某輸水倒虹吸工程運行期穩定性監測分析

彭立威

（南水北調中線干線工程建設管理局，河南 鄭州 450018）

某輸水倒虹吸工程所在工程區上層為河床及漫灘，由第四系全新統沖積層（alQ42）組成，巖性為砂礫石。中層第四系上更新統沖積層（alQ3），alQ3 沖積層，其中上部為粉質壤土、下部砂礫石、粉土質礫厚。下層新近系地層由粘土巖、泥灰質粘土巖、砂質粘土巖、砂礫巖夾泥質粉（細）砂巖組成[1]。由于受地形影響，該倒虹吸工程運行中存在較大的安全隱患，因此，對運行期的穩定性監測及對監測數據進行準確分析成為目前保障該工程安全運行的首要工作。

1 工程概況

某輸水倒虹吸工程主要建筑物自進口至出口依次為：進口漸變段、進口檢修閘、倒虹吸管身段、出口控制閘、出口漸變段。建筑物總長356 m，其中管身段水平長200 m，進口斜段水平投影長度40.19 m，坡度1∶4.5；出口斜管段水平投影長59.81 m，坡度1∶5.5。管身為箱型涵洞，設計流量320 m3/s，加大流量380 m3/s，布置型式采用兩孔一聯。單孔尺寸為7 m×7 m。頂、底板厚1.3 m，邊壁厚1.2 m，中壁厚1 m。管身水平段每20 m 設一橫向沉降縫，斜管段每15 m 設一道橫向沉降縫。兩聯虹吸管之間用厚2 cm 聚乙烯閉孔板相隔，縫間不設止水帶。倒虹吸段管身混凝土標號均采用C30。管身下面均鋪設10 cm 的C10 素混凝土墊層和15 cm 的碎石墊層。

2 安全監測儀器布置

結合該輸水工程特點，倒虹吸進出口兩聯閘室底板基礎的進口、中部、出口各布置一支滲壓計，共12 支；進出口閘門槽處邊墩外側各安裝1 支滲壓計，共4 支；第3 和4 管節結合部、第6 管節中心和第8 和9 管節結合部設置監測斷面，每個監測斷面的虹吸管頂板和底板各布置2 支滲壓計，虹吸管左右側墻各布置1 支滲壓計，共18 支；進口漸變段中心線、左右側基礎面上布置3 支滲壓計用于地下水監測[2]。應力應變監測方面，在虹吸管段兩個監測斷面上，選擇右側1 聯涵管進行應力、應變監測。

3 監測結果及分析

3.1 滲壓監測

運行期埋設的滲壓計測值歷時曲線如圖1。監測表明，進口及出口漸變段安裝的滲壓計測值隨水位變化而變化，正常運行期間滲壓水位變化不大，進口漸變段測值變化范圍為38.05 kPa～82.49 kPa。月平均變化量在2kPa 左右，測值變化較小。出口漸變段滲壓計測值相對較小。

倒虹吸管身段位于河床部位，底板的滲壓計測值較大，充水運行期間隨地方河流水位變化而變化，其中6#、10#管節滲壓計測值較大，最大測值為153.48 kPa，測點位于6#管節涵管中心線底部，處于河床部位，與河床水位呈正相關關系。3#、13#管節測值相對較小。

綜上所述，各測值整體上變化量不大，與倒虹吸內水位變化關聯性較小[3]。整體上滲壓計測值變化符合實際情況，滲透壓測值變化穩定。

圖1 進口漸變段滲壓計壓力過程曲線

3.2 鋼筋應力監測

鋼筋應力監測結果如表1 所示。除位于6#管節側墻內的一支鋼筋計R17-04 實測拉應力較大外，其余各鋼筋計實測鋼筋應力均在-78.77 MPa～29.67 MPa 之間。其中，絕大部分鋼筋計處于受壓狀態，少數鋼筋計處于受拉狀態，最大拉應力(29.67 MPa)出現在6 管節頂板部位。結果表明除6#管節側墻內的鋼筋計外，其他各鋼筋計實測鋼筋拉應力和鋼筋壓應力數值均在合理的變化范圍內。

表1 6# 管節各鋼筋計實測受力統計

針對位于6#管節側墻內的鋼筋計R17-04，通水以來實測鋼筋應力存在向拉應力方向增大的較明顯的趨勢性變化（如圖2 所示），目前鋼筋應力為140.91 MPa，但趨勢性尚未收斂。結合6#管節埋設的其他11 支鋼筋計測值分析，其他各鋼筋計以及位于底板的2 支鋼筋計，實測鋼筋應力均不大，均表現為變幅較為穩定的周期性變化，未出現明顯的增大趨勢；但位于頂板的2 支鋼筋計，存在向拉應力方向變化的趨勢，但目前拉應力并不是很大。

綜合分析認為，此情況應為6#管節存在不均勻沉降造成管節出現扭轉現象所致。同時，考慮到該鋼筋計所在監測斷面其他鋼筋計測值基本正常，因此不排除該鋼筋計本身性能不合格導致測值不可靠的可能性。建議對該鋼筋計實測鋼筋應力的變化情況繼續給予重點關注，并繼續加強建筑物的巡視檢查，必要時對該鋼筋計的工作狀態進行檢驗測試。在檢修期，重點檢查6#管節部位混凝土是否存在裂縫。

圖2 鋼筋應力變化曲線圖

4 結論

（1）綜合各測點監測成果，進入運行期以后，倒虹吸各監測儀器監測成果與工程實際情況相符，成果準確可靠，監測儀器運行正常。絕大多數測點測值變化平穩、規律，倒虹吸工作性態基本正常，運行狀態穩定。

（2）位于6#管節的鋼筋計測值有逐漸增大趨勢。建議對該鋼筋計實測鋼筋應力的變化情況給予重點關注，并持續加強建筑物的巡視檢查，必要時對該鋼筋計的工作狀態進行檢驗測試。在檢修期，重點檢查6#管節部位混凝土是否存在裂縫。