渠道边坡施工期安全监测实例分析

林　云，常　青，李春艳

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250014；2.山东大禹工程建设有限公司，山东 济南 250014）

渠道边坡施工期安全监测实例分析

林云1，常青1，李春艳2

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250014；2.山东大禹工程建设有限公司，山东 济南 250014）

通过对渠道边坡工程的现场调研，根据边坡监测原则，确定了现场监测的项目，包括深层水平位移、渠顶的竖向变形、分层回弹以及地下水水位变化。经过现场安全监测，总结和分析了各种监测数据成果，渠道边坡的开挖对边坡的表部和深部位移都有一定的影响，但渠道边坡的稳定性良好，为工程建设提供可靠的科学依据，确保渠道边坡施工顺利进展。

渠道边坡；施工期；安全监测；水位变化

穿黄河工程南干渠是南水北调东线一期工程，位于山东省东平县斑鸠店镇，它上接穿黄河工程东平湖出湖闸，下连穿黄河工程埋管进口检修闸，全长2 404.5 m。南干渠地处黄泛冲积平原地带，场区地形平坦开阔，地面高程40~41 m，勘探深度内地层主要为第四系松散堆积层，按成因类型可分为冲积层（Q4a l）、冲积湖积层（Q4f l）和冲积洪积层（Q4al+pl）。土壤类别主要有：裂隙黏土、砂壤土、壤土、黏土、砂质壤土等。渠段地下水主要为第四系孔隙潜水，赋存于砂壤土和裂隙黏土层中，补给来源为东平湖和大气降水。

1　监测内容

选取穿黄河工程南干渠工程桩号为0+420 （2+300）典型断面进行监测，监测项目为边坡深层水平位移、坡顶竖向变形、地下水水位变化监测以及开挖卸荷而造成的分层回弹变形监测。其中深层水平位移监测，进行了垂直渠道方向和平行渠道方向观测。0+420断面的埋设布置及各点编号如图1和图2所示，以0+420（2+300）断面典型测压管监测的深层水平位移和回弹监测数据为例进行整理分析。

首先安装断面的分层回弹管、分层回弹指示器、测斜管及沉降板，并进行钻孔取芯样描述。经过至少7 d时间的稳定，从2008年11月28日开始用测斜仪、回弹仪、水位探测仪、水准仪及温度计分别对各监测点进行初始数据采集。经过分析认为，该断面以11月4日测量值为初始值。为了提高观测精度，减少人为误差，回弹测量时每个测点每次测量都读了3次数据，以取平均值。断面的开挖方式都为分3层开挖。断面0+420第一层于2008年11月8日开挖成条带状，直到12月12日才开挖成需要的现状，开挖深度为1.5 m；第二次于1月6日开挖，开挖深度为1.5 m；第三次于2009年6月2日开挖，开挖深度为3.1 m，并于8月3日开始降水，且水位变化很大。

图1　断面0+420安装布置图

图2　断面0+420磁环安装布置图

2　监测数据整理分析

2.1深层水平位移数据整理分析

0+420断面测点不同方向水平位移沿深度方向关系曲线，如图3所示。

图3　0+420断面IN1深层水平位移变化曲线图

在测量过程中，由于离开挖面1.0 m深度范围内容易受到人为干扰比较大。在进行变形分析时，从开挖面下1.0 m深度开始评价。由图3可知，垂直渠道方向最大水平位移为离天然地面1.5 m深度处的3.56 mm，且在开挖过程中最大变形速率为0.91 mm/d；平行渠道顺水流方向除去转折点深度处的最大水平位移为2.2 mm，且在开挖过程中最大变形速率为0.40 mm/d。

0+420断面不同深度处深层水平位移变化曲线，如图4所示。

图4　0+420断面IN1不同深度处深层水平位移变化曲线

由图4可知，从各断面监测变形数据来看，垂直渠道方向的水平位移变形最大值为3.53 mm，平行渠道方向的水平位移变化最大值为2.59 mm。根据有关规范要求，边坡水平位移最大限制为10mm，预警值一般为最大限制的60%。故从深层水平位移来判断边坡是稳定的。

2.2分层回弹数据整理分析

假设埋设在地面下最深处的磁环相对地层来讲是不发生位移的，即该磁环是固定不动的，则此磁环与其上部他磁环间的距离变化Δs是以经过一定时间t天变形后的距离值St减去初始距离S0。如果差值Δs大于零，则说明上部磁环发生回弹，否则为沉降。

以2+300断面为例，现场排水井布置在渠道右岸，回弹布置在渠道左侧，从回弹管埋设布置图知道，回弹管ES2-1、ES2-2布置在渠道底部，在2008年12月8日开始井点降水，形成漏斗状降水断面，此时水位变化最大在55 cm左右，即由水位变化而引起的沉降变形很小。由水位变化引起的回弹管回弹变形受到的影响也不是太大，观测回弹值均小于20 mm。回弹管ES2-3、ES2-4位于渠坡上，在2008年12月8日开始井点降水，到12月22日以后水位就比较稳定了，形成漏斗状降水断面，此时水位变化最大在210 cm左右，即由水位变化而引起的沉降变形较大，故由水位变化引起的回弹管回弹变形受到的影响也比较大，观测回弹值均小于8.0 mm。

2.3地下水水位变化整理分析

假设正值表示水位上升，负值表示水位下降。以断面2+300为例，对地下水水位变化数据结果进行了整理分析，施工期间，2+300断面从2008年12月8日开始用直径50 cm、间距25 m的无砂混凝土管降排水，形成漏斗状降水断面，此时位于渠道中心的水位变化最大在105 cm左右。从变化幅度来讲，水位变化在2.5 m以下，由于施工期的需要，在渠道开挖时需要降低地下水，即进行排水，2+300断面从2008年12月28日后开始降水的速率是基本稳定的。降水期间雨水补给也相对较少。故降水后地下水水位是基本恒定的。

2.4渠顶表层地面沉降数据整理分析

假设正值表示地面回弹，负值表示地面沉降。以断面2+300为例，对渠顶表层地面沉降数据结果进行整理分析，离渠顶距离越远地表沉降变形越小，且随着时间推移，沉降变形也渐渐稳定。

2.5回弹管管口沉降变形整理分析

假设正值表示分层回弹管管口回弹，负值表示分层回弹管管口沉降。以断面2+300为例，回弹管管口沉降变形进行了整理分析，ES2管口竖向变形变化较大，约在4.5～5.1 cm之间，从平面布置图知道，ES2-1、ES2-2、ES2-3三只回弹管布置在渠道底部，此处卸荷压力比较大，故存在较大的回弹变形。

3　结语

1）从深层水平位移变形监测数据来看，两个断面垂直渠道方向的深层水平位移最大变形为3.56 mm，而平行渠道方向的深层水平位移最大变形为2.2 mm。故从垂直渠道方向的深层水平位移最大值来判断，边坡最大水平位移不大，边坡还是比较稳定的。

2）从回弹变形监测数据知道，在最大挖深6 m左右的情况下，最大回弹量不到20 mm。应当说明，开挖后的分层回弹变形量受地下水水位变化影响较大，实测的回弹变形，不仅包含土体开挖卸荷引起的回弹量，还包括由于地下水位下降导致土体有效应力增加而引起沉降变形。

3）从回弹管口高程变化分析，渠底回弹变形较渠坡大，说明渠底卸荷压力相对较大。

（责任编辑 崔春梅）

TV698

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1009-6159（2016）-04-0021-02

2015-09-23

林云（1983—），女，统计师

“十一五”国家科技支撑计划课题“大型渠道设计与施工新技术研究”（2006BAB04A02）。