期间较大，均已超过1.5 MPa；出口段3号断面底板外侧的外水压力和进出口闸基础各测点的渗透水压力测值相对较大，应引起注意。

（7）惠南庄泵站

泵站各部位渗水压力整体较小，最大值为3.84 kPa，发生在进水间H0+214.0 m断面左边墙基础部位；基底反力整体较小，最大值为116.73 kPa，发生在H0+194.5 m断面基础中心部位；各部位钢筋应力整体较小，钢筋应力最大值为41.27 MPa，发生在C4块顶板内层部位，泵站进水池G2块底板外层顺水流方向、G1块顶板顺水流和垂直水流方向混凝土应力较大，均超过混凝土的设计抗拉强度，最大拉应力为2 MPa；各部位结构接缝测值整体不大，最大值为9.61 mm，发生在H0+194.5 m断面F5和F6块间底部部位，各部位沉降测值整体不大，测值在-5.3～8.3 mm之间，沉降量最大值为8.3 mm，发生在H0+194.5 m断面F6块顶部。

（8）渠道工程

渠道布置的监测仪器设施有：渗压计、测压管、温度计和垂直位移观测点墩，仪器典型布置见图1。

图1 渠道断面监测仪器布置图

中4标渠道断面渗压计测值较大，最大测值为30.22 kPa。同一断面渗压计埋设高程越底，渗压测值越大。通水后渗压计测值增大，2008年11月底随渠道内水位的下降而大幅减小，之后又随渠道水位的恢复，渗压计测值也恢复到原值。该渠道断面温度计监测结果显示，通水前，冬季渠道最低温度为零度左右，通水后，温度最低达到-5℃。

综上所述，说明该渠道存在在渗漏以及冬季存在冻胀问题，与实际中渠道混凝土面板冬季出现许多裂缝的现象相符。

4 讨论

（1）从上述各类建筑物监测结果可以看出，混凝土结构应力及钢筋应力整体较小，且主要受温度影响，水荷载对其影响较小，所以建议类似工程设计中只在结构最大受力部位布置该类仪器，以减小工程造价。

（2）沿线建筑物布置的测缝计较少，结构缝变形大小直接影响着结构的渗漏，且能反映出结构的不均匀沉降，故建议在结构缝四周多布置测缝计和渗压计，尤其河渠交叉工程和渡槽工程。

（3）对于高填方渠道工程，如果渠道下方有排水涵洞等建筑物，应沿排水涵洞左右边墙附近埋设渗压计和测压管进行渠道渗流监测。

（4）测缝计用来观测缝与缝之间的开合度，对于要观测的缝将呈闭合还是张开趋势，直接关系到测缝计的量程调整，对于量程调整范围设计一般很少明确。在安装测缝计时，要掌握设计意图，需要设计确定测缝计的调节量程范围，不能盲目地随意调节受拉受压量程[5]。

（5）测压管封底时建议用透水性较好的材料进行封底，如若采用钢板焊接，应进行开孔处理。因为管身开孔位置距管底约1 cm，如果采用不透水材料进行封底，进行注水试验后，管底将残留少量的水，且不易蒸发，测值将不能客观地反应渠道的渗流情况。

（6）引调水工程安全监测项目的观测频次不同于大坝安全监测，不能直接引用大坝安全监测规范的要求，应结合施工期和通水期的工程特点合理制定部分时段的观测测次。

（7）由于引调水工程线路一般比较长，布置有监测仪器的部位和断面十分有限，这就要求重视现场巡视检查。

（8）进行监测资料统计模型分析时，应结合结构受力变形特点，确定新的影响因子和因子形式，从而才能得出合适的预测模型。

5 结语

南水北调中线京石段应急供水工程各建筑物通水期间运行基本正常，各监测项目变化规律基本正常。通水后混凝土应力和钢筋应力变化不明显，基底反力、结构缝变形和沉降变形变化不大，渗水压力变化较大。渠道和渡槽存在渗漏现象，建议通水结束后对其进行灌浆处理。

本工程的临时通水为后期的正常通水和其它相似工程的设计提供了原始经验和参考依据，对这一期间的安全监测资料进行细致深入的分析，对评估各建筑物的安全状况，为运行管理单位掌控工程运行状态，指导类似工程的设计、施工具有重要的意义。

[1]付冰清，王刚.南水北调工程安全监测系统概况[J].大坝观测与土工测试,1997,21(2):22～24.

[2]SL 169-96,土石坝安全监测资料整编规程[S].中华人民共和国水力部发布.

[3]DL/T5178-2003，混凝土坝安全监测技术规范[S].国家发改委发布.

[4]DL/T5209-2005，混凝土坝监测资料整编规范[S].国家发改委发布。

[5]赤仔坤，高海成.南水北调滹沱河倒虹吸工程安全监测成果分析[J].南水北调与水利科技,2007，5（5）:160-163.