渠道邊坡施工期安全監測實例分析

林　云，常　青，李春艷

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250014；2.山東大禹工程建設有限公司，山東 濟南 250014）

渠道邊坡施工期安全監測實例分析

林云1，常青1，李春艷2

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250014；2.山東大禹工程建設有限公司，山東 濟南 250014）

通過對渠道邊坡工程的現場調研，根據邊坡監測原則，確定了現場監測的項目，包括深層水平位移、渠頂的豎向變形、分層回彈以及地下水水位變化。經過現場安全監測，總結和分析了各種監測數據成果，渠道邊坡的開挖對邊坡的表部和深部位移都有一定的影響，但渠道邊坡的穩定性良好，為工程建設提供可靠的科學依據，確保渠道邊坡施工順利進展。

渠道邊坡；施工期；安全監測；水位變化

穿黃河工程南干渠是南水北調東線一期工程，位于山東省東平縣斑鳩店鎮，它上接穿黃河工程東平湖出湖閘，下連穿黃河工程埋管進口檢修閘，全長2 404.5 m。南干渠地處黃泛沖積平原地帶，場區地形平坦開闊，地面高程40~41 m，勘探深度內地層主要為第四系松散堆積層，按成因類型可分為沖積層（Q4a l）、沖積湖積層（Q4f l）和沖積洪積層（Q4al+pl）。土壤類別主要有：裂隙黏土、砂壤土、壤土、黏土、砂質壤土等。渠段地下水主要為第四系孔隙潛水，賦存于砂壤土和裂隙黏土層中，補給來源為東平湖和大氣降水。

1　監測內容

選取穿黃河工程南干渠工程樁號為0+420 （2+300）典型斷面進行監測，監測項目為邊坡深層水平位移、坡頂豎向變形、地下水水位變化監測以及開挖卸荷而造成的分層回彈變形監測。其中深層水平位移監測，進行了垂直渠道方向和平行渠道方向觀測。0+420斷面的埋設布置及各點編號如圖1和圖2所示，以0+420（2+300）斷面典型測壓管監測的深層水平位移和回彈監測數據為例進行整理分析。

首先安裝斷面的分層回彈管、分層回彈指示器、測斜管及沉降板，并進行鉆孔取芯樣描述。經過至少7 d時間的穩定，從2008年11月28日開始用測斜儀、回彈儀、水位探測儀、水準儀及溫度計分別對各監測點進行初始數據采集。經過分析認為，該斷面以11月4日測量值為初始值。為了提高觀測精度，減少人為誤差，回彈測量時每個測點每次測量都讀了3次數據，以取平均值。斷面的開挖方式都為分3層開挖。斷面0+420第一層于2008年11月8日開挖成條帶狀，直到12月12日才開挖成需要的現狀，開挖深度為1.5 m；第二次于1月6日開挖，開挖深度為1.5 m；第三次于2009年6月2日開挖，開挖深度為3.1 m，并于8月3日開始降水，且水位變化很大。

圖1　斷面0+420安裝布置圖

圖2　斷面0+420磁環安裝布置圖

2　監測數據整理分析

2.1深層水平位移數據整理分析

0+420斷面測點不同方向水平位移沿深度方向關系曲線，如圖3所示。

圖3　0+420斷面IN1深層水平位移變化曲線圖

在測量過程中，由于離開挖面1.0 m深度范圍內容易受到人為干擾比較大。在進行變形分析時，從開挖面下1.0 m深度開始評價。由圖3可知，垂直渠道方向最大水平位移為離天然地面1.5 m深度處的3.56 mm，且在開挖過程中最大變形速率為0.91 mm/d；平行渠道順水流方向除去轉折點深度處的最大水平位移為2.2 mm，且在開挖過程中最大變形速率為0.40 mm/d。

0+420斷面不同深度處深層水平位移變化曲線，如圖4所示。

圖4　0+420斷面IN1不同深度處深層水平位移變化曲線

由圖4可知，從各斷面監測變形數據來看，垂直渠道方向的水平位移變形最大值為3.53 mm，平行渠道方向的水平位移變化最大值為2.59 mm。根據有關規范要求，邊坡水平位移最大限制為10mm，預警值一般為最大限制的60%。故從深層水平位移來判斷邊坡是穩定的。

2.2分層回彈數據整理分析

假設埋設在地面下最深處的磁環相對地層來講是不發生位移的，即該磁環是固定不動的，則此磁環與其上部他磁環間的距離變化Δs是以經過一定時間t天變形后的距離值St減去初始距離S0。如果差值Δs大于零，則說明上部磁環發生回彈，否則為沉降。

以2+300斷面為例，現場排水井布置在渠道右岸，回彈布置在渠道左側，從回彈管埋設布置圖知道，回彈管ES2-1、ES2-2布置在渠道底部，在2008年12月8日開始井點降水，形成漏斗狀降水斷面，此時水位變化最大在55 cm左右，即由水位變化而引起的沉降變形很小。由水位變化引起的回彈管回彈變形受到的影響也不是太大，觀測回彈值均小于20 mm。回彈管ES2-3、ES2-4位于渠坡上，在2008年12月8日開始井點降水，到12月22日以后水位就比較穩定了，形成漏斗狀降水斷面，此時水位變化最大在210 cm左右，即由水位變化而引起的沉降變形較大，故由水位變化引起的回彈管回彈變形受到的影響也比較大，觀測回彈值均小于8.0 mm。

2.3地下水水位變化整理分析

假設正值表示水位上升，負值表示水位下降。以斷面2+300為例，對地下水水位變化數據結果進行了整理分析，施工期間，2+300斷面從2008年12月8日開始用直徑50 cm、間距25 m的無砂混凝土管降排水，形成漏斗狀降水斷面，此時位于渠道中心的水位變化最大在105 cm左右。從變化幅度來講，水位變化在2.5 m以下，由于施工期的需要，在渠道開挖時需要降低地下水，即進行排水，2+300斷面從2008年12月28日后開始降水的速率是基本穩定的。降水期間雨水補給也相對較少。故降水后地下水水位是基本恒定的。

2.4渠頂表層地面沉降數據整理分析

假設正值表示地面回彈，負值表示地面沉降。以斷面2+300為例，對渠頂表層地面沉降數據結果進行整理分析，離渠頂距離越遠地表沉降變形越小，且隨著時間推移，沉降變形也漸漸穩定。

2.5回彈管管口沉降變形整理分析

假設正值表示分層回彈管管口回彈，負值表示分層回彈管管口沉降。以斷面2+300為例，回彈管管口沉降變形進行了整理分析，ES2管口豎向變形變化較大，約在4.5～5.1 cm之間，從平面布置圖知道，ES2-1、ES2-2、ES2-3三只回彈管布置在渠道底部，此處卸荷壓力比較大，故存在較大的回彈變形。

3　結語

1）從深層水平位移變形監測數據來看，兩個斷面垂直渠道方向的深層水平位移最大變形為3.56 mm，而平行渠道方向的深層水平位移最大變形為2.2 mm。故從垂直渠道方向的深層水平位移最大值來判斷，邊坡最大水平位移不大，邊坡還是比較穩定的。

2）從回彈變形監測數據知道，在最大挖深6 m左右的情況下，最大回彈量不到20 mm。應當說明，開挖后的分層回彈變形量受地下水水位變化影響較大，實測的回彈變形，不僅包含土體開挖卸荷引起的回彈量，還包括由于地下水位下降導致土體有效應力增加而引起沉降變形。

3）從回彈管口高程變化分析，渠底回彈變形較渠坡大，說明渠底卸荷壓力相對較大。

（責任編輯 崔春梅）

TV698

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1009-6159（2016）-04-0021-02

2015-09-23

林云（1983—），女，統計師

“十一五”國家科技支撐計劃課題“大型渠道設計與施工新技術研究”（2006BAB04A02）。