安全監(jiān)測(cè)技術(shù)在取水首部圍堰爆破拆除中的應(yīng)用

張谷鵬

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

某重點(diǎn)輸供水工程取水首部位于遼寧省桓仁縣境內(nèi)，其施工圍堰長(zhǎng)81.7 m，堰頂高程為307.6 m，頂寬6.0 m，最大堰高31.6 m，上、下游邊坡分別為1∶1.5，1∶1.75，采用水泥漿液與膏狀漿液灌漿組合法進(jìn)行防滲。

2 安全監(jiān)測(cè)的重要性

該取水首部圍堰距離各類已建或在建建筑物（啟閉機(jī)室、壓力洞等）及其它相關(guān)機(jī)電設(shè)備較近，最近處約為10 m，一旦爆破出現(xiàn)問題將會(huì)對(duì)整個(gè)工程產(chǎn)生致命的影響。為保證建筑物的安全，消除可能的安全隱患，在爆破施工過程中須實(shí)時(shí)對(duì)取水口各類建筑物進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，確保動(dòng)水壓力、表面應(yīng)變、振動(dòng)位移等處于規(guī)范允許范圍。

3 安全監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括閘門、閘墩所受動(dòng)水壓力、振動(dòng)觀測(cè)。監(jiān)測(cè)實(shí)施前應(yīng)編制大綱及組次表，并進(jìn)行有關(guān)測(cè)點(diǎn)的零點(diǎn)校正。在監(jiān)測(cè)過程中，按規(guī)范要求對(duì)非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的全過程作完整記錄，依據(jù)測(cè)量精度及信號(hào)頻率確定總樣本長(zhǎng)度。人工讀數(shù)項(xiàng)目通常為3～5 次，讀數(shù)后整理出最大值、最小值及平均值。

3.1 監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

3.1.1 動(dòng)水壓力

過流面的動(dòng)水壓力反映了相關(guān)部位的主要水力特性，是分析動(dòng)水荷載和空化問題的重要參量。利用壓力傳感器可同時(shí)進(jìn)行脈動(dòng)壓力和時(shí)均壓力的測(cè)量，信號(hào)經(jīng)放大后由專門的DASP 便攜采集系統(tǒng)記錄和分析。在穩(wěn)態(tài)條件下，采樣時(shí)間不低于3 min。壓力信號(hào)作時(shí)均值、標(biāo)準(zhǔn)差和功率譜分析，分析頻率不低于100 Hz。

3.1.2 振動(dòng)

振動(dòng)是監(jiān)測(cè)建筑物受水流作用而產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)值應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，包括振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度和振動(dòng)位移。主要采用振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)，信號(hào)經(jīng)放大后由專門的DASP 便攜采集系統(tǒng)記錄和分析。

3.2 整理分析

1）消除原始記錄中的較大系統(tǒng)誤差及超限誤差，進(jìn)行重測(cè)。

2）及時(shí)整理觀測(cè)數(shù)據(jù)并編制匯總圖表，在必要時(shí)須作不同測(cè)點(diǎn)信號(hào)的相關(guān)分析。

3）最后編寫監(jiān)測(cè)分析報(bào)告，應(yīng)包括實(shí)際值與規(guī)范理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析；同一參數(shù)處于不同工況的分析；同組次不同部位測(cè)點(diǎn)信號(hào)的橫向比較分析；綜合安全分析和評(píng)估，評(píng)價(jià)和建議及改進(jìn)措施等。

4 安全監(jiān)測(cè)實(shí)施

4.1 監(jiān)測(cè)儀器布置

為監(jiān)測(cè)圍堰爆破過程中對(duì)主要建筑物的影響，對(duì)閘門、閘墩共布置7 支儀器進(jìn)行外水壓力及表面應(yīng)變監(jiān)測(cè)，其中水位計(jì)4 支、鋼板應(yīng)變計(jì)1 支、動(dòng)水壓力傳感器2 支。監(jiān)測(cè)儀器布置如下：

1）0-015.35 樁號(hào)（取水口閘墩頭）。258.2 m高程安裝1 支動(dòng)水壓力傳感器，編號(hào)為B-02；265.0 m 高程安裝2 支水位計(jì)，編號(hào)為B-Q-P-01（振弦式）、B-Q-P-03。

2）事故閘門墩頭。285.7 m 高程布置2 支水位計(jì)，編號(hào)為B-Q-P-02（振弦式）、B-Q-P-04（FBG）。

3）事故閘門上。261.2 m 高程布置1 支振弦式表面應(yīng)變計(jì)S-01，布設(shè)1 支動(dòng)水壓力傳感器。

4.2 儀器埋設(shè)安裝

由于此次儀器安裝是在高空和深水下安裝，不同于常規(guī)儀器安裝，因此，每支儀器安裝分兩部分進(jìn)行，即深水下作業(yè)和水上高空作業(yè)。

4.2.1 深水下作業(yè)

根據(jù)水位實(shí)測(cè)資料，水面以下深度達(dá)38.0 m，將儀器安裝在設(shè)計(jì)高程，需要請(qǐng)潛水員協(xié)助完成。

4.2.2 水上高空作業(yè)

采用吊籃施工，將吊籃固定在啟閉機(jī)室穩(wěn)定且牢固的梁上。高空作業(yè)人員在吊籃內(nèi)施工，須系牢安全繩，確保安全。

水上、水下作業(yè)主要為固定儀器保護(hù)管，保護(hù)管采用混凝土鋼釘加錨箍固定在混凝土閘墩上。當(dāng)保護(hù)管安裝固定好后，在啟閉機(jī)室層（311.5 m高程）將儀器放置指定高程，并測(cè)取初始值。

4.3 觀測(cè)

此次觀測(cè)屬于動(dòng)態(tài)觀測(cè)，與一般情形下的靜態(tài)觀測(cè)不同，必須采用DASP 自動(dòng)采集系統(tǒng)和儀器進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

4.4 資料收集數(shù)據(jù)分析

資料收集包括水位資料、爆破資料、周邊施工情況；數(shù)據(jù)分析根據(jù)獲得的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，包括動(dòng)水壓力、表面應(yīng)變、水位等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷、評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而分析爆破對(duì)建筑物（閘墩、事故閘門）的影響。觀測(cè)完成后1 周內(nèi)提交監(jiān)測(cè)成果報(bào)告。

4.5 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)取水首部建筑物布置的實(shí)際情況，此次監(jiān)測(cè)過程共設(shè)置4 個(gè)振動(dòng)位移測(cè)點(diǎn)、3 個(gè)動(dòng)水壓力測(cè)點(diǎn)及1 個(gè)涌浪測(cè)點(diǎn)和。詳情見表1。

表1 測(cè)點(diǎn)布置表

4.6 觀測(cè)成果

4.6.1 振動(dòng)位移

本文選取 2017 年 9 月 25 日下午 18 時(shí) 15 分的水下部分爆破觀測(cè)成果進(jìn)行介紹。此次觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，最大位移約2 mm，位于工作門墻頂順?biāo)鞣较駾S02（01）測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)位移統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)位移統(tǒng)計(jì)表 μm

4.6.2 動(dòng)水壓力

此次觀測(cè)由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，測(cè)點(diǎn)位置未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求高程。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示：B01 測(cè)點(diǎn)壓力區(qū)間為64.0～194.5 kPa；B02 測(cè)點(diǎn)壓力區(qū)間為-5.6～85.8 kPa；B03 號(hào)測(cè)點(diǎn)位于水面以上，未受到水流沖擊波的影響。

4.6.3 涌浪

涌浪測(cè)點(diǎn)布置在攔污柵上，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示：最大涌浪高度為4.9 m，且在0.5 s 內(nèi)基本結(jié)束。

4.7 觀測(cè)小結(jié)

1）爆破時(shí)，工作門墻頂順?biāo)鞣较驕y(cè)點(diǎn)振動(dòng)最大位移達(dá)2 mm，主要與建筑結(jié)構(gòu)特性及與爆破點(diǎn)的位置有關(guān)，應(yīng)予以關(guān)注，給予充分重視。

2）此次監(jiān)測(cè)爆破時(shí)的測(cè)點(diǎn)動(dòng)水壓力區(qū)間為-5.6～194.5 kPa，預(yù)估在水面下2.0 m 小范圍會(huì)出現(xiàn)短時(shí)負(fù)壓，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)取水首部各類建筑物未產(chǎn)生安全影響，對(duì)后續(xù)爆破的壓力分布及量值應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)觀測(cè)。

3）此次爆破，在攔污柵位置涌浪最大達(dá)4.9 m 高。

由于此次監(jiān)測(cè)部分測(cè)點(diǎn)未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求高程，并有動(dòng)水壓力測(cè)點(diǎn)在水面以上，當(dāng)條件具備時(shí)，要按設(shè)計(jì)要求高程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以掌握各高程壓力分布規(guī)律。

5 結(jié)語

水下圍堰爆破安全監(jiān)測(cè)施工采用動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用DASP 自動(dòng)采集系統(tǒng)和儀器進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了深水條件下的監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝，有效地解決了圍堰水下拆除的重點(diǎn)問題。監(jiān)測(cè)過程中，嚴(yán)格按照水下圍堰爆破拆除的相關(guān)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，對(duì)防滲體及巖坎爆破時(shí)閘門、閘墩所受到的動(dòng)水壓力、表面應(yīng)變、振動(dòng)位移等進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，確保其在允許范圍內(nèi)，保證取水首部建筑物的安全，進(jìn)而保證整個(gè)輸供水工程的安全。建議在類似工程施工時(shí)參考借鑒。