樊口二站工程泵站基础安全监测成果分析

张志华 李佳红 胡海波

摘 要：为了保证泵站运行的安全性、可靠性，需要做好泵站的安全监测工作。本研究针对樊口二站泵站的内部监测成果，重点从泵站基础的渗压监测及沉降监测数据进行分析，结果表明：在泵站施工期及运行期间，内部安全监测数据稳定，各项指标均在正常范围内，渗压值、沉降值无突变，为泵站的安全运行提供了有效的保障。

关键词：安全监测;泵站;渗压计;沉降计

中图分类号：TV698.1     文献标志碼：A     文章编号：1003-5168（2022）12-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.12.014

Analysis of Basic Safety Monitoring Results of Pump Station in Fankou Second Station Project

ZHANG Zhihua1    LI Jiahong 1    HU Haibo2

（1.Hubei Institute of Water Resources Survey and Design，Wuhan 430070，China;

2.Hubei Dayu Construction Limited by Share Ltd.，Wuhan 430000，China）

Abstract： In order to ensure the safety and reliability of the operation of the pump station， it is necessary to do a good job in the safety monitoring of the pump station. According to the internal monitoring results of Fankou second station pump station， this study focuses on the analysis of the seepage pressure monitoring and settlement monitoring data of the pump station foundation. The results show that the internal safety monitoring data is stable during the construction and operation of the pump station， all indicators are within the normal range， and there is no sudden change in the seepage pressure value and settlement value， which provides an effective guarantee for the safe operation of the pump station.

Keywords： safety monitoring; pumping station; osmometer; settlement gauge

0 引言

湖北省樊口二站工程是湖北省新增外排能力建设项目之一，工程位于鄂州市樊口电排站西侧，长江干堤右岸。樊口二站采用堤身式布置方案。主要建筑物有主泵房、引水渠、拦污栅桥、进水前池、出水渠、新建防洪堤及配套交通桥等。泵站建在粑铺大堤外，主泵房机组中心距粑铺大堤中心约200 m，设计流量为150 m/s，为Ⅱ等大（2）型泵站，共装机5台，单机容量4 000 kW;副厂房、安装间分别布置在主泵房左、右两侧，呈一字形排列;站区从左至右由新建防洪堤、左岸刺墙（副厂房）、主泵房、出口检修间及右岸刺墙（安装间），其与两端粑铺大堤相接，形成封闭的防洪体系;拦污栅布置在引水渠距泵站125 m处;水泵、电机、辅机设备及金属结构等布置在相应建筑物内。泵站沿引水渠两岸布置有进场公路，站区公路通过拦污栅桥形成环形公路。

1 安全监测概况

安全监测是工程设计、施工和运行的重要组成部分[1]。通过选择适宜的监测方法、恰当地布设测点，能够及时地获取各项信息数据，在监控工程安全、了解工作状态、检验设计、指导施工等方面发挥着重要的作用[2]。

根据樊口二站枢纽工程的地质条件和结构特点，确定以下项目作为其施工期和运行期的主要监测项目：建筑物（含翼墙）的沉降监测;建筑物的水平位移监测;闸底板扬压力监测;上、下游水位监测;流速监测;人工巡视检查。

主要内观监测仪器有渗压计、测缝计、单点沉降计;外观监测仪器有水平兼垂直位移GPS测点、沉降点、水位计、MCU数据采集单元。基础工程是水利工程的基础，因此，基础工程的安全监测是水利工程安全监测的首要关口[3]。本研究针对泵站基础渗压监测、沉降监测数据进行分析，数据记录从2018年3月至2020年12月。

2 主要监测仪器技术指标

①渗压计。主要技术指标：量程0.35～1.0 MPa，精度±0.1 F·S，分辨率不低于0.025 F·S，零漂<0.02 F·S。

②单点沉降计。主要技术指标：量程0.01～200.00 mm，精度±0.01 mm，分辨率不低于0.01 mm，零漂<0.02 mm。

③位移计。主要技术指标：量程0.01～100.00 mm，精度±0.01 mm，分辨率不低于0.01 mm，零漂<0.02 mm。

④水位计。水位计采用雷达式，主要技术指标：量程50 m，精度±0.1 mm。

⑤读数仪。读数仪为人工测读仪表，用于上述各振弦式传感器的数据采集，能在各种气候条件下测读数据，并带有充电器接口、RS-232接口、通信软件和数据存储功能。测量精度要求0.01%，激励范围400～3 000 Hz，温度-10～50 ℃。

⑥垂直位移标点（沉降标点）。工作基点：标点、标芯采用半圆形不锈钢材质，水平位移工作基点为钢筋混凝土观测墩。

⑦水尺。用作人工观测上下游水位，采用不锈钢水尺。

⑧數据采集装置MCU。MCU是数据采集测量控制单元，具有自动集测、信号处理、控制和通信功能，能够连接、集测上述各类传感器。主要功能和技术指标：设有人工读数接口，MCU出现故障时，可以采用便携式读数仪进行读数，另外也可以定期进行MCU读数与人工读数比较;能够采用220 V交流供电，能在（220±45）V电压范围内正常运行;具有内置后备电池，可在外界电源断电情况下继续保持工作状态;供电时间不少于10 d;具有掉电自保护功能;具有对处理器、存储器、电源、测量电路、时钟、接口、传感器线路进行自诊断功能;配备数据采集软件，能用便携式计算机对MCU单机进行观测;采用智能化模块结构;具有很强的实时监测功能;支持多任务运行;具有简单数据处理、存储、输出等功能;报警条件检测;设有RS232或RS485通信接口;为MCU、电源系统、通信系统、传感器线路设置有效的防雷设施;工作温度为-10～60 ℃;测量时间每通道不超过3 s;数据存储容量不低于60测次。

3 仪器设备验收

所有的仪器设备运到现场后，会同监理、业主对全部仪器设备进行开箱检查和验收，具体内容包括以下6个方面。

①是否有仪器出厂合格证。

②出厂时仪器设备资料参数是否齐全，仪器数量与发货单是否一致。

③外观检验，仔细检查仪器外观有无损坏痕迹和锈斑等。

④检查仪器电缆有无断线。

⑤检查仪器本身的绝缘是否达到出厂值。

⑥检查二次仪表测试仪器是否正常。

经检验，所用仪器设备均为合格产品。

4 仪器设备选型和采购

①采购的仪器设备各项技术指标均满足有关国家规范及技术标准，并严格按照合同及设计技术要求进行质量控制。

②选用的监测仪器为国内知名品牌，其生产厂家具有较高的信誉度。所生产的仪器设备有在许多大型水利水电工程中使用的实例，并且均已经良好运行在5年以上。

③严格监督和控制各监测仪器出厂检验、包装、运输、保险、保管、交货、验收等各环节的操作质量，确保仪器的质量。

5 仪器设备检验与率定

根据招标文件要求，按照以下步骤进行仪器设备的检验检查。

①仪器设备生产厂家提供的所供应仪器的率定资料及产品合格证书等。

②按国家有关技术规范或厂家提供的方法在所采购的仪器和设备进行了检验（率定）。

③内观监测仪器检验内容主要包括力学性能检验、温度性能检验、防水性能检验。

④电缆的检验内容主要包括电缆各芯线电阻、电缆各芯线间的绝缘电阻、抽样检验（10%）电缆的防水性能等。

⑤各检验项目的技术要求和方法，严格按《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178—2016）附录E执行。

⑥对于测量仪器和二次仪表，在鉴定和检验规定的日期范围内使用，按规定每年送计量部门进行鉴定和检验。对于测量仪器，在测量前进行一次检验。

⑦对于待安装埋设的仪器，其检验率定和埋设时间间隔不能超过6个月。

6 仪器安装埋设前的施工准备

监测仪器设备的埋设是关系原型监测成败的重要环节，因此，在监测仪器埋设前应做好充分准备，其准备工作有以下4个方面。第一，监测仪器安装埋设前，向监理人上报安装埋设计划。报告内容包括：安装埋设开工申请（含监测仪器率定资料）;仪器安装埋设的部位、高程坐标（桩号）及钻孔深度;埋设仪器的名称、型号、数量、编号（包括厂家编号）及合格证;埋设仪器的检验率定结果及率定资料。第二，提前备齐所需监测仪器和试验设备，不影响整个工程的仪器安装埋设。第三，仪器运抵现场后，按有关规范或仪器生产厂家提供的方法，对仪器的性能进行率定。率定合格后，仪器存放在干燥的仓库中妥善保存。第四，仪器安装埋设前，对每支仪器进行检验、测试和率定。

7 仪器安装

7.1 渗压计埋设

按照有关规定进行室内检验，具备施工条件后钻孔，孔位偏差不超过5 cm，孔深达到设计深度，超、欠深不大于30 cm。渗压计埋设前用土工织物和过滤料（细砂）包裹渗压计，在水中浸泡2 h以上，使其达到饱和状态。在渗压计埋设的混凝土面位置钻一个孔深100 cm、孔径≥110 mm的集水孔，孔内填75 cm深的砂砾石和砂。将裹有渗压计（饱和水状态）的细砂包放在集水孔上，砂包用水泥砂浆糊住，待砂浆凝固后，浇筑上部混凝土。

7.2 沉降计埋设

在设计孔位处钻孔，实际钻孔深度比设计孔深0.5 m，孔径根据厂家要求进行;将安装好的测杆用土工布、胶带包裹，外涂黄油，放入钻孔内至设计位置，然后在孔内填满水泥砂浆。当底板混凝土浇筑至高出仪器埋设位置20 cm时，安装锚栓和传感器，回填混凝土。

7.3 仪器电缆的连接和保护

在仪器引线安放和连接后、回填或埋入混凝土中之前，均对监测仪器及电缆进行测试，测试结果合格，仪器测值稳定。电缆安装后绘制电缆实际走线图。电缆跨结构伸缩缝时，设置套管保护，电缆在管内呈S形分布，在管外涂沥青并用沥青抹布将两端管口封堵。电缆在混凝土结构内部牵引时，仪器电缆沿钢筋牵引，并将电缆用尼龙绳绑扎在钢筋上，每隔1 m绑扎一处，监测仪器的电缆在施工干扰较大处和建筑物外部牵引时，电缆外加保护管保护。外露部分采用镀锌钢管，管径与电缆根数配套。水平敷设的电缆呈S形，垂直上引的电缆适当放松，以防损坏。

8 安全监测成果分析

8.1 渗压监测

按照设计要求，在主泵房基础下共布置埋设安装10支渗压计。设计编号依次为P1～P10。其中，P1、P6安装高程均为4.0 m;P2、P3、P7、P8安装高程均为2.3 m;P4、P5、P9、P10安装高程均为9.2 m。具体布置见图1。

根据主泵房基础渗压监测数据，同一安装高程渗压监测点监测数据基本一致，选取不同安装高程的3个监测点（P1、P2、P4）数据进行分析，渗压计初始值安装前已经设置为0，监测数据已换算为水头压力，渗压值变化见图2。

渗压计监测结果显示，2018年3月至2018年底，泵站处于施工期，外江围堰未拆除，渗压测值变化量较小;2019年初围堰拆除，汛期渗压值折算水头为4～11 m;2020年汛期，渗压值折算水头为5.5～11.5 m，监测期间渗压值折算水头与内外江水位的变化波动，无突变状况。其中，P2水头保持在高水位，是因为埋设高程较低（2.3 m），所以相比其他渗压计水头较高。

8.2 沉降监测

按照设计要求，在主泵房和防洪闸基础下，共布置埋设安装12支沉降计，设计编号为M1～M12，具体布置见图3。主泵房基础沉降监测数据初始值已调整为0，年累计沉降数据见表1。沉降计监测结果显示，2018年2月沉降计安装完成，近3年的沉降数据显示，测点变形发展趋势基本一致，建筑物建设完成后，位移量逐渐变小，趋于稳定，地基和建筑物相对位移为1.003～1.129 mm。2019年测点总体沉降值与第一年相近，是因为本年度进行了机组启动运行，机组运行所产生的振动对泵站基础沉降有一定的影响;2020年机组运行时间较2019年长，但各测点沉降值除M1测点外均小于前两年，第三年平均沉降值为三年总沉降值的27.6%，符合沉降变化趋势[4-5]。

9 结语

樊口二站是一座堤身式泵站，泵站主体与两岸粑铺大堤相接，形成封闭的防洪体系，其基础的稳定性尤为重要。本研究通过对近3年的泵站基础安全监测资料分析，其沉降变化很小且基本趋于稳定，渗压值与内外江水位的变化波动较小，说明樊口二站各个点的渗流量处于稳定状态;监测数据变化趋势与理论计算趋势相吻合，实际观测数值与理论计算值偏差很小，满足设计要求，泵站运行处于安全状况。后期须对泵站继续加强安全监测，及时反馈分析数据，用于指导工程管理，确保泵站安全运行。

参考文献：

[1] 朱旋，孙勇，尚俊伟.南水北调东线台儿庄泵站安全监测及成果分析[J].人民黄河，2013（4）：85-86，89.

[2] 陈鲁莉.汉江兴隆水利枢纽泄水闸安全监测[J].中国农村水利水电，2015（8）：165-167.

[3] 胡全舟，张华安，李毅男.水利工程的安全监测分析[J].工程技术究，2017（11）：178，192.

[4] 高大伟.北京市南水北调配套工程前柳林泵站安全監测成果分析[J].北京水务，2017（ 2）：55-57.

[5] 陈亚军，张亚，张桂霞，等.睢宁二站泵站主体工程安全监测分析[J].水利规划与设计，2019（2）：65-67.