某输水倒虹吸工程运行期稳定性监测分析

彭立威

（南水北调中线干线工程建设管理局，河南 郑州 450018）

某输水倒虹吸工程所在工程区上层为河床及漫滩，由第四系全新统冲积层（alQ42）组成，岩性为砂砾石。中层第四系上更新统冲积层（alQ3），alQ3 冲积层，其中上部为粉质壤土、下部砂砾石、粉土质砾厚。下层新近系地层由粘土岩、泥灰质粘土岩、砂质粘土岩、砂砾岩夹泥质粉（细）砂岩组成[1]。由于受地形影响，该倒虹吸工程运行中存在较大的安全隐患，因此，对运行期的稳定性监测及对监测数据进行准确分析成为目前保障该工程安全运行的首要工作。

1 工程概况

某输水倒虹吸工程主要建筑物自进口至出口依次为：进口渐变段、进口检修闸、倒虹吸管身段、出口控制闸、出口渐变段。建筑物总长356 m，其中管身段水平长200 m，进口斜段水平投影长度40.19 m，坡度1∶4.5；出口斜管段水平投影长59.81 m，坡度1∶5.5。管身为箱型涵洞，设计流量320 m3/s，加大流量380 m3/s，布置型式采用两孔一联。单孔尺寸为7 m×7 m。顶、底板厚1.3 m，边壁厚1.2 m，中壁厚1 m。管身水平段每20 m 设一横向沉降缝，斜管段每15 m 设一道横向沉降缝。两联虹吸管之间用厚2 cm 聚乙烯闭孔板相隔，缝间不设止水带。倒虹吸段管身混凝土标号均采用C30。管身下面均铺设10 cm 的C10 素混凝土垫层和15 cm 的碎石垫层。

2 安全监测仪器布置

结合该输水工程特点，倒虹吸进出口两联闸室底板基础的进口、中部、出口各布置一支渗压计，共12 支；进出口闸门槽处边墩外侧各安装1 支渗压计，共4 支；第3 和4 管节结合部、第6 管节中心和第8 和9 管节结合部设置监测断面，每个监测断面的虹吸管顶板和底板各布置2 支渗压计，虹吸管左右侧墙各布置1 支渗压计，共18 支；进口渐变段中心线、左右侧基础面上布置3 支渗压计用于地下水监测[2]。应力应变监测方面，在虹吸管段两个监测断面上，选择右侧1 联涵管进行应力、应变监测。

3 监测结果及分析

3.1 渗压监测

运行期埋设的渗压计测值历时曲线如图1。监测表明，进口及出口渐变段安装的渗压计测值随水位变化而变化，正常运行期间渗压水位变化不大，进口渐变段测值变化范围为38.05 kPa～82.49 kPa。月平均变化量在2kPa 左右，测值变化较小。出口渐变段渗压计测值相对较小。

倒虹吸管身段位于河床部位，底板的渗压计测值较大，充水运行期间随地方河流水位变化而变化，其中6#、10#管节渗压计测值较大，最大测值为153.48 kPa，测点位于6#管节涵管中心线底部，处于河床部位，与河床水位呈正相关关系。3#、13#管节测值相对较小。

综上所述，各测值整体上变化量不大，与倒虹吸内水位变化关联性较小[3]。整体上渗压计测值变化符合实际情况，渗透压测值变化稳定。

图1 进口渐变段渗压计压力过程曲线

3.2 钢筋应力监测

钢筋应力监测结果如表1 所示。除位于6#管节侧墙内的一支钢筋计R17-04 实测拉应力较大外，其余各钢筋计实测钢筋应力均在-78.77 MPa～29.67 MPa 之间。其中，绝大部分钢筋计处于受压状态，少数钢筋计处于受拉状态，最大拉应力(29.67 MPa)出现在6 管节顶板部位。结果表明除6#管节侧墙内的钢筋计外，其他各钢筋计实测钢筋拉应力和钢筋压应力数值均在合理的变化范围内。

表1 6# 管节各钢筋计实测受力统计

针对位于6#管节侧墙内的钢筋计R17-04，通水以来实测钢筋应力存在向拉应力方向增大的较明显的趋势性变化（如图2 所示），目前钢筋应力为140.91 MPa，但趋势性尚未收敛。结合6#管节埋设的其他11 支钢筋计测值分析，其他各钢筋计以及位于底板的2 支钢筋计，实测钢筋应力均不大，均表现为变幅较为稳定的周期性变化，未出现明显的增大趋势；但位于顶板的2 支钢筋计，存在向拉应力方向变化的趋势，但目前拉应力并不是很大。

综合分析认为，此情况应为6#管节存在不均匀沉降造成管节出现扭转现象所致。同时，考虑到该钢筋计所在监测断面其他钢筋计测值基本正常，因此不排除该钢筋计本身性能不合格导致测值不可靠的可能性。建议对该钢筋计实测钢筋应力的变化情况继续给予重点关注，并继续加强建筑物的巡视检查，必要时对该钢筋计的工作状态进行检验测试。在检修期，重点检查6#管节部位混凝土是否存在裂缝。

图2 钢筋应力变化曲线图

4 结论

（1）综合各测点监测成果，进入运行期以后，倒虹吸各监测仪器监测成果与工程实际情况相符，成果准确可靠，监测仪器运行正常。绝大多数测点测值变化平稳、规律，倒虹吸工作性态基本正常，运行状态稳定。

（2）位于6#管节的钢筋计测值有逐渐增大趋势。建议对该钢筋计实测钢筋应力的变化情况给予重点关注，并持续加强建筑物的巡视检查，必要时对该钢筋计的工作状态进行检验测试。在检修期，重点检查6#管节部位混凝土是否存在裂缝。