淺談航電樞紐運(yùn)行工況下高水頭船閘原型監(jiān)測(cè)

歐千1. 張向東2.1.江蘇科興項(xiàng)目管理有限公司; 2.杭州市港航管理局

淺談航電樞紐運(yùn)行工況下高水頭船閘原型監(jiān)測(cè)

歐千1. 張向東2.1.江蘇科興項(xiàng)目管理有限公司; 2.杭州市港航管理局

利用自動(dòng)化系統(tǒng)和各種測(cè)試手段之間相互分析驗(yàn)證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，第一時(shí)間準(zhǔn)確掌握新建船閘的真實(shí)狀況，確保施工期的安全，以此指導(dǎo)施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

高水頭船閘 原型監(jiān)測(cè) 揚(yáng)壓力 土壓力

一、船閘原型監(jiān)測(cè)內(nèi)容

某某江船閘擴(kuò)建改造工程新建Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)船閘一座，船閘兼顧1000噸級(jí)船舶的過(guò)閘要求，船閘有效尺度為300m×23m×4.5m（閘室長(zhǎng)×寬×門(mén)檻水深），水頭差20.2m，船閘總長(zhǎng)364m；船閘建設(shè)在航電樞紐-某某某水電站位于浙江某某江上，控制流域面積31300平方公里，多年平均流量1000秒立米，設(shè)計(jì)洪水流量23100秒立米，總庫(kù)容8.74億立米，設(shè)計(jì)灌溉面積6萬(wàn)畝。裝機(jī)容量29.72萬(wàn)千瓦。原有船閘加固改造；船閘下游引航道整治，壩下唐家洲左側(cè)河道切灘疏浚及行洪渠道開(kāi)挖，船閘配套及附屬工程，建設(shè)上游錨泊服務(wù)區(qū)及遠(yuǎn)方調(diào)度站、助航安全保障設(shè)施及其他配套設(shè)施等。安全監(jiān)測(cè)中的變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容涉及水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、錨桿應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、土壓力、水壓力、裂縫、內(nèi)部變形（測(cè)斜）、內(nèi)部變形（多點(diǎn)變位）、滲流監(jiān)測(cè)等。

位移監(jiān)測(cè)采用全自動(dòng)全站儀極坐標(biāo)法和視準(zhǔn)線法，沉降觀測(cè)使用水準(zhǔn)測(cè)量法 ，深層位移采用測(cè)斜儀，通過(guò)測(cè)量測(cè)斜儀軸線與鉛垂線之間夾角變化量，可以測(cè)出不同深度土體的水平位移，監(jiān)測(cè)土、巖石和建筑物的側(cè)向位移，測(cè)量深度可達(dá)百米，且能連續(xù)測(cè)出鉆孔不同深度的相對(duì)位移的大小和方向。揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)采用用于土木基底揚(yáng)壓力觀測(cè)的滲壓計(jì)，推薦采用原裝振弦式傳感器，應(yīng)具有高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，適于長(zhǎng)期觀測(cè)。不銹鋼結(jié)構(gòu)體，防水性能好，堅(jiān)固耐用。能兼測(cè)測(cè)點(diǎn)的溫度。沖擊水壓保護(hù)。墻后土壓力監(jiān)測(cè)采用土壓力計(jì)，當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)土應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，土壓力計(jì)感應(yīng)板同步感受應(yīng)力的變化，感應(yīng)板將會(huì)產(chǎn)生變形，變形傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)物的壓應(yīng)力值。同時(shí)可同步測(cè)出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。混凝土裂縫觀測(cè)應(yīng)對(duì)裂縫分布、位置、長(zhǎng)度、寬度、深度及是否形成貫穿裂縫進(jìn)行觀測(cè)，可在裂縫兩側(cè)的混凝土表面各埋設(shè)一個(gè)金屬標(biāo)點(diǎn)，裂縫寬度采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，裂縫深度采用超聲波法觀測(cè)。每條裂縫的測(cè)試區(qū)不宜少于 3 個(gè)，每個(gè)測(cè)試區(qū)內(nèi)裂縫寬度觀測(cè)點(diǎn)不宜少于 4個(gè)。 沉降縫觀測(cè)主要觀測(cè)沉降縫的寬度、豎向錯(cuò)位變化。對(duì)沉降縫觀側(cè)時(shí)，應(yīng)同時(shí)觀測(cè)混凝土溫度、氣溫和水溫及上、下游和閘室水位。對(duì)地下水位的監(jiān)測(cè)，采用鋼尺水位計(jì)量測(cè)。鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用應(yīng)力計(jì)，通過(guò)電焊的方式將應(yīng)力計(jì)焊接在鋼筋（錨桿）上，焊接強(qiáng)度不低于鋼筋（錨桿）強(qiáng)度。本工程使用的鋼筋（錨桿）計(jì)為振弦式，其原理是：利用應(yīng)力計(jì)受力后產(chǎn)生的變形，內(nèi)部電阻片產(chǎn)生變形，從而測(cè)出應(yīng)變值，得出鋼筋（錨桿）所受作用力的大小。根據(jù)采用的儀器，量測(cè)精度要求為 0.1MPa

二、數(shù)據(jù)處理與分析

原型觀測(cè)主要監(jiān)測(cè)在特殊環(huán)境下，傳感器在受外部環(huán)境的影響下在短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)的顯著反應(yīng)。我們對(duì)在特殊外部環(huán)境情況下監(jiān)測(cè)得到的變動(dòng)數(shù)值進(jìn)行分析，從而確定結(jié)構(gòu)體在當(dāng)前環(huán)境下的受力狀況。因此，對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析不針對(duì)長(zhǎng)期條件下的累計(jì)變化。原型觀測(cè)傳感器在獲取測(cè)值的情況下，需要經(jīng)過(guò)公式計(jì)算，才能得出相關(guān)的力學(xué)值并進(jìn)行分析。因所涉及的數(shù)據(jù)量較大，論文中數(shù)據(jù)僅羅列傳感器的部分相關(guān)參數(shù)。通過(guò)受力曲線圖的變化來(lái)判斷在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)變化，分析相關(guān)結(jié)構(gòu)部位的受力狀況。在項(xiàng)目整體完成情況下，我方實(shí)現(xiàn)了對(duì)原型觀測(cè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，將所有原型觀測(cè)感應(yīng)計(jì)納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。滲流（揚(yáng)壓力）監(jiān)測(cè)埋設(shè)滲壓計(jì)主要針對(duì)老船閘的基底滲流監(jiān)測(cè)和新船閘地基揚(yáng)壓力。滲壓計(jì)計(jì)算公式為：

P = AR12+BR1+C+K(T1?T0)? （S1 ? S0）

通過(guò)監(jiān)測(cè)研究回填土在不同標(biāo)高下的受力狀態(tài)，從而分析回填土在穩(wěn)定后的力學(xué)穩(wěn)定性。土壓力計(jì)的布設(shè)及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土壓力計(jì)位置及系數(shù)

土壓力計(jì)算公式：P = K（f12 ?f02）通過(guò)監(jiān)測(cè)，我方繪制了土壓力變化曲線。

通過(guò)監(jiān)測(cè)曲線分析，土壓力在布設(shè)完成后監(jiān)測(cè)初期數(shù)據(jù)變化大，側(cè)向壓力在填方過(guò)程中逐漸增大，到填方完成后側(cè)向壓力達(dá)到最大值。隨著荷載力趨于穩(wěn)定。

利用鋼筋應(yīng)力計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)，分別分析監(jiān)測(cè)上下閘首的鋼筋在外部水流、上部施工等外部環(huán)境影響下的受力狀況和錨桿在外部水位變化等其他環(huán)境影響下的所受縱向拉應(yīng)力情況。

通過(guò)原型觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，在特殊環(huán)境下，老閘滲流，新閘揚(yáng)壓力，鋼筋應(yīng)力和錨桿拉應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)數(shù)值變動(dòng)。變化趨勢(shì)與環(huán)境變化（主要是水位變化）呈現(xiàn)相關(guān)性。因此在監(jiān)測(cè)過(guò)程中需要考慮下游水位變化。

三、結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)測(cè)的實(shí)施和大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，總結(jié)出船閘施工時(shí)，新船閘主體結(jié)構(gòu)與圍堰、老船閘與周邊建（構(gòu)）筑物的變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，可以實(shí)時(shí)、有效、有針對(duì)性地對(duì)薄弱位置進(jìn)行加固加強(qiáng)措施，能夠有效地控制船閘的變形量，確保施工的安全和高效。

[1]黃建九，劉建軍.葛洲壩船閘原型觀測(cè)成果分析[J].中國(guó)三峽.1997(5) :32-34