某大型输水渠道应急抢险措施及效果分析_陈妍.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期百家谭某大型输水渠道应急抢险措施及效果分析陈妍1，许伟伟2，刘晓东3（1.河南黄河水文勘测设计院，河南 郑州 450008；2.河南省人民胜利渠管理局，河南 新乡453100；3.河南省水利第二工程局，河南 郑州 450008）摘要：某大型渠道输水总干渠受短时间强降雨影响，局部渠段左侧一级马道出现裂缝险情，后发展至马道混凝土路面塌陷，衬砌板拱起破坏等。鉴于以上情况，疑似马道下部换填土体滑移，且有进一步发展的趋势，渠道边坡面临重大险情，需进行应急抢险处理。险情发生后，根据现场情况，分析了破坏原因，提出了综合应急抢险措施，采取了降水、压重以及通过控制闸抬升渠道内水位等方法，并结合现场布置的监测点分析了应急抢险措施的处理效果，对类似工程应急抢险有一定指导意义。关键词：大型输水渠道；应急抢险；措施及效果中图分类号：TV85文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0103-03Emergency Measures and Effect Analysis of a large-scale Water Conveyance ChannelCHEN Yan1,XU Weiwei2,LIU Xiaodong3（1.Henan Yellow River Hydrologic Survey and Design Institute,Zhengzhou 450008,China；2.People s Victory Canal Administrationof Henan Province,Xinxiang 453100,China；3.Henan Second Water Conservancy Bureau,Zhengzhou 450008,China）Abstract：The main channel of a large canal was affected by the short time of heavy rainfall,and part of the first grade bridleway onthe left side of the channel appeared cracks.Later,the crack developed to bridle road concrete pavement collapse,lining plate failure,etc.In view of the above mentioned situation,it is suspected that the lower replacement soil body was slipping,and there was a trendof further development.The channel slope was facing a major danger,and emergency treatment was needed.After the dangeroussituation occurred,according to the situation on the spot,the causes of damage were analyzed,the comprehensive emergency measureswere put forward.The methods of dewatering,pressing and raising water level in the channel were adopted.Combined with themonitoring points arranged in the field,the treatment effect of emergency measures was analyzed,which has certain guidingsignificance for similar projects emergency rescue.Key words：large-scale water conveyance channel;emergency rescue;measures and effects0引言2016年7月9日，豫北辉县突降特大暴雨，其中7月9日2时-11时降雨量达到429.60 mm。短时间强降雨过后，某大型输水渠道巡查人员发现200 m长渠段出现险情，主要为一级马道裂缝，后发展至马道混凝土路面塌陷，衬砌板拱起破坏等，鉴于渠道一级马道塌陷，衬砌板破坏严重，现场初步判断现浇混凝土衬砌下部换填土有移动情况，该段总干渠边坡有滑动的风险，急需进行应急抢险处理。1基本情况此次发生险情的渠段为全挖方区域，最大挖深26 m，位于渠道末端。渠道设计纵比降为1/20 000、底宽14.50 m、渠道内边坡自下而上依次为12.25、12.0、11.75、11.5；设计水深7 m，加大水深7.55 m，渠底高程为92.7692.72 m。一级马道高程101.82101.77 m、宽度5 m，一级马道以上以上高差6 m设置2 m宽马道。该渠段一级马道以下衬砌采用现浇混凝土，渠底及渠坡厚度分别为8 cm和10 cm，混凝土抗压强度C20、抗冻标号F150、防渗标号W6，衬砌分缝间距4 m，缝宽2 cm，分缝内部采用双层结构，上层为聚硫密封胶，下部闭孔塑料泡沫板；采用渠底2 cm，渠坡2.50 cm的保温板作为防冻胀措施；采用铺设600 g/m2复合土工膜（两布一膜）进行防渗；渠底及两侧渠坡各设置一排逆止式排水器作为排水措施。一级边坡以上坡面设置纵横向排水沟，采用混凝土矩形槽形式，渠道一级马道以上内坡坡面防护采用菱形框格做骨架，配合混凝土六角框格内部植草进行防护。渠道左岸绿化带外部设置截流沟，沟底宽2 m，边坡11.5，采用浆砌石护砌，厚度0.30 m。在渠道开口线以外，截流沟内侧，设置防护，堤顶宽度3 m，边坡11.5，临水侧采用0.30 m厚干砌石防护。此渠段为上部土下部岩的双层结构，渠坡地质岩性为黄土状重粉质壤土、粉质粘土，局部卵石和粘土岩，渠底板附近地质岩性为卵石层或粘土岩，由于渠段内分布有砂卵石和具有粘土岩层（具膨胀性），工程采用换填的处理措施，其中砂卵石地层换填厚度3.70 m，粘土岩渠坡、渠底换填厚度分别为1.40 m，1 m，厚度均为处置坡面厚度。根据施工期地下水位复核成果，地下水位升高，施工期采103河南水利与南水北调 2023年第2期百家谭用了在砂卵石地层换填层下方铺设排水管网，并通过与排水管网相连接的pvc波纹管将水排入渠道内的方案，pvc波纹管在渠道运行前采用混凝土封堵，其中纵、横向集水管间距4 m和8 m，pvc波纹管间距8 m，集水管和波纹管直径均为150 mm。2现状破坏情况2016年7月9日强降水过后，7月11日渠道北侧一级马道沥青混凝土路面出现顺水流方向裂缝，此后裂缝扩大，路面产生局部塌陷。路面下部为换填土体，局部换填土体与路面脱空；部分地下水沿路面与换填土体间隙流入渠坡混凝土衬砌板下部，设置于一级马道封顶板外侧的路缘石有翻转情况。一级马道以下内坡现浇混凝土衬砌板有滑移及拱起的情况，随后潜水员进行水下排查，发现水下渠坡混凝土衬砌易有变形、拱起状况，隆起高度最高约4050 cm。险情渠段长度约200 m，范围内路面塌陷区域共3处，塌陷严重段路面塌陷深度达2070 cm，沥青路面整体向渠道内滑移约20 cm，后对沥青路面进行开槽探测，发现路面在靠近渠道路缘石的一侧基本是脱空状态。相应渠段渠道衬砌下滑，遭严重挤压破坏，渠段二级边坡部分坡脚存在洇湿。3破坏原因分析首先是地下水位上升，该区域地下水位在初设阶段高于渠底板02.50 m。2016年7月9日，遭遇历史极值暴雨后，砂卵石层地下水位急剧升高。从初期一级马道排水孔冒水情况判断，局部存在承压水；从现场二级边坡洇湿情况判断，险情段地下水均高于一级马道高程，最高处约高出 2 m，地下水高程101.81103.81 m，远远超过设计采用的地下水位值。其次，现场潜水员对渠道衬砌逆止阀排查中发现，逆止阀没有工作，地下水位突升使衬砌后积水不断增加，水压不断加大，后造成衬砌破坏。4应急抢险措施结合现场实际情况，应急抢险处理原则和目标为：已发生的局部衬砌破坏现象不再恶化，避免出现新的衬砌破坏等现象。采取的应急抢险现场处理措施如下：4.1降水措施在应急抢险期间通过排水孔和降水井联合排水，将险情段左岸地下水位降至运行水位以下。采取的降排水措施主要通过在左岸一级马道纵向排水沟设置竖向排水孔，在左岸林带位置设计降水井，从而将左岸地下水位降低至渠道运行水位。4.1.1排水孔在抢险渠段左岸一级马道外侧的纵向排水沟下部设置垂直于底板的排水孔，排水孔外径150 mm，孔深以深入卵石层下部土层1 m为准，排水孔间距约10 m，局部破坏严重的部位适当加密钻孔，排水孔内置UPVC花管，设置小型水泵抽取孔内水至总干渠。4.1.2降水井为降低渠坡地下水位高程，根据现场的地质纵剖图，在左岸截留沟和防护堤之间的林带设置降水井，降水井底部高程需穿过透水层（卵石层），深入下部粘土岩层，根据地质情况，现场布置5口降水井，降水井内径0.40 m，井深约25 m，井内设置潜水泵抽排。4.2压重措施应急抢险段约200 m范围内一级边坡衬砌已经发生明显变形位移，为防止进一步恶化发展，对该区域衬砌面板进行压重保护。本渠段边坡自上而下共分6块衬砌板，压重采用碎石袋进行水下码放，从渠道底板自下而上至坡面衬砌板依次码放。碎石袋压重保护方式如下：破坏程度较轻的约50 m渠段，自下而上第1块衬砌板码放3层石子袋、第2块码放3层、第3块码放2层、第四块码放2层。破坏程度较重的约150 m渠段，自下而上第1块衬砌板码放5层石子袋、第2块码放4层、第3块码放3层、第四块码放2层。4.3抬升渠道水位通过水位调度，逐步抬升险情渠段运行水位，抢险期间对险情段下游节制闸闸门采取临时锁定装置。控制闸相应进口水位（设计水位99.65 m，加大水位100.18 m）变化情况如下：自险情发生时至7月13日，渠道运行水位98.92 m。7月13日开始通过节制闸调控，7月18日渠道运行水位99.35 m。7月18日下闸调控渠道水位，7月19日渠道运行水位99.98 m。7月28日现场抢险工作基本结束，险情渠段左岸地下水位99.4699.59 m，此后逐步降低渠道运行水位。4.4加强工程巡查和安全监测工作4.4.1加密工程巡查加强、加密险情渠段巡查，应急抢险期间现场巡查分2组，每组2人，巡查频次为每天2遍。主要巡查内容：查看一级马道部位混凝土衬砌板横向缝、聚硫密封胶、排水系统、渠坡渗水等情况；二级马道以上人员主要查看渠道内坡有没有隆起、沉陷，有无较大裂缝。4.4.2加强安全监测在险情段左岸二级马道及堤顶位置共布设9个安全监测断面；左岸一级马道路缘石内侧封顶板上每隔40 m布设1个监测断面；在右岸一级马道的封顶板上部共布设10个监测断面进行变形监测；左岸险情严重的塌陷区设置5个监测断面；左岸一级马道上设置11个安全监测的探坑。4.5其他措施为保证应急抢险工作顺利进行，采取以下辅助措施：在渠道内设置水上移动作业平台，缩短碎石袋的运输距离，加强碎石袋的抛投强度。对塌陷的一级马道和边坡采取防雨布覆盖的措施。对水下隆起破坏的衬砌板进行破拆处理，破拆前在一级马道以上边坡上设地锚，通过钢丝绳牵拉衬砌板，防止滑塌。5抢险后渠道边坡现状分析5.1渠段衬砌应急抢险时在渠道左岸一级马道路缘石内侧封顶板上每隔40 m布设1个沉降监测断面，用于监测渠道衬砌状态，共设置21个监测断面、22个沉降监测点。测点采用刻画十字丝的不锈钢标芯在封顶板钻孔安装方式埋设。根据左岸一级马道封顶板沉降测点过程数据分析，累计沉降量最大的区域累计沉降量为9.60 mm。从变形过程线分析，至9月30日，最近20天变化速率为0.01 mm/d，可以判断基本处于稳定状态。5.2换填土体应急抢险时在左