小洼槽倒虹吸工程安全监测方案

小洼槽倒虹吸安全监测项目以及监测断面的选择和仪器布置，原则上与三个泉倒虹吸类似。

4.4.2.1　小洼槽倒虹吸监测设计和仪器布置

1.管道沿线内水压力和动态压力监测

沿管道布置高精度脉冲压力传感器4支、10支管道弦式压力计（具体布置见图4.31）。

2.玻璃钢管道接头、径向变形监测

在1+262、1+268断面（左管）管道接头处沿轴向各布设4支位移计，在管道的出口5+546.6断面（右管）沿轴向布设4支位移计，监测管道接头变形，仪器布置见图4.27；在1+286断面（左管）沿径向布设4支位移计，监测管道径向变形，仪器布置见图4.28。

图4.27　管接头变形监测安装示意图

图4.28　管道径向位移监测安装示意图

3.进出口镇墩结构变形监测

在进口镇墩顶部布设3个水平及沉降综合标点，在外围布置3个工作基点，在出口镇墩闸井段顶部布设3个水平及沉降综合标点，在外围布置3个工作基点。

4.进口镇墩结构温度、应力、应变监测

在进口双孔镇墩的中部，高程分别为582.25m、585.25m、588.25m处埋设3组应变计组（每个应变计组包括3支应变计、1支无应力计）B1、B2、B3和8支温度计。

5.管道渗漏监测

选择5个典型断面，在每个典型断面管沟内两侧布设测压管，共10个测点。在排水系统的出口处设2处渗漏量监测点，了解总体渗漏情况。

6.土压力监测

在1+276m断面布设了4支土压力计。监测仪器布置见图4.29。

7.玻璃钢管应力监测

1+276断面左管沿纵向和环向各布置4支应变计，共计8支。监测仪器布置见图4.30。

小洼槽倒虹吸工程整体监测设置如图4.31所示。

图4.29　玻璃钢管管道土压力监测示意图

图4.30　玻璃钢管应力监测示意图

4.4.2.2　小洼槽倒虹吸监测成果

1.小洼槽倒虹吸进出口结构变形监测（沉降和水平位移）

小洼漕倒虹吸进口镇墩垂直位移最大值为10.38mm（镇墩右孔），与2006年3月观测值比较，垂直位移最大变化量为2.02mm，与2006年7月观测值比较，垂直位移最大变化量为1.22mm。小洼漕倒虹吸出口镇墩垂直位移量均不大，最大值为4.64mm（镇墩左孔）。

小洼漕倒虹吸进口镇墩横向水平位移变化最大为-4.56mm（镇墩右孔），小洼漕倒虹吸出口镇墩横向水平位移变化最大为-0.67mm（镇墩右孔）。(www.xing528.com)

小洼漕倒虹吸镇墩各观测点的垂直位移趋势已明显减缓，变形基本稳定。

2.小洼槽倒虹吸进出口镇墩监测（镇墩混凝土温度，应变等监测）

（1）温度监测。受气温影响镇墩下部的混凝土温度变化较缓，镇墩中上部的混凝土温降速度较快，2006年受环境气温的影响，混凝土内部温度缓慢上升，距离混凝土顶面的测点温度升幅较大，中部次之，底部最小。

图4.31　小洼槽倒虹吸管道纵断面监测布置图

值得注意的是：位于进口双孔镇墩中轴线底部的T1从2006年通水即日起，温度就迅速升高到21℃左右，比处于单孔镇墩同一高程的T6高出7℃左右，与通水水温接近。通常温度场的变化也反映了渗流场的变化，估计是T1测点因某种原因受渗水的影响，该镇墩底部可能存在裂缝，应加强监测。

（2）双孔镇墩内混凝土应变监测。应变计组监测如下：

B1应变计组中B1-1、B1-2、B1-3都处于拉应变，2005年最大拉应变分别为97.1με、108.2με，69.9με，2005年试通水运行期间拉应变均有明显增大趋势。2006年通水期间拉应变均表现为先增大后减少，年变化与温度呈负相关。

B2三向应变计组中B2-1、B2-2处于拉应变，B2-3处于压应变，应变值变化均不明显。2006年通水后，仅B2-2处于拉应变，B2-1、B2-3处于压应变。

B3应变计组中B3-1、B3-2、B3-3应变计都处于拉应变，受气温影响，应变值与温度呈负相关关系。2006年通水期间，受混凝土内部温升影响，拉应力明显减少，压应力增加。

小洼槽进口镇墩内部混凝土的自生体积变形，2005年自生体积变形呈收缩状态，2006年通水的过程中，B1、B2测得的自生体积变形的收缩量呈现减少的趋势。

3.玻璃钢管道监测（压力、渗漏、接头变形、应力等监测）

（1）玻璃钢管道内水压力监测。2005年9月21日水流到达小洼槽倒虹吸进口后，沿程布置的管道压力计的压力值明显升高，当打开运行出口控制闸时，左管管道脉动压力值迅速减小，其中0+887断面的AP1测点在20s内管道压力水头迅速降低了0.79m、21s后管道压力水头又快速回升了0.81m。

2006年右管在正常运行状态，AP2观测到的最大、最小水头分别为29.02m和28.52m（对应时间段为6月18日10∶00～16∶00），变化幅度为0.52m；同一时段，AP10观测到变化幅度为0.4m。

2006年左管在正常充水状态下，AP1和AP9水头动态变化幅度分别为1m和2m左右。从整个变化的幅度来看，充水状态下管道内水压力的变化幅度较正常通水的变化幅度大。

影响管道压力值的主要因素是倒虹吸进口前池水位和管道出口闸门开度的变化，管道内水压力的变化幅度不大。

（2）管道渗漏监测。2005年通水后除位于1+195断面右侧UP4变化较大外，其余9支渗压计基本无变化，表明9支测压管内无水。2006年由于及时对1号排空消能井抽水，各测压管的渗压计都无变化，表明测压管内均无水。

（3）玻璃钢管道接头变形监测。由监测结果分析，通水后1+262断面、1+268断面和1+286断面管道接缝变形、管道径向变形略有变化，但量值很小，管道接头变形正常。

结合管道内温度的变化，1+262断面和1+268断面（同一节管的两头，一端1+262断面连接的是钢管承插口，另一端1+268断面是玻璃钢管之间的接头）的各向测缝计的变化趋势，均表现出与环境温度明显的相关性，温度上升，接缝开合度变小；温度下降，接缝开合度变大，符合一般规律。监测成果见图4.32。从管道的应变计监测资料分析看，2005年9月管道通水对管道是一个降温的过程，而2006年6月管道充水对管道是一个升温的过程，因此前者表现出管道接缝增大的趋势，而后者表现出减少的趋势。这一点也反应在5+546.5断面的接缝变化趋势中。对同一根玻璃钢管的接缝开合度来说，1+262断面的接缝开合度始终小于1+268断面的，说明钢管承插口的接缝开合度较玻璃钢管的小。每次管道放水完毕后，各向接缝开合度均表现出较明显的减少。

图4.32　小洼槽倒虹吸玻璃钢管道接缝变形过程线图

埋设于右管5+546.5断面的4支玻璃钢管接缝计，在施工初期，随着土体的填筑，底部接缝开合度减少，左右侧腰线及顶部开合度增加，截止到2005年8月，J1、J2、J3和J4的开合量分别为-5.62mm、2.51mm、1.51mm和12.62mm。在2005年及2006年通水期间，并无明显的变化，基本不受注水影响，变化比较大的是右侧斜向下45°，位移量为-1.4mm，各向的位移量均较小。

（4）土压力监测。通水期间，由监测数据和测点过程反映出：埋设于管道底部的E1和左侧腰线的E2测值较2005年试通水相比略有增加。由于受水压的影响，底部土压力值增量大于腰线侧向土压力增幅，埋设于顶部E4测值变化不大。2005年E1、E2和E4的最大土压力值分别为192.94kPa、102.32kPa和32.5kPa，为通水当日的测值；2006年E1、E2和E4的最大压力值为216.99kPa、122.35kPa和35.36kPa，也为通水当日的测值，增幅分别为24.05kPa、20.03kPa和2.85kPa，在通水过程中各部位的压力基本保持不变。在管道放水后，各向土压力均有不同程度的减小。

管道与土体的受力情况基本表现为底部压力E1大于左侧腰线E2大于顶部E4，从监测数据的量值来看，该断面管道与土体的结合面较密实。

（5）管道应力监测。总体来说，轴向和环向的应变在不受外力的影响下，均呈现出随着温度的升高，压应变减少，拉应变增加；温度降低，压应变增加，拉应变减少的趋势。

从各测点的应变过程看，通水后，管道轴向和环向均表现出压应变减小，拉应变增加的趋势，且环向应力的增幅和环向应力均较轴向的大，随后拉应变略有减少，此后达到一个比较稳定的值，主要是由于水荷载的作用和玻璃钢管热胀冷缩的温度特性引起的。2006年通水运行期间同2005年试通水相比，轴向应变由压应变增加，拉应变减少，变化为压应变减少，拉应变增加；环向应变基本和2005年试通水的规律相似，即拉应变增加。应变在允许的范围内。产生这一问题的原因主要是管道内水压力和环境温度的变化。特别是2006年通水后，玻璃钢管温度受水温影响而升高发生膨胀的结果。玻璃钢管在经历一个漫长的冬季，内部温度较低，大约在10℃左右，管材收缩，通水之后通水温度在26℃左右，而发生膨胀，产生拉应力。