望亭水利枢纽沉降缝观测值年际变化规律分析

刘 毅 徐金龙

(太湖流域管理局苏州管理局 215011)

望亭水利枢纽沉降缝观测值年际变化规律分析

刘 毅 徐金龙

(太湖流域管理局苏州管理局 215011)

望亭水利枢纽运用差动电阻式测缝计开展沉降缝缝宽变化情况的观测，分析其年际变化规律，为工程安全运行提供参考。

望亭水利枢纽 沉降缝 观测 年际变化 分析

1 工程概况

望虞河望亭水利枢纽是太湖流域防洪和供水的主要控制工程之一。工程位于江苏省苏州市相城区望亭镇以西的望虞河与京杭大运河交汇处，距望虞河入太湖口2.2km。工程为2级建筑物，采用立交布置方式。上部采用钢筋混凝土矩形槽，供京杭运河通航;下部采用9孔钢筋混凝土矩形倒虹吸涵洞，供望虞河过水。每孔涵洞孔口尺寸为7.0m×6.5m(宽×高)，总过水面积400m2，设计流量为400m3/s，涵洞采用三孔一联的钢筋混凝土箱式结构。

望虞河工程是11项治太骨干工程之一，根据1987年国家计委批准的《总体规划方案》，望虞河工程主要功能为防洪、排涝兼顾供水及航运。望亭水利枢纽原设计主要任务是：遇1954年型洪水(约50年一遇)汛期5～7月排泄太湖洪水23.1亿m3;需要时与常熟水利枢纽配合引长江水入太湖，并防止京杭运河污水进入太湖;保证京杭运河正常通航。

望亭水利枢纽自投入运行以来，在流域防洪和调水工作中，特别是在抗御1999年流域特大洪水和近几年实施的引江济太水资源调度工作中，发挥了治太骨干工程的重要作用，社会效益非常显著。

2 沉降缝观测设施概况

2006年在上下游管首的沉降缝上各安装2只测缝计，共4只，用于观测沉降缝缝宽的变化情况，LS1、LS2位于上游管首望虞河侧，LS3位于下游管首运河侧，LS4位于下游管首望虞河侧，LS1、LS4位于左侧沉降缝上，LS2、LS3位于右侧沉降缝上。测缝计为南京自动化设备厂生产的CF—12型差动电阻式测缝计。

测缝计安装时先在沉降缝两测各固定一块钢板，然后在钢板上用专用夹具将测缝计的两端固定在沉降缝的两侧。测缝计于2006年5月29日经现场检验合格后进行了基准值的测定。

3 沉降缝观测原理

根据数字式电桥观测测缝计的电阻和电阻比，按下式计算沉降缝之间的开合度：

式中 J——沉降缝的相对开合度，mm;

f——仪器最小读数，mm/0.01%;

b——仪器的温度修正系数，mm/℃;

Δz——电阻比相对于基准值的变化量(测值减去基准值)，0.01%;

Δt——此次测点温度相对于基准值的变化量(本次温度测值减去基准值)，℃。

测点温度计算公式如下：

上二式中 t——测点温度，℃;

α——仪器的零上温度系数，℃/Ω;

α″——仪器的零下温度系数，℃/Ω;

Rt——仪器实测总电阻，Ω;

R——仪器冰点0℃ 的电阻值，Ω。

4 沉降缝观测成果

2007年～2010年6月对沉降缝共进行了40次观测，在观测的同时对气温进行了同步观测。2007年～2010年6月沉降缝观测值与温度的关系见图1～图4。

图1 LS1沉降缝观测值与温度过程线

图2 LS2沉降缝观测值与温度过程线

图3 LS3沉降缝观测值与温度过程线

图4 LS4沉降缝观测值与温度过程线

5 沉降缝观测值年际变化规律分析

5.1 沉降缝观测值特征值分析

2007年～2010年6月沉降缝观测值特征值见表1。4年的观测中，沉降缝观测值未出现明显异常突变情况，其测量值在最大最小值之间分布比较规律，各测缝测值中位值和均值比较接近。其中LS1、LS3测值分布具有正偏离，均值大于中位数;LS2、LS4测值分布具有负偏离，均值小于中位数。观测数值标准差位于1.319～2.483mm之间，标准差最低的为LS2，表明大部分观测数值和平均值之间差异最小;标准差最高的为LS3，表明观测数值和平均值之间差异最大。从特征值来看，4年观测数值无明显异常现象。

5.2 各沉降缝观测值相关性分析

2007年～2010年6月沉降缝观测值相关系数计算结果见表2。LS1、LS4位于左侧沉降缝上，其相关系数为0.724;LS2、LS3位于右侧沉降缝上，其相关系数为0.729。望亭水利枢纽主体工程共有两条沉降缝，处于结构的对称位置，两个相关系数比较接近。从表2中可知，各测点相关系数均小于0.9，观测数据拟合较差。

表1 2007～2010年6月沉降缝观测值特征值计算结果 单位：mm

表2 2007～2010年6月沉降缝观测值相关系数计算结果 单位：mm

5.3 各沉降缝观测值随温度的年际变化规律

从沉降缝观测值与温度过程线图可知，当温度升高时，沉降缝缝宽有变小的趋势;当温度降低时，沉降缝缝宽有变大的趋势。具有随温度而变化的有关规律。

6 案例分析

2010年7月～2010年12月对LS3共进行了6次观测，观测数据如下：6.655mm、7.073mm、9.070mm、10.932mm、13.659mm、11.917mm。其数据超过了 LS3历年观测的最大值，6次观测的均值、平均值偏差较大。发生这种情况后，管理单位立即开展了排查和检测。LS3位于京杭运河侧挡浪墙上，运河来往船只较多，观测仪表附近明显有船只撞击的痕迹，受船只冲击影响，LS3内部仪表发生了变形，故导致数据异常。

7 结语

通过4年的观测，可以得出以下结论：ⓐ在工程正常运行情况下，沉降缝观测特征值可作为今后运行观测的参考指标;ⓑ观测值受地基、水位、工程结构等多种因素影响，各测点观测数据拟合较差;ⓒ各沉降缝观测值随温度的年际变化规律比较明显。

当沉降缝观测异常时，应及时采取以下措施：ⓐ加强观测，及时掌握数据变化情况;ⓑ及时排查仪器故障;ⓒ如所有测缝同时出现问题，在仪器未出现故障的情况下，应结合工程运行现状，研究垂直测点的观测情况，进行专项排查，及时发现问题，采取相关措施，确保工程安全。