朱 雷

1 工程概況

新建州河段暗渠工程是飲用水源保護(hù)工程的一部分,位于州河左側(cè)。該暗渠工程自于橋水庫電站下游的尾水渠始,沿州河?xùn)|側(cè)至九王莊閘上,全線共34 km,設(shè)計(jì)流量50 m3/s。暗渠沿線主要建筑物包括32 km長(zhǎng)鋼筋混凝土箱暗渠、渠首樞紐工程(州河節(jié)制閘和暗渠進(jìn)口閘)、倒虹吸(5座)、調(diào)節(jié)池、檢修閘(6座)、進(jìn)人口(9座)、暗渠出口閘以及穿越公路和鐵路等工程。暗渠斷面結(jié)構(gòu)采用3孔單聯(lián)箱涵,單孔斷面尺寸為4.3 m×4.3 m,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。底板和邊墻厚度約為0.55 m,隨箱涵頂部覆蓋土層厚度的變化而有所變化。暗渠渠底建基面均在地下水位以下?；娱_挖時(shí)樁號(hào)為0+223～3+500,15+800～20+000,22+000～24+400三段為粘砂雙層結(jié)構(gòu)。其余地段均為黏性土均一結(jié)構(gòu)段。對(duì)于黏性土均一結(jié)構(gòu)段,其滲透系數(shù)較弱,滲透水量有限。而粘砂雙層結(jié)構(gòu)段,砂土為粉砂、細(xì)砂、中砂,屬中強(qiáng)透水層,存在著施工基坑排水問題。

根據(jù)暗渠工程水工結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)推薦的引水方案,暗渠進(jìn)水口位于于橋水庫電站尾水出口。進(jìn)水口處設(shè)置引水前池和進(jìn)水閘,以便控制進(jìn)水暗渠的水流和水量。暗渠下游出水口位于九王莊,與明渠相接,并設(shè)置出水閘。整個(gè)暗渠分為無壓輸水段和有壓輸水段兩部分。其中無壓輸水段長(zhǎng)約9.05 km,位于上游,特征建筑物包括暗渠、1座溢洪道倒虹吸、2座遼運(yùn)河倒虹吸和3個(gè)進(jìn)人通氣孔、1個(gè)檢修閘;有壓輸水段長(zhǎng)約 24.95 km,位于下游,典型建筑物包括暗渠、1座薊運(yùn)河倒虹吸、1座東三道港干渠倒虹吸、5座檢修閘和6個(gè)進(jìn)人通氣孔。有壓輸水段和無壓輸水段之間設(shè)置調(diào)節(jié)池,并在調(diào)節(jié)池上、下游兩側(cè)設(shè)置節(jié)制閘,以控制進(jìn)水有壓輸水段的水流。

2 總體監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)新建暗渠段安全監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)的特點(diǎn)以及暗渠本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),最終采用監(jiān)測(cè)特征斷面的方式,通過監(jiān)測(cè)各段暗渠段的各種信息,以把握整個(gè)暗渠的安全。

總體設(shè)計(jì),新建州河暗渠安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由17個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,9個(gè)監(jiān)測(cè)站和1個(gè)中心控制室自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成,沿暗渠頂部敷設(shè)36芯光纜進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)星形拓?fù)淙鐖D1所示。

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

1)箱涵不均勻沉降引起的變形監(jiān)測(cè)。2)無壓段、有壓段的滲流監(jiān)測(cè)。3)混凝土和鋼筋的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。4)土壓力監(jiān)測(cè),了解箱涵與基礎(chǔ)接觸部分的應(yīng)力與受力狀態(tài),了解地基的承載力狀況。5)無壓段箱涵內(nèi)部水位和有壓段箱涵內(nèi)部水壓力的監(jiān)測(cè),了解暗渠箱涵的工作情況;了解無壓段的內(nèi)部水位情況,獲取箱涵內(nèi)部的水面線信息;了解有壓段的內(nèi)水壓力情況,評(píng)估箱涵內(nèi)部受壓狀況。6)施工期和運(yùn)行期溫度監(jiān)測(cè),以評(píng)估溫度變化對(duì)暗渠箱涵混凝土襯砌應(yīng)力的影響。7)混凝土分縫澆筑的接縫監(jiān)測(cè),以便了解各施工段沿暗渠軸向的相對(duì)變形情況。

2.2 監(jiān)測(cè)斷面與傳感器布置

根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的需要,最后的方案確定在34.14 km長(zhǎng)的引灤暗渠,共設(shè)監(jiān)測(cè)斷面17個(gè),監(jiān)測(cè)站9個(gè),共布置各類監(jiān)測(cè)傳感器259個(gè)。

表1 監(jiān)測(cè)站情況

由于振弦式傳感器到數(shù)據(jù)采集單元之間的傳輸距離限制,為保證工程質(zhì)量,本設(shè)計(jì)方案參考以往工程經(jīng)驗(yàn),將監(jiān)測(cè)站與監(jiān)測(cè)斷面間距離控制在1 km之內(nèi)。

根據(jù)暗渠沿線水工建筑物布置情況,在整個(gè)暗渠沿線共布置9個(gè)監(jiān)測(cè)站,每個(gè)監(jiān)測(cè)站根據(jù)所要采集的傳感器數(shù)量布置1臺(tái)或者2臺(tái)數(shù)據(jù)采集單元,共需要14臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集單元。各斷面?zhèn)鞲衅魍ㄟ^屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集單元相連。監(jiān)測(cè)站位置及傳感器數(shù)量,數(shù)據(jù)采集單元通道數(shù)如表1所示。

2.3 自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)備包括主控計(jì)算機(jī)、SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、KVM 轉(zhuǎn)換器、顯示器、投影儀、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖轉(zhuǎn)換設(shè)備、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)以及其他附屬設(shè)備。主控計(jì)算機(jī)、SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)局域網(wǎng)。各監(jiān)測(cè)站通過本地?cái)?shù)據(jù)采集單元采集所控制斷面上傳感器的監(jiān)測(cè)資料,然后通過單模通訊光纜將數(shù)據(jù)資料上傳到監(jiān)測(cè)中心的主控計(jì)算機(jī),并由主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)分心和存入SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。由此實(shí)現(xiàn)由主控計(jì)算機(jī)控制各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)采集單元。另外,主控計(jì)算機(jī)作為工作站,用于采集監(jiān)測(cè)資料和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制,如設(shè)置數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集周期等。SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲(chǔ)從數(shù)據(jù)采集單元采集的各種傳感器信息。WEB服務(wù)器用于通過Web查詢服務(wù)和運(yùn)行安全評(píng)估系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)中心原理圖如圖2所示。

3 結(jié)語

引灤暗渠長(zhǎng)達(dá)34 km多,其安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工具有相當(dāng)?shù)碾y度,在國(guó)內(nèi)外安全監(jiān)測(cè)歷史上都是一個(gè)創(chuàng)舉。

引灤暗渠安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)、全面地獲取暗渠運(yùn)行過程中的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),從而對(duì)暗渠運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,為工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行和于橋水庫的輸水調(diào)度提供了重要依據(jù)。

[1] 水利部天津水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科研所.天津市飲用水源保護(hù)工程新建暗渠段安全監(jiān)測(cè)初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2001.

[2] 清華大學(xué)引灤工程項(xiàng)目部.天津市引灤入津水源保護(hù)工程新建州河暗渠工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析報(bào)告[R].2006.