寒區渠道襯砌監測技術應用研究

張曉波

（北京中水萬源科技公司，北京 100070）

寒區渠道襯砌監測技術應用研究

張曉波

（北京中水萬源科技公司，北京 100070）

為削減渠道襯砌下的土體由于凍融引起的凍脹破壞問題，需要研究土體凍脹過程中溫度場、凍脹量、應力場的變化過程及數值分布，這就需要一套系統完善的監測技術，對渠道下土體的凍脹過程與結構內力進行定量分析，為寒冷地區渠道提供安全有效的襯砌結構。

渠道襯砌；凍脹破壞；監測系統；傳感器；數據采集；遠程傳輸；設計實例

0 前 言

渠系建筑物的凍脹破壞問題一直普遍存在于寒冷地區的季節凍土區內，渠道基土由于含水量較大，在凍脹過程中，水分源源不斷的遷移、聚集，是造成破壞的主要原因，凍害造成的渠道襯砌表面剝蝕、整體滑塌，是對工程資源的極大浪費，因此，鋪設適合寒區應用的，結構合理，使用壽命較長的襯砌結構形式是渠道工程中需要考慮的首要問題［1］。

選擇合理的襯砌結構形式就需要對現有的渠道襯砌進行長期觀測與數值分析，發現凍脹破壞的發展與分布規律，研究各要素之間的聯系與影響。才能從根本上選擇合理的襯砌結構形式，來有效地預防和減緩寒冷地區渠道工程的凍脹破壞問題。

因此渠系工程亟需一套完整有效的監測技術應用于野外及現場的試驗工程中，才能廣泛深入的進行土體的凍脹量、凍脹力、凍脹機理與防凍措施的研究。

1 監測系統

1.1 測量傳感器

1）溫度場：溫度場的觀測選擇 PT100鉑電阻型溫度傳感器，其高低溫性能穩定，便于攜帶與數據采集。溫度傳感器見圖1。

2）凍脹量：凍脹量的觀測選擇位移計來完成，有時在現場監測斷面較大，地形復雜的情況下，可選擇全站儀來完成渠道襯砌表面的沉降變化。位移傳感器見圖2。

圖 1 溫度傳感器

圖2 位移傳感器

3）孔隙水壓力：滲壓計監測渠道土體的孔隙水壓力。

1.2 數據采集與處理系統

數據采集與處理系統采用智能型可編程數據采集儀。數據采集儀示意圖見圖3。

圖3 數據采集儀

1.3 遠程傳輸系統

支持根據域名和IP地址訪問中心多種工作模式選擇，支持串口軟件升級和遠程維護，使用方便、靈活。

2 現場監測設計實例

2.1 工程地質概況

文章選取位于黑龍江省北部引嫩干渠上的一段典型試驗斷面進行現場監測。工程區位于松嫩低平原東北部，地形北高南低，東高西低，南北向地形比降約1／5 000，東西向地面比降約1／3 000，地面高程為130～180 m，平均高出嫩江河床 3～6 m，地勢低平，呈微波狀或緩傾斜狀起伏，地表水系不發育，沼澤濕地及湖泡分布其間。地質構造較復雜。

2.2 觀測內容

觀測內容包括：溫度觀測、變形觀測和地下水位觀測。在觀測斷面上埋設傳感器采集數據，每個觀測斷面采用的觀測形式、測點布置均相同，便于對比與分析。

2.3 溫度觀測方案

斷面溫度傳感器布置見圖5所示。圖5中A和 A’點為堤肩，B和 B’點為2／3坡高，C和 C’點為1／2坡高，D和 D’點為 1／3坡高，E和 E’點為固腳底中點。溫度傳感器埋置深度為 0cm（即位于防護結構底 面）、5 cm、20 cm、40 cm、80 cm、120 cm、160 cm、200 cm、250 cm。

圖5 監測斷面溫度傳感器布置圖

2.4 變形觀測方案

在監測斷面設置 6個觀測點，觀測點的位置如圖6所示，圖中 A和 A’點為堤肩，B和 B’點為4／5坡高，C和 C’點為3／5坡高，D和 D’點為2／5坡高，E和 E’點為1／5坡高，F和 F’點為固腳上頂面。

圖6 變形觀測點布置圖

2.5 地下水位監測

地下水位觀測采用水位觀測井方法，觀測斷面布置在渠頂。水位觀測井深約 5～10 m，口徑為110 mm。通過自動化采集系統監測、傳輸、儲存地下水位動態資料。

2.6 監測周期

監測周期根據工程需要及采集數據的特征來選定。盡量多采集經歷幾個凍融循環周期的數據，保證采集結果的完整準確性。

3 結 論

應用本套監測系統已經進行了多次凍融循環、多段試驗工程的渠道襯砌斷面的監測，對采集的數據進行分析后選擇適合不同地區、不同地質條件的襯砌結構形式對渠道起到了很好的防護作用，有效地消減了凍脹破壞與凍融循環的影響，對提高渠道工程的抗凍耐久性起到了重要作用，該套渠道工程監測技術有很好的推廣及應用價值。

［1］王德新.肖家灣隧道溶洞暗河涌水段二次襯砌監測技術［J］.鐵道標準設計，2006（06）：72-74.

App lication Research on Channel Lining M onitoring Technology in Cold Area

ZHANG Xiao-bo

（Beijing China WaterWanyuan Technology Company，Beijing 100070，China）

In order to protect the canal lining from the freezing and thawing damage problems，it is necessary to study the temperature field of frost heaving process，frost heave，change process and numerical stress distribution.This requires a set of perfect system monitoring technology to conduct quantitative analysis of frost heave process for the internal force and the structure on the channel and lower soil，so as to provide safe and effective channel lining structure in cold area.

canal lining；frost damage；monitoring system；sensor；data acquisition；remote transmission；design example

U456.3

B

1007-7596（2015）02-0029-02

2014-04-12

張曉波（1985-），男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師。