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引輸水隧洞和管線工程安全監(jiān)測設(shè)計

文檔作者：游艇文檔來源：遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月03日
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引輸水隧洞和管線工程安全監(jiān)測設(shè)計
游艇
（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110000）
［摘要］文中主要介紹了長距離大型引輸水隧洞和輸水管線工程安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，包括監(jiān)測斷面布置、監(jiān)測
項目的選擇、監(jiān)測儀器的選擇、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站的設(shè)置、監(jiān)測信號傳輸?shù)?，并對光纖光柵式儀器解決隧洞監(jiān)測信
號，長距離傳輸問題進行了初步探索。
［關(guān)鍵詞］引輸水隧洞；傳輸距離；安全監(jiān)測；光纖光柵式儀器
［中圖分類號］ TV671 ［文獻標(biāo)識碼］B
［文章編號］1002—0624（2018）02—0006—02
0 引言
隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展進入新階段，水資源
時空分布不均勻成為社會、經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展的重要
制約因素之一，全國各地陸續(xù)建設(shè)多項重大引水、
供水工程，如云南省滇中引水工程、吉林省中部城
市引松供水工程、陜西省引漢濟渭工程等。這些
工程均由多種構(gòu)筑物構(gòu)成，一般主要包括有壓隧
洞、無壓隧洞、隧洞進出口構(gòu)筑物、管線、溢流構(gòu)筑
物、檢修井等，具有工程總體規(guī)模巨大、單線工程
長、沿程構(gòu)筑物多樣化、穿越地質(zhì)情況復(fù)雜多變等
特點。
1 工程安全監(jiān)測必要性
1）長距離大型引輸水隧洞和輸水管線工程為
典型的線性串聯(lián)工程，不同構(gòu)筑物的運行狀態(tài)直
接影響整個工程的運行，工程運行調(diào)度復(fù)雜，因此
有必要對工程各個階段進行安全監(jiān)測，以了解和
掌握工程沿線構(gòu)筑物在不同階段的運行狀態(tài)，并
對構(gòu)筑物未來一段時間的運行狀態(tài)，作出一定的
預(yù)測，為工程運行決策提供參考。
2）長距離大型引輸水隧洞和輸水管線工程監(jiān)
測均為原型監(jiān)測，我國目前建成運行的長距離大型
引輸水隧洞和輸水管線工程較少，通過對原型監(jiān)測
數(shù)據(jù)反演分析等，可以驗證設(shè)計理論，提高設(shè)計水
平，優(yōu)化設(shè)計方案，為類似工程設(shè)計提供參考。
2 監(jiān)測斷面的布置及監(jiān)測項目
2.1 引輸水隧洞監(jiān)測
隧洞作為長距離引輸水工程的重要組成部分，
是安全監(jiān)測的重點對象。一般選擇對隧洞襯砌結(jié)
構(gòu)、外水壓力、水力學(xué)等方面進行監(jiān)測。結(jié)構(gòu)、外水
壓力監(jiān)測斷面一般布置在大斷層、軟弱巖層、淺埋、
地下水豐富、穿越鐵路等部位，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)采
集站進行綜合考慮，以減少監(jiān)測儀器和土建工程施
工的相互影響。水力學(xué)監(jiān)測斷面一般布置在隧洞
沿程構(gòu)筑物、永久支洞主支交叉等部位。
隧洞監(jiān)測項目一般包括施工期收斂監(jiān)測、襯
砌混凝土的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，重要部位的錨桿應(yīng)力、
錨索應(yīng)力監(jiān)測，外水壓力監(jiān)測，沿程壓力水頭或水
面線監(jiān)測、庫水位監(jiān)測等，其中外水壓力監(jiān)測可結(jié)
合固結(jié)灌漿深度分層布置，以更好地了解固結(jié)罐
漿效果和襯砌周邊滲流情況。也可根據(jù)工程需要
監(jiān)測襯砌和巖石接觸縫、巖石作用在襯砌上的土
壓力等。
2.2 引輸水隧洞構(gòu)筑物監(jiān)測
引輸水隧洞構(gòu)筑物監(jiān)測斷面一般布置在結(jié)構(gòu)
受力復(fù)雜部位、受外水壓力或土壓力較大部位。
隧洞構(gòu)筑物監(jiān)測項目一般包括結(jié)構(gòu)混凝土的
應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、外水壓力監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、底板
揚壓力監(jiān)測等。
2.3 輸水管線監(jiān)測
對于采用PCCP 管道的輸水管線，監(jiān)測斷面可
結(jié)合水平鎮(zhèn)墩布置，一般布置在轉(zhuǎn)角較大、水平推
力較大、管線坡度較大、地基承載力較低、地下水
位較高等部位的水平鎮(zhèn)墩處。
監(jiān)測項目一般包括鎮(zhèn)墩位移監(jiān)測、PCCP 管道
承插口變形監(jiān)測，也可根據(jù)工程需要對管道接觸
縫變形進行監(jiān)測或選擇部分監(jiān)測鎮(zhèn)墩進行鎮(zhèn)墩混
規(guī)劃設(shè)計東北水利水電2018 年第2 期
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萬方數(shù)據(jù)
凝土的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等。
2.4 輸水管線沿程構(gòu)筑物監(jiān)測
管線沿程構(gòu)筑物種類較多，一般選擇對隧洞、
連接井、溢流井及空氣閥井進行安全監(jiān)測設(shè)計。
隧洞結(jié)構(gòu)監(jiān)測斷面布置及監(jiān)測項目同2.1 節(jié)所述。
連接井、溢流井、隧洞作為管線輸水系統(tǒng)的重
要水力節(jié)點，對輸水系統(tǒng)平穩(wěn)水壓、控制水流具有
重要作用，因此選擇對連接井、溢流井、隧洞進出
口水位進行監(jiān)測，以及時了解管道水壓變化。
空氣閥井作為輸水管線排氣進氣的通道，對
管線的安全運行至關(guān)重要，嚴寒地區(qū)應(yīng)選擇位于
地面起伏差較大部位空氣閥井，進行溫度監(jiān)測，以
隨時了解空氣井內(nèi)溫度，防止發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，影響
管道排氣進氣。
3 監(jiān)測儀器的選擇
1）監(jiān)測儀器信號傳輸距離較短的監(jiān)測斷面。
對于到監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站距離較短（一般為200~500
m）的監(jiān)測斷面，如工程沿程構(gòu)筑物附近監(jiān)測斷面、
永久支洞口附近監(jiān)測斷面、隧洞打孔上引監(jiān)測斷
面、水平鎮(zhèn)墩監(jiān)測斷面、連接井水位監(jiān)測斷面等，一
般采用振弦式儀器、差動電阻式儀器等即可滿足儀
器信號傳輸要求和監(jiān)測斷面對儀器的要求。
2）監(jiān)測儀器信號傳輸距離較遠的監(jiān)測斷面。
長距離大型引輸水隧洞部分監(jiān)測斷面?zhèn)鬏斁嚯x可
能較遠，一般為幾公里至十幾公里，對于這種信號
傳輸距離較遠的監(jiān)測斷面，目前已有少量水利工
程采用光纖光柵式儀器進行監(jiān)測。光纖光柵式儀
器具有傳輸距離遠，儀器之間可串聯(lián)、并聯(lián)，可高
頻采集等優(yōu)點，目前多采用4~5 支儀器進行串聯(lián)或
并聯(lián)，既可有效減少主干光纜芯數(shù)，又可防止接頭
過多導(dǎo)致光損較大，影響信號在監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)
采集站之間的傳輸。
光纖光柵式儀器在隧洞監(jiān)測中既可滿足信號
遠距離傳輸要求，又可通過儀器的串聯(lián)、并聯(lián)減少
尾纜芯數(shù)，多個監(jiān)測斷面共用一根主干傳輸光纜，
從而減少傳輸光纜的芯數(shù)和采集設(shè)備的通道數(shù)，
并可實現(xiàn)信號傳輸光纜冗余設(shè)計和光纖光柵式監(jiān)
測儀器與采集設(shè)備之間的雙回路連接，提高現(xiàn)場
監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計保證率。
傳輸光纜可通過在隧洞襯砌底部設(shè)置光纜溝鋪
設(shè)或在襯砌底角處預(yù)埋硅芯管，設(shè)置手孔來鋪設(shè)。
4 監(jiān)測自動化系統(tǒng)建設(shè)
長距離大型引輸水隧洞和輸水管線工程安全
監(jiān)測自動化系統(tǒng)多采用分布式系統(tǒng)，監(jiān)測信號通
過監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站采集傳輸?shù)奖O(jiān)測總站。
4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站位置的選擇
隧洞部分監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站可以根據(jù)監(jiān)測斷面
布置，設(shè)置在沿程構(gòu)筑物啟閉機室內(nèi)、永久支洞洞
口；對于信號傳輸距離較長的監(jiān)測斷面，若埋深較
淺且交通便利，有網(wǎng)絡(luò)或移動通信信號（GPRS/
4G），也可通過打孔上引的方式在隧洞上方設(shè)置監(jiān)
測數(shù)據(jù)采集站。
管線部分構(gòu)筑物種類較多，監(jiān)測斷面分散，監(jiān)
測數(shù)據(jù)采集站，一般設(shè)置在構(gòu)筑物監(jiān)測斷面附近。
4.2 信號傳輸方式的選擇
監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站和監(jiān)測總站之間的通信傳
輸，對于封閉性和安全性要求較高的工程可以自
建光纜進行通信傳輸，一般情況下通過租用光纜
進行通信傳輸，也可通過衛(wèi)星信號或者移動信號
進行通信傳輸。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站，若設(shè)置在閘門
啟閉機室，可通過光纜進行通信傳輸；監(jiān)測數(shù)據(jù)采
集站若設(shè)置在永久支洞口、隧洞上方（打孔上引斷
面）和管線構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)采集站一般均通過移動
信號進行通信傳輸。
4.3 監(jiān)測總站
監(jiān)測總站一般設(shè)置在工程信息自動化控制中
心，為工程綜合自動化系統(tǒng)的組成部分。主要由
硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成。硬件設(shè)備一般包括管
理工控機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
等，軟件包括系統(tǒng)支撐軟件和應(yīng)用軟件。
4.4 供電電源
對于有供電條件的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站，可以采用
220 V 電源；對于供電困難的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站，可
以根據(jù)設(shè)備功率選擇合適的太陽能電池作為電源
進行供電。
5 結(jié)語
文中較為詳細的介紹了長距離大型引輸水隧
洞和輸水管線工程的安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，包括工
程沿程構(gòu)筑物監(jiān)測斷面位置及監(jiān)測項目選擇、監(jiān)
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2018 年第2 期東北水利水電規(guī)劃設(shè)計
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3 新型止水方法的應(yīng)用
大體積混凝土構(gòu)成的水工建筑物，通常設(shè)有
施工縫（伸縮縫、沉降縫等）。當(dāng)縫間有止水要求
時，應(yīng)設(shè)置止水[7-9]。傳統(tǒng)的橡膠止水或金屬止水
等方法為預(yù)埋于新建混凝土結(jié)構(gòu)縫間，可起到止
水作用。但若存在新老混凝土相接仍需設(shè)縫止水
時，則無法實現(xiàn)預(yù)埋，安裝困難。
以渾河王家灣橡膠壩應(yīng)急維修加固工程為
例，需對橡膠壩壩后斜坡段進行除險加固，拆除時
破壞底板和斜坡段結(jié)構(gòu)縫間的止水[10]，若采用橡
膠止水帶止水，施工難度大，止水效果差。這次采
用聚氯乙烯膠泥、膨脹止水膠條和閉孔泡沫板相
結(jié)合的止水技術(shù)方案，以滿足新老混凝土連接處
結(jié)構(gòu)縫的止水要求。該接縫止水結(jié)構(gòu)安裝的步驟
是：首先將膨脹止水膠條貼在老混凝土上，同時用
水泥鋼釘將其錨固；然后將閉孔泡沫板貼在老混
凝土上，用水泥鋼釘將其錨固；最后放置閉孔泡沫
板至結(jié)構(gòu)縫底，澆筑新混凝土；聚氯乙烯膠泥布置
在老混凝土與新混凝土接縫的最上層。具體結(jié)構(gòu)
如圖1 所示。
1—聚氯乙烯膠泥、2—膨脹止水膠條、3—閉孔泡沫板、
4—水泥鋼釘、5—老混凝土、6—新混凝土
圖1 新型止水型式示意圖
橡膠壩除險加固工程竣工運行后，經(jīng)過一個
洪水期和凍融期考驗，新老混凝土接縫處止水效
果良好，未出現(xiàn)松動、脫落、變形、滲流及破壞。該
止水方法中各個構(gòu)件技術(shù)較為成熟，運行原理簡
單，操作靈活、適合新老混凝土相接的水工建筑物
設(shè)置止水。但由于該止水型式，采用的止水材料
種類比常規(guī)單一的止水型式多，膨脹止水膠條、閉
孔泡沫板等材料價格相對較貴，且施工工序相對
較多，所以在總體造價上也較高。
4 結(jié)語
工程新老混凝土接縫止水，采用聚氯乙烯膠
泥、膨脹止水膠條和閉孔泡沫板相結(jié)合的止水方
式，改善了以前單一、止水效果不好的止水方式，
為以后相關(guān)工程除險加固提供有利方案參考，保
障工程安全運行。
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［收稿日期] 2017-03-13
測信號傳輸距離不同對監(jiān)測儀器的選擇，監(jiān)測數(shù)
據(jù)采集站的位置選擇及其和監(jiān)測總站之間的通信
方式選擇、監(jiān)測總站自動化系統(tǒng)的建設(shè)，其中，特
別介紹了光纖光柵式儀器在隧洞遠距離監(jiān)測斷面
上的應(yīng)用，可為類似的大型引輸水工程和輸水管
線工程安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計提供借鑒。
［參考文獻］
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［收稿日期] 2017-10-25
（上接第7 頁）
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2018 年第2 期東北水利水電工程施工
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