船闸工程垂直位移观测精细化管理实践

(江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100)

船闸是利用上下游阀门向闸室内灌泄水从而控制水位涨落的通航建筑物，应用连通器原理使过往船舶可以在有水位差的航道上通行，主要由上下游引航道、上下闸首及闸室等建筑物组成。船闸工程本身存在着有别于水闸的特殊性，为保证通航效率，船闸的启闭设备长期不间断运行，闸室内的水位频繁涨落，因此，船闸工程的观测工作是船闸安全运行、工程充分发挥综合效益的保障。

本文结合三河船闸垂直位移观测中的经验做法，探讨精细化管理在船闸垂直位移观测中的应用，以期推动船闸工程管理精细化、标准化提档升级。

1 工程概况

三河船闸位于江苏省淮安市洪泽区蒋坝镇，上游经引航道入洪泽湖，下游分为两道，一是从入江水道三河段经石港船闸、金宝航道和南运西船闸连通大运河，二是从入江水道三河段经金湖西偏泓漫水套闸入高邮湖。

三河船闸于1969年开工建设，1970年3月建成，主要功能是通航和挡洪。原设计年通航能力180万t，按Ⅴ级船闸设计，500t拖挂一次过闸。三河船闸是洪泽湖大堤的穿堤建筑物，上闸首及上游翼墙为1级水工建筑物，闸室、下闸首及下游翼墙为2级水工建筑物，设计水位16.0m，校核水位17.0m，工作闸门为人字形钢闸门，采用QT-60kN型电动推杆式启闭机；输水阀门为平面钢闸门，采用QL-100-SD单吊点螺杆式启闭机；口门净宽10m，闸室最大净宽16m，闸室有效长度100m，上游设计最高通航水位15.5m，设计最低通航水位11.5m；下游设计最低通航水位7.5m。

2 观测准备

2.1 建立垂直位移观测控制网

垂直位移测点分为水准点、工作基点和垂直位移观测标点。水准点和工作基点构成垂直位移观测控制网，用于对观测标点的长期观测。水准点一般由国家测绘部门设立，工作基点由工程管理单位自行埋设，单座工程的控制点数量不应少于3个。

2.2 建立固定的观测路线

根据水准控制网及垂直位移观测标点分布图，在工作基点与观测标点之间建立固定的观测路线，测站和路线的选择尽可能地使测程短、测站少。在线路的布设过程中，应将仪器架设站点与转点做好固定标记，在地物、地形未改变的情况下，确保每次观测均沿同一路线进行。

2.3 观测人员配备

观测前应对观测人员进行培训，未经培训的人员不得从事观测工作，根据观测任务书的要求成立垂直位移观测小组，三河船闸观测小组配备技术人员6名，其中司镜员1名、扶尺员2名、量距员1名、布线员1名、安全员1名，观测人员一旦确定后不得随意更换。

2.4 观测设备配置

观测设备应符合国家或地方颁布的现行技术标准，相关检测资料齐全，常用的仪器设备须定期校验，确保其性能良好，随时可以投入使用，其余观测辅助工具(如遮阳伞、扶杆等)、安全防护用品(如反光服、防晒服等)应配备齐全。三河船闸工程垂直位移观测设备配置见表1。

表1 三河船闸垂直位移观测设备配置

3 过程管理

3.1 工作基点的埋设

三河船闸工程共设有控制点3个：国家二级水准点(HX19)以及工作基点(BM1、BM2)，工作基点均埋设在远离建筑物开挖区、震动区、回填土区等沉降较大或车辆来往频繁的区域，设立专门保护设施并由专人定期检查维护。三河船闸工作基点埋深在最大冰冻线以下50cm，标点采用不锈钢材料制作，其结构见图1，工作基点埋设后，应经过至少一个雨季才能启用，如无特殊情况不再变动。

3.2 工作基点的考证

三河船闸工程工作基点于2012年11月埋设，埋设使用后5年内每年与国家水准点校测两次，自2018年起每年与国家水准点校测一次，校测引自国家一级水准点(DH522)，采用二等水准往返观测，往测由DH522考证经BM2、BM1再测回至DH522，返测由DH522考证经BM1、BM2再测回至DH522，往测单程距离6.006km，共计128测站，观测控制精度见表2。

3.3 观测标点的布设

垂直位移观测标点的样式依据实际工程情况确定，一般采用嵌入式或外露式标志，标点安装后应制作保护盖并挂标志牌保护，新埋垂直位移观测标点15天后才能启用。标点布设完成后，应根据实际位置结合工程平面布置图绘制出垂直位移观测标点分布图。

图1 工作基点及标点结构示意 (单位：cm)

表2 三河船闸工程水准工作基点考证精度控制要求

三河船闸观测标点按照工程底板结构采用嵌入式分缝布设，按照从上游至下游、从左到右顺时针方向编号，共计垂直位移观测标点60个：上游翼墙12个，上闸首4个，左闸室10个，右闸室10个，下闸首4个，下游翼墙20个。编号以工程部位结合标点序号组成(如编号SZY1-1，代表上左翼墙1号底板1测点，ZZS1-2，代表左闸室1号底板2测点)。工程观测标点分布见图2。

3.4 垂直位移观测

三河船闸工程垂直位移每年汛期前后各观测一次，观测引用国家二级水准点(HX19)，采用三等水准往返观测，往测由HX19测经上闸首右、上右翼墙、上左翼墙、上闸首左、左闸室、下闸首左、下左翼墙、下右翼墙、下闸首右、右闸室各测点后至HX19闭合，返测顺序反之，往测单程距离0.432km，共计32测站。观测前记录闸室上下游水位，观测控制精度见表3。

图2 三河船闸工程垂直位移观测标点分布

表3 三河船闸工程工作基点考证精度控制要求

3.5 精度控制

a.观测前应至少提前30min将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致，并通知中控室操作

人员，暂停上下游各闸门启闭，确保工程处于稳定无震动状态。

b.观测过程严格按照《水利工程观测规程》(DB32/T 1713—2011)的要求施测，观测必须按照固定的闭合路线进行，一条路线的往返观测，应使用同一仪器和标尺沿同一道路进行；由往测转为返测时，两支标尺互换位置，重新调整仪器，每一测段，无论往测和返测，其测站数应为偶数。

c.读数前应确定水准气泡居中后，方可读数，同一测站读数不应两次调焦，转动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进，当前测站观测结束后应将倾斜螺旋调整至螺旋杆中间位置，以减小倾斜螺旋隙动差对观测精度的影响。

d.在连续施测时，应使三脚架的其中两脚与施测路线方向平行，第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧，在斜坡上架设仪器时，应将三脚架的两脚置于斜坡下方。前后视换读数时，司镜员应在三脚架0.5m外走动，走动不应触及仪器及三脚架任何部位。

e.除路线转弯处，每一测站仪器与前后视标尺的三个位置宜在同一条直线上，仪器距前、后视水准标尺的距离应尽量相等，消除或削弱与距离有关的误差对观测精度的影响，如i角误差和垂直折光等。

f.观测时应尽可能保证水准标尺竖直，可采用扶杆稳定，使水准气泡始终保持在居中位置，转动水准标尺时应注意标尺底座与尺垫测点是否接触，选用自重2.5kg及以上的尺垫以确保尺垫自身稳定性，观测过程中尺垫必须踩实以避免尺垫自身下沉,观测中保护好尺垫，防止误踏，司镜员未明示当前测站观测已经结束前不得挪动尺垫。

g.观测过程中要避免仪器和尺垫安置在震动区域，如遇临时震动(车辆经过等)，应暂停观测，确定震动消失后再施测。如遇以下情况，也应暂停观测：ⓐ日出与日落前30min内；ⓑ太阳中天前后各约2h内；ⓒ标尺分划线的影像跳动而难于照准时；ⓓ气温突变时；ⓔ雨天或风力过大标尺与仪器不能稳定时。

h.观测过程中应始终遵循“四随、四无、四固定”的要求，发现观测精度达不到规范要求、垂直位移观测点漏测等情况时应及时补测或重测，如若确定测量无误但沉降数据变化较大，应复测一次作为佐证材料。

i.仪器每年至少由专业计量单位鉴定一次，长途搬运或当仪器受震动、摔、跌、碰等可能损坏或影响仪器精度时应随时鉴定或检修。每次观测前应对仪器i角进行检验，一、二级观测作业i角应不大于15″；三、四级观测作业i角应不大于20″，若i角超出规范要求，应在观测前利用仪器自带软件或送至专业计量单位进行校正。

4 观测资料整编与分析

a.每次观测作业结束后，应及时对观测资料进行计算、校核、审查。

b.外业观测工作结束后应立即将仪器中的外业观测数据下载传进计算机，及时对结果进行计算校核，检查闭合差的精度，对闭合差大于1mm的数据进行平差计算。

c.资料整编工作宜每年汛期前后各进行一次，主要检查观测项目是否齐全、方法是否合理、数据是否可靠、图表和说明是否完备等。

d.垂直位移观测资料定量分析主要采用图形法进行分析，必要时可根据需要建模进行专题分析。

e.将垂直位移观测成果表中各测点的累计位移量沿工程横或纵断面，绘制成分布图，见图3，在图3上直观分析垂直位移量的变化规律及趋势，重点分析位移量最大值和最小值以及相对不均匀位移量的极值与异常部位，找出产生极值与异常的原因，必要时到工程现场进行检查比对，发现异常现象立即上报处理，确保工程安全稳定。

图3 三河船闸垂直位移横断面分布

5 安全管理

垂直位移观测需经常在野外勘测作业，施测环境及作业条件较差，存在一定的安全风险。管理单位应始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，加强观测作业前的培训教育及安全交底工作，扎实开展观测过程中的安全评价及防范工作。

在开展三河船闸垂直位移观测安全评价过程中，参照《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986)将观测中存在的危险因素分为以下5类：车辆伤害、淹溺、触电、火灾及其他伤害，见表4。

表4 三河船闸垂直位移观测过程中存在的危险因素及防范措施

6 结 语

垂直位移观测是水利船闸工程管理中的一项技术性基础工作，由于船闸常年不间断运行，过往船舶在通航过程中会频繁碰撞上下闸首及闸室墙身，工程结构存在变化风险，所以加强船闸工程垂直位移观测工作是非常必要的。

在日常工程管理过程中，还应结合其他观测项目(如水平位移、渗流压力)和水文地质气象资料，根据数据成果对工程的运行状态进行全面评价，掌握工程安全运行现状，从而对工程控制运用和维修加固等提出建议。