北疆供水工程总干渠安全监测简述

陈立刚

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

北疆供水工程总干渠为大(2)型Ⅱ等工程，总干渠工程全长133.6km，主要由引水明渠、隧洞、渡槽、分水闸、节制退水闸、防洪堤以及伴渠公路、输变电线路、通讯光缆等组成。渠道断面形式有梯形断面、弧形底梯形断面，渠底宽4m，内外边坡1∶2，纵坡1/10000～1/12500，渠深 5.4～6.2m，水深 4.68～5.36m，流速1～1.16m/s，设计加大流量75m3/s;白山嘴隧洞洞身长1792m，纵坡1/1000，洞径6.9m，圆形无压隧洞，洞壁为0.55m厚现浇钢筋混凝土衬砌，设计加大流量120m3/s;博塔玛依隧洞洞身长2350m，纵坡1/380，洞径5.6m，马蹄形无压隧洞，洞壁为0.4m厚现浇钢筋混凝土衬砌，设计加大流量120m3/s;乌伦古河渡槽五跨，槽身长 100m，矩形槽身，单槽 5.6m×5.6m，壁厚0.4m，双槽单向预应力结构，设计加大流量120m3/s;顶山隧洞全长15.351km，马蹄形无压隧洞，断面尺寸5.2m×5.2m，底坡1/1050，加大设计流量55m3/s。

2 工程安全监测的特点

北疆供水工程本身具有工程规模大、技术复杂、输水距离长、环境条件恶劣等特性，因此，安全监测工作具有自身特点。

a.建筑物种类多，监测对象的结构、地质条件、建筑材料和施工各具特性，要采取多种监测方法和应用技术。比如:GPS定位监测工程位移，断面沉降监测采用收敛监测法。

b.自然环境恶劣，监测工作的条件差，选择适用于恶劣环境的监测设备、仪器，确保采集系统的可靠性、稳定性尤为重要。

c.数据采集方式多样，从经济、实用出发，数据采集方式采用了人工采集、运行期全自动采集、人工辅助测量等。

3 工程安全监测情况简述

北疆供水工程非常重视工程的现代化建设和科学化管理，运行十几年来已建成了一套适应工程特点的信息管理系统。该系统建立了计算机网络、数据中心，实现了办公自动化、工程安全监测，水情、雨情、水质、闸门远程控制，图像远程监控等自动化监测功能。本文主要介绍北疆供水工程对总干渠、隧洞、渡槽的外部变形等监测情况。

3.1 总干渠监测

3.1.1 冻胀观测

为了解渠道防渗工程防治冻胀措施的性能，监测工程安全，总干渠在1998～2003年期间先后选取6个观测断面进行了冻胀观测:24+170断面(1998年11月21日～2001年3月29日三个冬季);19+900、19+950两断面(2002年12月1日～2003年3月31日一个冬季);93+850、94+050、94+950三个断面(1999年12月7日～2003年3月31日四个冬季)。

a.观测内容及方法。ⓐ冻胀位移量，用游标卡尺(精度0.02mm)直接量测衬砌板面上各测点至固定钢梁底面的距离，每次读数与初始读数之差，即为相应的累积冻胀位移量;ⓑ冻融深度，将冻土器的内管从外管中竖向取出，用手捏摸胶管内形成冰柱部分的下限，并根据内管上的刻度线进行读数，记为冻深。然后，再把内管小心竖直插入外管中。当土解冻时，要同时测定内管中冰柱的下限和上限的位置，并分别记为冻深和融深;ⓒ地表层温度，每次观测前，将曲管地温计插入测点预留孔中，周围缝隙用棉花塞实，待其他测定项目观测完毕，再观测地温及气温数值，然后收回地温计、气温计，备用。

b.数据分析及成果。通过数据分析，几个断面变形变化量较大时段在1、2两个月，受气温变化影响较大，变化量较大的部位在边坡中部以下与渠底中部，边坡最大变化量+68mm，渠底最大变化量+81mm。从试验与观测成果分析看，引起渠道发生变形的，不单纯仅是因泥岩的冻胀或泥岩的膨胀，应是两者交替或同时出现的，泥岩膨胀的表现则较为突出，这为总干渠泥岩段换填处理提供了决策依据。

3.1.2 外部变形监测

为了解总干渠变形情况，获得监测数据，分析渠道的稳定状态，为渠道安全运行提供基本数据，总干渠分别在泥岩段(25+914、27+533)、湿陷段(94+989～97+089)、深挖方段(91=505-92+800)、高填方段渡槽两端五个不同渠段，设置外部变形监测断面20个。2008年9月完成首期变形监测，以后每年按计划进行监测。

a.观测内容及方法。ⓐ竖向位移，用符合水准路线四等水准测量方法，测定各点初始高程值，每次高程值与初始高程值之差，即为相应的累积位移量;ⓑ水平位移，分横向水平位移和纵向水平位移，采用GPS定位观测。

b.数据分析及成果。竖向变形成果表明:湿陷段两侧渠顶部分测点与外围原地面部分测点位移量较大;渡槽累计沉降量最大点为渡槽上游侧测点Z506，沉降量为27.47mm，其他测点累计沉降量均在12.53～19.39mm之间，说明此部位的位移量比较大，应引起注意，加强这些部位的巡视检查;深挖方段测点沉降很小，泥岩段测点稳定;水平向变形成果表明，各断面大部分测点变形都不大，或已稳定，目前不会对渠道产生不利影响。

3.1.3 渗流观测

为了解渠道渗流情况，停水期及时排出渠堤内的水，预防渠道衬砌结构在扬压力的作用下发生水胀破坏，总干渠在20～40km段和92km段泥岩换填处理中增设了纵横排水体，其中20～40km段设17个集水井抽排，92km段设两个自流排水。

a.观测内容及方法。集水井抽排主要采用电泵自动抽排方式，根据出水量、出水时间计算渗流量。自流排水是人工用容器直接量测渗流量。

b.数据分析及成果。渗流数据显示渠道渗流量随渠道流量水位的变化而变化，总干渠水位增大时，渗流量相应地增加;总干渠水位减小时，渗流量相应地减小，最大渗流量为5.279L/s，渠道停水后检查未发生水胀破坏现象。

3.2 隧洞监测

3.2.1 位移观测

总干渠有三条输水隧洞，由于三条隧洞均位于软岩地区，运行通水期间安全稳定问题非常重要，因此，分别于2004年和2005年，在3条隧洞混凝土衬砌上安装位移标点，并进行初始值观测。其中白山嘴隧洞安装5个底板位移标点，2个顶拱位移标点;博塔玛依隧洞安装6个底板位移标点，3个顶拱位移标点;顶山隧洞安装40个底板位移标点，7个顶拱位移标点，7个收敛监测断面。每年按计划进行观测，监测隧洞位移相对初始值变化情况，分析隧洞通水运行期间安全稳定情况。

a.监测内容及方法。位移标点观测用瑞士WILD NA2型精密水准仪进行观测，水准测量等级为二级水准。每年通水前后各观测1～2次。往返较差(闭合差):δ为往返较差(mm)，L为附合(闭合)水准路线长度(km)。

b.数据分析及成果。检测结果表明，三条隧洞位移变化量和变化速率均在规定范围内，目前底板、顶拱变形基本稳定。

3.2.2 变形监测

顶山隧洞在建设期提前埋设了永久式自动化检测仪器，为运行后自动化安全监测奠定了基础。运行期的观测仪器分为两类，一类为围岩与一次支护中的仪器，包括多点位移计、单点位移计、双点位移计、格栅拱架钢筋计和锚杆应力计，共54支;第二类为混凝土衬砌内部的观测仪器，包括无应力计、钢筋计和应变计，共5个观测断面144支仪器。

a.监测内容及方法。建立在自动化信息系统平台上的顶山隧洞自动化监测仪器可以实现全天候在线实时监测。每日采集8:00、20:00两个时段数据，对各测点采集的数值做变化分析，评价隧洞运行期间安全稳定情况。

b.数据分析及成果。通水期间监测资料表明，监测仪器变化规律正常，受内水作用和温度影响，各物理量均处于缓慢变化或基本稳定过程，隧洞运行状态总体是正常的，隧洞处于安全稳定状态。

4 结语

北疆供水工程是我国已建成的最长的大型调水工程，承担着向北疆工农业较发达地区及城市供水的艰巨任务，工程在政治、经济及社会等方面具有重大意义，因此工程的安全运行就显得尤为重要。工程管理单位在工程的安全监测方面做了大量工作，引入了很多新的科学技术，建成了集人工采集、运行期全自动远程采集、人工辅助测量等为一体的信息管理系统，为工程的安全运行和专家决策提供了可靠的数据支持，同时也积累了大量的宝贵经验，可为国内同类工程运行管理工作提供借鉴。

周小兵，张立德，达楞塔.长距离大型调水工程运行管理实践［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.