水利類船閘工程觀測管理實踐

許晨楊，郭 丹,朱增偉

(江蘇省泰州引江河管理處,江蘇 泰州 225321)

水利工程的觀測工作是及時掌握工程實際狀態和當前運行情況，及時發現工程隱患，充分有效發揮工程效益的基礎性工作[1]。水利類船閘與常規水工建筑物不同，由于船閘全天24小時運行，船舶過閘引起的水流對地基基礎與航道的沖刷，會導致水工建筑物基礎部分因河道沖刷，產生不均勻沉降、揚壓力異常，甚至影響工程正常運行等情況。觀測工作的目的就是及時發現并掌握變形規律，采取預防和改善措施，避免造成工程事故。近年來，按照《江蘇省水利工程管理規程》、《江蘇省水利工程精細化指導意見》的要求，江蘇省泰州引江河管理處根據高港船閘其水利船閘的特殊性，深入鉆研水利工程精細化管理，收到了良好的效果。本文重點介紹高港船閘工程觀測工作的精細化管理，以期對水利類船閘技術管理工作有所幫助。

1 工程概況

泰州引江河是國家南水北調東線的水源工程之一，位于高港至泰州一線西側約3 km處，南起長江，北接新通揚運河，全長24 km，是一項以引水為主，兼顧灌溉、排澇、航運、生態、旅游等綜合利用，支撐蘇北地區發展和實施沿海開發戰略的基礎設施工程[2]。高港船閘包括高港一線、二線船閘，均由江蘇省泰州引江河管理處高港水閘管理所負責管理和使用，被稱為“黃金水道”“水上高速”。

高港一線船閘工程于1999年投入運行，于2016年11月—2018年11月實施高港一線船閘加固工程，閘室長196 m，凈寬16 m，檻上水深3.5 m，為雙向水頭的通航建筑物，上下閘首均為整體平底板塢式結構，采用短廊道輸水對沖消能方式，引航道為對稱布置，閘室為半重力式透水底板。主閘門為平面橫拉閘門，船閘等級為Ⅳ級船閘。船閘工程設計按地震基本烈度7度設防[3]。

高港二線船閘工程于2012年12月18日開工建設；2014年6月10日通過水下階段驗收；2015年7月2日試通航，閘室長230 m，閘室凈寬23 m，檻上水深4.0 m，為雙向水頭的通航建筑物，上下閘首均為整體塢式結構，主閘門為雙扇對開三角門，采用液壓直推式啟閉機啟閉。輸水系統采用短廊道集中輸水，對沖消能方式，閘室底板為素混凝土透水底板。上下游導航墻有效長度均為70 m，上游導航墻對稱布置，采用直線段與圓弧段結合的喇叭口布置形式。二線船閘位于一線船閘西側，其順水流向中心線距一線船閘70 m，上閘首邊緣與一線船閘閘首的上游邊緣齊平。船閘等級為Ⅲ級船閘[4]。

2 觀測方法及頻次

2.1 工作基點的考證

高港船閘工作基點埋設均超過5 a，因此工作基點考證每5年1次，每當遇地震、地面升降或受重車碾壓等可能使觀測設施產生位移時，需對其進行考證。高港船閘工作基點考證觀測線路從國家二等水準點“江靖12-M”經泰州市高港樞紐的三個水準工作基點后再閉合至江都區大橋鎮太字村“江靖12-M”形成閉合環進行環形路線觀測，路線按一等閉合水準方法施測。施測前對儀器進行i角檢驗且小于一等水準測量i角≤15″，觀測線路總長約為16.32 km。

2.2 垂直位移觀測

根據《水利工程觀測規程》、《高港船閘觀測任務書》的要求，高港一線、二線船閘每季度進行一次三等水準觀測。考慮高港二線船閘觀測線路長，地形復雜，測站較多的情況，為保證觀測精度，將高港二線船閘的垂直位移觀測分為二線上游、二線閘室、二線下游共三個部分。采用光學測微法單路線往返觀測，高港一線船閘設有觀測標點94個(見圖1)，線路約長3 km；高港二線船閘上游設有垂直位移觀測標點21個(見圖2)，線路約長2.0 km，高港二線船閘閘室設有垂直位移測標點48個，線路約長2.0 km，高港二線船閘下游設有垂直位移觀測標點21個，線路約長2.5 km，觀測值下降為正，上升為負。

2.3 河床斷面觀測

高港一線船閘與二線船閘共用上下游引航道，下游右岸為直立擋墻。引航道上游為內河側，下游為長江側。船閘工程設有30個斷面，其中上游11個，下游19個，共60根斷面樁，斷面樁樁頂高程考證分左右岸進行，觀測線路均從工作基點BM2到BM2，采用四等閉合水準測量。由于下游河床受長江影響明顯，于汛前汛后各觀測1次，上游河床只在汛前觀測1次。汛前和汛后觀測均采用中海達V90 GNSS RTK GPS系統協同中海達HD-370全數字變頻測深儀對河道斷面進行測量，測量同時記錄風向、風力、觀測時間，起點距精確至0.1 m，水深精確至0.01 m。

2.4 伸縮縫觀測

根據《水利工程觀測規程》的要求，高港一線船閘伸縮縫每季度觀測1次，高港二線船閘伸縮縫每月觀測1次。標點為三點式不銹鋼金屬標點，采用游標卡尺測量三向尺寸，精確至0.1 mm，同時記錄上下游水位及氣溫。觀測時船閘正常通航。上下游水位根據觀測時間從高港泵站自動化監控系統上摘錄。氣溫由溫度計測得。建筑物溫度由紅外測溫儀測得。伸縮縫觀測值以張開為正、閉合為負。

圖1 高港一線船閘垂直位移觀測路線

圖2 高港二線船閘垂直位移觀測路線

2.5 測壓管水位觀測

高港船閘測壓管管口高程每年校測1次，因僅埋設下游引航道西側，故僅需從工作基點BM2到BM2，采用光學測微法單路線往返觀測，按四等水準測量，觀測數據與上年相差1 cm以內可不作修正。

高港船閘測壓管靈敏度試驗每5年進行1次，選擇水位穩定期進行，采用注水法。即試驗前用電測水位計測量管中水位，然后向管中注入清水，注水量約測壓管容積5倍左右，即約30 L水。注入后不斷觀測水位，直至恢復到或接近注水前水位。對于黏壤土，注入水位在120 h內降至原水位則靈敏度合格；對于砂壤土，注入水位在24 h內降至原水位靈敏度合格；對于砂粒土，1～2 h 降至原水位或注水后水位升高不到3～5 m為合格。

測壓管于每月農歷初三、十八長江高潮位時進行觀測，連續獨立觀測管中水位兩次，采用電測水位計法，讀取測壓管管口高程減管口至管中水面間的距離，最小讀數至0.01 m，兩次讀數差小于0.02 m，取其平均值，成果取至0.01 m。電測水位計的測繩長度標記，應每隔3個月用鋼尺校正1次。

3 工程觀測的精細化管理

3.1 制度規范

根據《江蘇省水利工程精細化管理指導意見》，進一步深化水利工程規范化管理，加快構建更加科學高效的工程管理體系，高港船閘一方面結合本單位、本工程實際情況，率先對高港船閘工程管理實施細則進行了修訂，為工程觀測工作提供了重要依據。使得觀測工作內容更完整、管理目標更清晰、管理任務更明確、管理要求更具體。后組織編制工程觀測作業指導書、高港船閘精細化指導手冊、高港船閘精細化導圖等各類管理資料，明確工作內容、標準要求、方法步驟、工作流程、注意事項、資料格式等，用于指導觀測工作從開始到結束的全流程管理，對工作行為和過程控制相對固化，避免因管理人員業務能力、責任意識等方面的差異對工作結果的影響，更好地指導和規范專項工作的有效開展。另一方面，高港船閘加快工程觀測精細化、信息化建設，通過江蘇省泰州引江河管理處對接省河道局組織河海大學開發的工程觀測信息平臺，將工程觀測各項數據內容與信息化管理系統深度融合，通過信息技術強化過程控制，使觀測數據更準確，數據內容更直觀，觀測方法更科學，確保工程觀測精細化管理工作扎實有序推進。

3.2 創新實踐

高港船閘在做好工程觀測的同時，也積極推進觀測方面的創新實踐，已在工程觀測方面獲得一項發明專利，兩項實用新型專利，從技術創新方面推進精細化成果。

一種壩體伸縮縫用觀測標點(專利號:2018211765710，見圖3)的創新解決了原先觀測標點布設縫寬與兩側建筑物的相對位移量精度不高的不足，本實用新型采用壩體伸縮縫用觀測標點，壩體地基上設置有伸縮縫和三個用于埋設金屬標點的測點孔，其中的兩個測點孔設置于伸縮縫一側，且兩個測點孔之間的連線與伸縮縫平行，另一個測點孔設置于伸縮縫另一側，金屬標點埋設于測點孔內，從而使三個金屬標點構成三點式金屬標點。新標點有如下優點：(1)在金屬標點本體上端設置有保護罩，可以較好地保護金屬標點本體。(2)保護罩內側腔槽內設有與外螺紋相適配的內螺紋，與保護罩呈旋轉分離式連接，安裝更加方便。(3)金屬標點本體外側壁上設有至少一個環形凹槽填充有植筋膠，使得金屬標點埋設更加穩固。(4)保護罩頂端開設有用于將保護罩啟開的凹槽，便于啟開保護罩。(5)保護罩頂端表面涂覆有熒光層，夜間或昏暗環境下需要進行伸縮縫觀測時，可以輕易地找到伸縮縫觀測標點。

圖3 一種壩體伸縮縫用觀測標點

一種壩體伸縮縫金屬標點用安裝輔助工具(專利號:2018211765725)，安裝輔助工具見圖4。本實用新型采用壩體伸縮縫金屬標點用安裝輔助工具，結構設計合理，用于安裝金屬標點，簡單方便，提高測量精度。

圖4 一種壩體伸縮縫金屬標點用安裝輔助工具

4 工程觀測的實際運用

4.1 垂直位移觀測資料的分析與評估

2019年度，高港船閘對高港一線、二線船閘分別進行了四次三等水準觀測。采用LEICA LS10電子水準儀配銦鋼尺觀測，觀測前對儀器i角進行檢驗，四次i角校驗不大于15″，符合精度要求。各測站視線長度、前后視距差及視線高度均符合規定。2019年最大(小)間隔位移量與最大(小)累計位移量見表1～表2。

表1 2019年一線船閘特征位移量與部位編號

表2 2019年二線船閘特征位移量與部位編號

由表1、表2可見：(1)與去年相比，一線、二線四個季度各標點沉降均勻。各季度各標點間隔位移量均未超過5 mm，建筑物各部位垂直位移無明顯異常。(2)累計位移量超過150 mm的標點有8個。(3)2000年后的沉降量與其它點基本相同。(4)建筑物各部位垂直位移無明顯異常。

2020年度，入汛以來工程持續高水位運行，防汛壓力加大，按照工程安全設計要求，水位高于4.8 m將暫停通航，遇強降雨等惡劣天氣，建議加大測次，實時監控工程狀況。

4.2 河道斷面觀測資料的分析與評估

2019年4月2日對高港船閘上下游河道斷面進行了觀測，10月19日對下游河道斷面進行了觀測，上游共11個斷面,下游共19個斷面。

汛前上游河道呈沖刷態勢(長度為800 m)，沖刷深度在111～253 cm之間，最大沖刷深度253 cm出現在C.S.11上,最小沖刷深度111 cm出現在C.S.9上，總累計沖刷土方量為39 900 m3。汛前下游河道總體呈沖刷態勢(長度為1140 m)，沖刷深度在27～271 cm之間，最大沖刷深度271 cm出現在C.S.16下,最小沖刷深度27 cm出現在C.S.2下,總累計沖刷土方量為88 610 m3。汛后下游河道總體呈沖刷態勢，沖刷深度在22～271 cm 之間，最大沖刷深度271 cm出現在C.S.16下,最小沖刷深度22 cm出現在C.S.1下,總累計沖刷土方量為92 530 m3。

因高港船閘全年通航，根據河道斷面觀測情況，監控上下游航道兩側存在淤積情況，為避免過閘船舶擱淺，保障船舶通航安全，高港船閘協調江蘇省水科院為船閘上下游航道進行超聲波掃床觀測，具體確定清淤區域。高港船閘已于2020年5—6月份組織開展上下游河道清淤工程，上下游共清淤4萬余m3，項目金額44萬余元。

4.3 伸縮縫觀測資料的分析與評估

2019年度，高港一線船閘伸縮縫每季度用游標卡尺觀測一次，高港二線船閘伸縮縫每月用游標卡尺觀測一次，單位精確至0.1 mm。各觀測標點在溫度變化明顯時的變形基本符合氣溫變化規律，各測點無異常。

2018年度對高港一線船閘伸縮縫觀測期間發現上左翼1、上左翼2，兩處標點的變化量較大，上左翼1、上左翼2表現為后傾。高港船閘邀請省工程勘測研究院專家來現場實地查看問題標點伸縮縫情況，并作溝通交流，確定原因系一線船閘的工程設施、電氣設備進行加固改造施工期間通航沖刷導致。省水利設計院公司專家結合實際情況與業主要求，確定對2個伸縮縫問題標點灌注聚氨酯并進行混凝土高壓旋噴，并對周圍6個臨近伸縮縫標點進行混凝土高壓旋噴。

5 結 語

工程觀測工作細致而繁重，但卻是一項最能直觀反映工程實際狀況的工作。水利類船閘不同于廣泛的水利閘站，要因地制宜、聯系實際，緊抓工程管理精細化的要求，根據所管工程的特點，及時通過觀測數據對船閘工程安全分析和評估，通過檢測數據分析船閘工程的現狀，評估當前工程狀態及發展趨勢，提出維護意見。制定工程觀測精細化作業指導書，明確觀測要求，克服觀測人員流動，觀測天氣惡劣，觀測時間長等困難，對觀測工作的頻次、方法、精度堅決落實完成，保證觀測工作的連續性，穩定性，科學性，為工程控制運用提供有力數據資料保障。