三泉倒虹吸工程的安全监测

三个泉倒虹吸安全监测有管道沿线内水压力和动态压力监测、管道应力监测、管道接头变形监测、管道径向变形监测、进出口镇墩结构变形监测、进口镇墩结构温度应力应变监测、管道渗漏监测、钢管段支墩沉降监测等监测项目。

4.4.1.1　三个泉倒虹吸监测仪器布置

1.管道沿线内水压力观测

三个泉倒虹吸高差达146多m，为监视进口段倒虹吸管因振动而引起的压力变化，在该管段设置6支高精度脉冲压力传感器，14支弦式压力计。

2.钢管管道应力观测

在倒虹吸管钢管段9+295左、右管各设置1个监测断面，沿纵向和环向分别布置4组钢板计，共16支。

3.管道接头变形观测

在倒虹吸PCCP管6+447（见图4.19）、钢管段9+300（图4.20）设置监测断面，在管道接头处沿纵向分别布置4支位移计，共计16支。

图4.19　三个泉倒虹吸PCCP管位移监测布置图

图4.20　三个泉倒虹吸钢管伸缩缝位移监测图

4.进出口结构变形监测

在进口镇墩顶部布设6个水平及沉降位移综合标点，在外围布置3工作基点，在出口镇墩闸井段顶部布设3个水平及沉降位移综合标点，在外围布置3个工作基点。

5.进口结构温度、混凝土应力应变及钢筋应力监测

在进口镇墩埋设3个应变计组（每个应变计组包括3支应变计、1支无应力计）、16支温度计，深式进水口埋设7支钢筋计，监测仪器布置见图4.21、图4.22。

本工程设置的应变计为三向应变计组，三向应变的方向规定为BN-1：为顺水流方向，BN-2：水平垂直水流，BN-3；竖直垂直水流。两向应变计（钢板计）的方向规定为GBN-1：管道的环向；GBN-2：管道的纵向，其中“N”为应变计组编号。

6.管道渗漏监测

在管道沿线选择5个典型断面，在每个典型断面两管中间埋设测压管，共5个测点，监测位置见图4.27。在排水系统的出口处设渗漏量监测点，用容积法测量总流量。

图4.21　三个泉倒虹吸进口结构钢筋计监测布置图

图4.22　三个泉倒虹吸进口结构温度、混凝土应力应变和钢筋计监测布置图

7.钢管段支墩沉降监测

在钢管段支墩上设沉降标点，设3个典型断面，共6个测点，外围布置2个水准工作基点，三个泉倒虹吸监测仪器整体布置见图4.23。

图4.23　三个泉倒虹吸管道纵断面监测布置图

4.4.1.2　三个泉倒虹吸监测成果

1.三个泉进出口结构变形监测（包括沉降和水平位移）

首期观测于2005年9月进行，然后分别于2005年10月和2006年3月、7月、10月进行了第二期和第三、第四、第五期观测。

从观测资料看，三个泉倒虹吸进出口镇墩测点垂直位移变化均不大。

三个泉倒虹吸进出口横向水平位移最大点位于0+172断面中间管道镇墩，其位移值为-16.32mm（向右岸位移），0+188断面横向水平位移量最大值为1.9mm。

自2005年10月～2006年10月，三个泉倒虹吸镇墩各测点的变形趋势已明显减缓，变形已基本稳定。

三个泉倒虹吸钢管段支墩稳定，观测的变形量在测量误差范围内。(www.xing528.com)

2.进出口镇墩温度、混凝土应变、钢筋应力监测

（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度变化速度较快，特别是表层温度的变化幅度和速度最大。上部混凝土温度受气温影响明显，中下部温度逐渐稳定，随气温略有变化。监测成果见表4.8。

表4.8　三个泉倒虹吸进口双孔镇墩混凝土温度实测值　单位：℃

（2）倒虹吸进口双孔镇墩内混凝土应变监测。三向应变计组监测如下：

B1三向应变计组中，B1-1基本上一直处于压应变状态，B1-3则一直处于拉应变状态。在2006年6月18右管过水时各向应变值基本上无变化，在7月1日左管过水时，各向应变值均有所减少，量值较小。监测成果见图4.24。

B2三向应变计组中，B2-1和B2-2逐步由起初的压应变状态过渡到拉应变状态，B2-3则基本上处于压应变状态。

B3三向应变计组中，B3-1和B3-2则基本上处于拉应变状态，最大拉应变为43.8με、93.97με。通水期间测值基本稳定，无显著增加的趋势。

从三组应变计的自生体积变形过程线来看，三个部位的混凝土呈收缩状态，混凝土底部的自生体积收缩量有所减少，中部及顶部的自生体积变形变化不大。

（3）倒虹吸深式进水口钢筋应力监测成果。

根据监测结果，埋设R2和R3、R4、R6受环境温度的影响比较大，钢筋应力与温度呈负相关关系；R1和R5受环境温度的影响较小，R1一直处于受拉状态，最大拉应力为68.06MPa，R2处于拉压交替变化的状态，量值变化不是很大；R6一直处于受压状态，量值较小，最大压应力为16MPa。

在通水期间，钢筋应力的变化比较稳定，基本不受水流的影响。

图4.24　B1三向应变计组应变过程线图

3.管道监测（包括压力、渗漏、接头变形、应力等监测）

（1）管道内水压力监测。试通水期间，2005年9月23日水流到达三个泉倒虹吸进口，沿程的管道压力略有升高。当三个泉出口闸打开，沿程管道压力明显减小，特别是石英晶体压力计观测的脉动内水压力值，AP9在13s内管道压力水头迅速降低了15.35m、28s后管道压力水头又快速回升了16.19m；9+533断面的AP15测点在21s内管道压力水头迅速降低了20m、11s后管道压力水头又快速回升了20.87m，从时间看AP9测点的动水压力变化略滞后于AP15测点的动水压力值约1min，且压力水头变幅较AP15小4.6m。以上数据表明倒虹吸出口闸运行工况对管道压力值的影响比较大，监测成果见图4.25。

从2006年三个泉左右管充水到通水后管道压力计观测的数据来看，在正常通水（出口闸门保持一定的开度不变）的条件下，水在管道内的流态处于紊动状态，水压力的波动范围在2m水头左右，调整出口闸门开度，是造成管内水压力瞬间波动增大的主要因素。

（2）管道渗漏监测。在PCCP管道5个典型断面中央布设的渗漏测孔，用弦式渗压计监测管道渗漏情况，通水后基本无变化，表明测压管内无水。

2006年0+190断面的渗流量与2005年相比，量值有所减少，渗流量基本稳定，保持在1.1L/s左右，说明2006年结构缝处理后有一定效果。在左右管同时充水时，渗流量有所增加，但增加的幅度不大。

图4.25　三个泉倒虹吸管道动水压力监测过程线

6+447断面的渗流量变化不大，基本稳定。

（3）管道接头变形监测。

1）PCCP管道段。管道接头的位移值和测点过程线反映，6+447m管道仪器安装完毕，到2005年8月16日左右土体填筑完毕，测值基本处于稳定的状态。本次通水后接缝变化也很小，基本没有变化。

从0+190断面左管的测缝计数据来看（图4.26），仪器从安装起，管道的底部和两侧腰线的张开量一直在增大，底部张开量大于两侧腰线的张开量，而顶部的开合量一直没变化。2006年4月中旬起，底部的张开量有所减少，目前为14.44mm；两侧腰线的开合度变化不大。

2）钢管管道段。影响钢管伸缩节变形最主要的因素是环境气温，通水之后，由于受管内水温的影响，变幅有所减少。2006年通水前、后钢管段9+299断面左管的接缝计M9、M10、M11、M12的开合度变幅分别为5.53mm、5.77mm、6.21mm和6.06mm（数据取自7月1日7∶00～7月2日7∶00），通水对管接缝开合度的影响范围在5～6mm之间。

（4）钢管管道应力监测。在充水和通水时，由于管道内水压力的影响，管道环向应力均有不同程度的增加，表现在2005年左管注水方式比较缓慢，钢管环向应力的增加也较缓慢。2005年8月15日开始注水，到9月22日止，左管环向应力GB1-2、GB2-2、GB3-2和GB4-2分别由-31.63MPa、-17.93MPa、-40.12MPa、-2.55MPa缓慢升到41.41MPa、72.73MPa、45.69MPa和49.25MPa，增幅为83.04MPa、90.66MPa、85.81MPa和51.8MPa；2006年7月1日注水前后（16h之内），GB1-2、GB2-2、GB3-2和GB4-2的环向应力分别由-28.32MPa、-25.08MPa、-29.85MPa和8.67MPa急剧上升到39.93MPa、66.15MPa、50.17MPa和64.33MPa，增幅为68.25MPa、91.23MPa、80.02MPa和64.33MPa，变化幅度均遵守左侧大于右侧大于底部大于顶部的规律。对右管：6月18日到6月19日注水前后，GB5-2、GB6-2、GB7-2和GB8-2的环向应力分别由28.59MPa、15.28MPa、-0.06MPa和2.99MPa上升到84.30MPa、83.45MPa、68.94MPa和60.89MPa，增幅分别为55.71MPa、68.07MPa、69.54MPa和57.9MPa，呈现出钢管环向左、右侧应力大于上、下部应力的趋势。

图4.26　三个泉倒虹吸0+190断面左管接缝变形过程线图（PCCP管段）

轴向应力在通水期间，量值变化很小，基本看不出与水荷载的关系，水温变化对轴向应力的影响主要是由于有伸缩节的作用，应力获得释放。

在通水期间，水压力是影响钢管环向应力变化的主要因素，而环境温度的影响相对较少，未通水时，环境温度是造成钢管轴向和环向应力的主要因素。

通水监测数据表明，三个泉倒虹吸管道压力值正常，管道接缝、径向位移变形不大，管道应力、镇墩变形及混凝土应变及钢筋应力符合规律。2006年通水期间三个泉倒虹吸管道运行是安全的。