浅谈水利工程渡槽的变形观测

晏光辉 1 罗家斌 1 罗扬 2

1 湖北省漳河工程管理局 湖北 荆门 448000

²湖北省高关水库管理局 湖北 荆门 448000

摘要：水工渡槽在施工和运行期间，会发生沉降、位移等变形，需要通过一定的观测手段监测其变形的发展趋势以及对建筑物的危害程度，从而采取适当的预防和工程维修改造措施。结合工程监测实例对渡槽变形观测方法、观测点布置方案、观测实施过程、观测精度要求以及数据处理进行了解析，希望能够为类似工程监测开展提供参考。

关键词：水利工程；渡槽；变形观测

引言：水利工程补短板是新时期水利改革发展总基调之一，近年来，国家新建和改造了大量水利工程，发挥了防洪、灌溉、蓄水等作用。而渡槽作为水利工程常见的输水建筑物，多建设在山间洼地，地基为淤泥、黏土、砂砾石等，受建筑及自身荷载作用和输水流量变化影响，容易出现不稳定情况，造成渡槽结果发生水平和垂直位移等变形，给工程安全带来威胁，因此应加强变形观测管理。

1水利工程渡槽变形观测概述

在水利工程建设中，对渡槽等建筑物变形进行观测，主要是对建筑在荷载作用下产生的形状或位置变化进行观察和测量。建筑物变形种类很多，包含垂直位移、水平位移、倾斜、挠度、裂缝、收敛变形、风振变形和日照变形等。渡槽在运行过程中主要是对渡槽垂直位移和水平位移进行监测，确认渡槽在运行过程中的破坏情况，及时采取有效措施避免破坏进一步发展，确保渡槽结构保持稳定，从而预防安全事故发生。在施工中开展渡槽变形监测工作，能够及时掌握渡槽状态，完成水利工程设计方案验证，为后续工程设计、施工提供丰富经验^[1]。

2水利工程渡槽变形观测实践

2.1工程概况

漳河灌区位于湖北中部，是一座灌溉面积260万亩的大型灌区，建于上世纪60年代，所辖干渠建有9座渡槽。从1998年开始到2019年，漳河灌区实施了续建配套和节水改造建设，先后拆除重建了永圣等3座渡槽，新建渡槽设立了变形观测设施开始实施变形监测。

2.2观测方法

水平位移观测包括视准线法（活动觇标法和小角度法）、引张线法、边角交会法和真空激光准直法。永盛等3座渡槽采用视准线法（视准线长度一般不大于500米），即通过建立一条平行于渡槽中心线的固定不变的视准线，定期观测各位移测点至视准线的水平距离，计算其偏离值的变动情况，以确定各位移测点的位移量及其变化规律。每一测次应观测两测回，每测回包括正、倒镜各照准觇标两次并读数两次，取均值作为该测回观测值，记录时左岸为正，反之为负。垂直位移观测包括高等级水准测量、三角高程测量和真空激光准直法。永盛等3座渡槽采用高等级水准测量。高精度水准测量应依据工作基点和垂直位移测点所处的位置，拟定水准观测路线，每期测量路线应保持一致。测量路线大致有三种，分别为闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线，记录时下沉为正，上升为负。

2.3观测仪器

水平位移观测应采用J1以上高精度经纬仪，永盛等3座渡槽采用的是精度为2"的日本拓普康全站仪。垂直位移观测应采用S1以上高精度水准仪，永盛等3座渡槽采用的是瑞士LEICA LS15电子水准仪，配套2米铟合金条码尺。观测仪器应定期进行校验，必要时经计量单位或仪器生产厂家指定具有相关资质的维修机构进行鉴定，满足测量精度要求。

2.4观测站点设置

观测站点分为校核基点、工作基点和测点。校核基点作用是检验固定工作基点是否有变动。工作基点是指直接测定位移测点位移变化的较稳定的控制点。测点是指设置在渡槽上能反应变形特征的固定标志。水平位移观测采用视准线法时，应在渡槽进出口选择地质情况较为稳定的山体布设工作基点和校核点，一个工作基点布设至少一个校核点。渡槽上的监测点应在渡槽建设时预埋，每间隔80—100米设置一个水平位移测点，多采用强制对中觇标，设置一排监测点即可。垂直位移监测点要埋设在最能反映垂直位移特征且便于监测的位置，一般每一跨槽身设置1-2个垂直位移监测点，多设置于排架与简支槽身支点处。

2.5精度要求

水平位移观测参照《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178-2003）规定。视准线法采用型经纬仪进行观测时，强制底盘对中精度不应低于0.2mm，两测回观测值之差不得超过1.5mm，正镜或倒镜两次读数差不得超过2mm。在垂直位移观测上，利用工作基点进行槽身位移标点观测，可以按照《国家一、二等水准测量规范》（GB 12897-2006）要求，采用二等及以上水准测量精度实施监测，二等水准测量要求附合线路或环闭合差不超±0.6 或±8 ，n指的是测站数，L指观测路线长度（公里），每公里高差中误差不超±4mm。

2.6施测程序及步骤（以垂直位移观测为例）

2.6.1二等水准测量顺序

往测奇数站上：后—前—前—后

偶数站上：前—后—后—前

返测奇数站上：前—后—后—前

偶数站上：后—前—前—后

2.6.2二等水准测量主要技术指标：

视距≤60m、前后视距差≤2m、前后视距累计差≤4m、同一测站两次测量高差≤2mm

2.6.3测量步骤（以Leica LS15后前前后测序为例）进入主界面 → 程序 → 线路测量（注：程序） → F1设置作业（包括作业名、作业员、备注的拟定） → 继续 →限差设置 → F4 开始 → 线路测量（注：为测量作业，需要拟定名称、方法、点号、起始高程等。）→ 设置（将出现整平倾斜界面，检查水平是否居中。） → 继续 → 线路测量（包括测量、相机、编码、图形）→拟定测量起始基点的名称 → 相机 → 瞄准标尺 → 按触发键测得后视读数 → 测量 → 拟定前视点名 → 相机 → 按 触发键 测得前视读数.......→完成测量任务后，在界面中点2次 ↓ → 关闭 → 继续 → 输入 已知点 高程 → 继续（将会显示闭合的校核结论。）

2.6.4观测时应注意：使用数字水准仪，应将有关参数、限差预先输入并选择自动观测模式，水准路线应避开强电磁场的干扰。由往测转向返测时，两根水准尺必须互换位置，并应重新整置仪器。观测时要做到定人定仪器定线路。在以基准点为标准进行渡槽变形观测过程中，考虑到要求基准点达到较高稳定性，需要定期复测。

2.7观测结果及资料整编

水准测量完成后应对观测数据进行平差计算，数字水准仪可采用其自带的平差软件，生成高程平差成果表。渡槽变形监测获取原始观测数据后，必须进行科学的整理分析，找出变化规律及各种影响因素的相互关系，获得规律性认识，做出正确判断，以保证水利工程的安全、合理运用和科学研究提供依据。通过对测量结果进行处理，可以得到永盛渡槽从2019年9月初始观测到2021年11月的垂直位移观测数据，如表1所示。从结果来看，渡槽最大垂直位移值为-3.51mm，累计值为-2.99mm，均为正常。

表 1 永盛渡槽竖向位移观测结果（mm）

测点	2019/9/26 （1）	2020/11/4（2）	位移值(2-1)	2021/11/16 （3）	位移值(3-2)	累计值 （3-1）
1#	98.47389	98.47317	-0.72	98.47297	-0.2	-0.92
2#	98.40772	98.40604	-1.68	98.40553	-0.51	-2.19
3#	98.42362	98.42171	-1.91	98.42129	-0.42	-2.33
4#	98.38622	98.38413	-2.09	98.38385	-0.28	-2.37
5#	98.33082	98.3286	-2.22	98.32811	-0.49	-2.71
6#	98.28185	98.27975	-2.10	98.27888	-0.87	-2.97
7#	98.26302	98.2608	-2.22	98.26024	-0.56	-2.78
8#	98.21889	98.21671	-2.18	98.21590	-0.81	-2.99
9#	98.18862	98.18631	-2.31	98.18566	-0.65	-2.96
10#	98.14580	98.14338	-2.42	98.14342	0.04	-2.38
11#	98.10736	98.10459	-2.77	98.10509	0.5	-2.27
12#	98.12842	98.12541	-3.01	98.12595	0.54	-2.47
13#	98.04231	98.0388	-3.51	98.03951	0.71	-2.8
14#	97.98365	97.98032	-3.33	97.98097	0.65	-2.68
15#	97.95137	97.94791	-3.46	97.94853	0.62	-2.84
16#	97.89202	97.88899	-3.03	97.88950	0.51	-2.52
17#	97.86109	97.85859	-2.50	97.85926	0.67	-1.83
18#	97.81044	97.80816	-2.28	97.80902	0.86	-1.42
19#	97.79637	97.79463	-1.74	97.79538	0.75	-0.99

盐池渡槽于2019年重建，通过2020年初始观测到2021年观测结果，对水平位移观测结果展开分析，如表2所示，最大位移为1.5mm，未发生大的变形，满足工程建设管理要求。

表 2 盐池渡槽水平位移观测结果（mm）

测点	2020/10/9 (1)	2021/11/17 (2)	偏移值 (2-1)	累计偏移值 (2-1)
1	6	7.5	1.5	1.5
2	3.5	4.8	1.3	1.3

结论：在对渡槽变形进行观测时，主要是对水平和垂直位移的变化实施监测，需要结合不同时段采取不同的观测方案，保证结果可以达到较高精度要求。利用视准线法进行水平位移观测时，长度不宜过长，否则由于大气折射视准线容易出现飘移，存在观测误差。结合水利工程实际情况，应合理选择观测方法，做好观测点布置和明确观测精度要求，做到科学开展观测工作，为工程的安全运行提供保障。

参考文献：

[1]冷光辉,李勇,徐浩鑫,等.基于改进的模糊层次分析法的渡槽安全状态评价[J].四川水利,2021,42(06):115-118.

[2]李亮,田燕龙,赵伟华,等.变形监测在龙门垭拱式渡槽支撑系统的应用[J].四川水力发电,2020,39(01):9-12+20.