水利工程施工安全监测技术应用

引​言

水利工程是经济发展的重要设施，其施工质量与安全对社会的发展和人民生命财产安全就重要关联。基坑施工是水利工程中的重要环节，在对基坑进行施工过程中，会受到多种复杂因素的影响，包括施工环境、地质条件复杂等，进一步提高了安全风险。基于此，将水利工程基坑施工安全监测技术应用其中具有重要作用。本文将珠江三角洲水资源配置工程土建施工工程作为实际案例，对基坑施工安全监测技术的应用展开了研究与分析，提高提高相关工程施工的质量与安全。

1​工程概况

珠江三角洲水资源配置工程 Φ_c2 标段，主要由输水干线沙溪高位水池与罗田水库段两部分组成，在施工过程中有多项环节与水利工程基坑施工安全息息相关，同时，为基坑施工安全监测技术提供了应用场景。

在该项工程中，需要将基坑施工安全监测技术应用在关键部位中，由于部分部位地处环境较为复杂，地质条件差，导致施工难度大，在利用基坑施工安全监测技术时需发挥技术的优势，对监测对象进行实时掌控，把握施工的进度，确保施工的安全。

针对普通隧洞段，在施工过程中需要根据设计施工图纸进行监测，确保施监测技术符合相关标准。[1] 对收敛变形和拱顶沉降监测时，首先对围岩的类别进行勘察检验，其次设置监测点。总的来说，在监测过程中，需对断面的间距进行监测判别，要对围岩进行分类监测，依据围岩的实际情况进行判断，利用监测技术获取的数据，对监测方案进行优化。对断面进行收敛变形观测过程中，需要在每个断面设置三个监测点以上，确保监测数据的准确性和精准度，为后续基坑施工安全提供数据保障。

2​工程监测配置

2.1 人员配置

对该工程进行监测时，设立了专门的监测人员体系，如果在施工时遇见监测问题可联系专业监测团队，由专业团队解决工程施工监测难题，有效保证监测工作的专业性。在进库闸及量水间的关键区域中，需采取双监测模式，分别由本单位的监测组和业主委托的第三方机构即珠江三角洲水资源配置工程安全监测项目部进行基坑施工工作的监督和审核，通过双份监测的数据比对，对监测结果进行判断。对龙大高速段进行监测时由于交通环境较为复杂，需委托第三方机构进行施工监测，确保该路段施工监测的专业性和有效性。

2.2 监测设备配置

为了进一步提高监测的准确性和精准度，在该工程监测中，配备了监测设备，有专业装备的辅助能提高监测数据的准确性，同时有效完善监测体系，具体配备可参考表 1。配备的监测设备主要包含了垂直沉降、水平位移、净空变化等相关监测指标，通过监测设备的应用，进一步扩宽了监测覆盖面，满足了不同围岩等级的需求，进一步提高了监测的精准度和准确性，为后续施工安全提供精准的数据支撑。

表1 监测设备的配置数据

2.3 监测方法

在监测过程中，需要采用科学合理的监测方法，并遵循相应的监测流程，如施工- 监测-分析- 反馈的有序流程（图1）。首先，利用相关技术和设备对数据进行收集；其次，将收集的原始数据进行处理和分析，对围岩结构变形进行判断；当数据处于正常范围内时需继续施工，一旦出现异常状况，需立即停止施工作业，并采取相应的整改措施，随后进行二次监测，确保监测结果的准确性。该监测工作的科学流程极大提高了监测与施工之间的关联度。

图1 监测流程

在实际操作过程中，需根据监测目标对监测方法进行调整：对隧洞进行监测过程中，重点关注水平收敛和拱顶下沉，可根据围岩的等级，对断面的监测点数量进行设置；对地表沉降进行监测过程中，可根据埋浅深度、地形特征对监测点进行调整；对进库闸及量水间进行监测过程中，可借助相关仪器进行巡查监测，根据灌注桩位移和地下水位等相关指标，对监测点进行布置。在检测过程中，可根据施工的进度，对监测频率进行调节，进一步确保监测数据的准确性和有效性，为施工安全决策提供数据保障，以下将对该工程的施工监测技术展开探讨。

3​监测技术

3.1 全站仪监测技术

在监测过程中，可利用全站仪监测技术，对该工程中的水平收敛和拱顶下沉进行测量。全站仪检测技术将光电测距和角度测量技术集为一体，进一步提高了监测的精准度。其中，徕卡全站仪 TZ08 监测范围较广为 1.5m-1200m 、精度较高为 2mm+lppm1，在监测过程中，可及时获取高精度的三维坐标。对于隧洞进行检测时，可根据实际需求对监测点进行调节布置，可借助全站仪对监测点的位移变化进行实时监测，从而对水平收敛值和拱顶下沉量进行计算。该技术的应用极大提高了测量的速度和精准度，实现了数据收集的自动化、监测效率的高效化。[2] 在具体操作过程中，专业人员对隧道断面进行监测时，可利用预射反射棱镜进行观察判断，并借助三角测量原理对坐标变化进行计算。在该工程监测过程中，针对Ⅲ类至Ⅴ类不同围岩地段，可借助全站仪监测技术，对断面的需求进行调节。同时，全站仪监测技术可与数据管理相结合，将收集的数据经过数据管理系统自动生成变形曲线和趋势分析报告，为后续施工提供了数据信息保障，从而有效降低了围岩坍塌的风险。

3.2 水准仪监测技术

水准仪监测技术一般适用于地表沉降监测，在该工程监测过程中采用徕卡水准仪 LS10水准仪，其监测的精准度可达 0.3mm 。水准仪在检测过程中，借助平视线原理对地面之间的高差进行测量，经过监测点的多次测量可对高程变化进行判断，从而反映地表的沉降状况。在使用该仪器过程中，需要根据相关的规范流程进行操作。此外，需要将该技术与条码钢钢尺进行结合使用，从而提高测量的精准度。为了严格确保测量的精准度，对地表沉降进行监测时，需构建三级控制网，将校核点、基准点、工作点进行结合，一般基准点设置在远离施工区域的平稳地带，通过定期的监测判断基准点的正确性。[3] 在部分敏感区域，如在下穿枫树坑水库库尾段，在测量时需注意往反侧为标准，测量过程中每测站数为偶数，防止测量过程中出现误差。在测量不同类型的路面时，可利用水准仪监测技术获取监测数据，对平整度的迫降控制值进行判断与设置，一旦沉降的速度靠近 3mm/d 需提高，监测的频率，确保对地表评估结果的准确性，同时，为后续的施工需求提供相关数据。

3.3 数显收敛仪监测技术

数显收敛仪一般适用于隧道净空收敛，在该工程施工过程中选择 20 米数显收敛仪，该收敛仪的测量范围为 0-20m ，测量精度为 0.06mm， 。数显收敛仪利用张紧的钢尺对观测点的距离变化进行测量，从而对隧道的净空收敛值进行计算。数显收敛仪的优点在于精准度高、操作简单、读数直观等，可对隧道围岩的变形状况进行精准描述。对隧道进行施工时，可利用数显收敛与与全站仪进行相结合监测，实现二者的优势互补；在监测过程中，可根据关键部位对断面监测点进行设置，技术人员可讲仪器设置在监测点两端，利用数显屏对数值进行展示，对一个监测点需重复三次监测并提取其平均值，从而减少误差。对Ⅴ类围岩及断层破碎带，需提高监测的频率，一旦监测值达到净空收敛控制值范围内的 85% ，需立即停止监测，并采取相应的措施进行调整。[4] 同时，可将数显收敛仪收集的数据与拱顶沉降的结果进行比对，对围岩变形的状况进行判断。

3.4 超前地质预报技术

为判断地质及支护状况，可采用超前地质预报技术，该技术主要分为顺变电磁法和地震波法。顺便电磁法通过地下介质的电磁传感差异，对地下地质构造和杂质进行判断；地震波法通过地震波在不同介质中的不同传播速度对地质状况进行判断。[5] 将两种技术相结合，并运用在地质判断、支护阶段，极大提高了监测的效率和质量，并为潜在的地质灾害提供信息保障，从而降低地质灾害风险、为施工方案和支护参数提供数据及信息支撑。在该工程实施过程中，利用超前地质预报技术并遵循开挖循环跟进原则，在开挖隧道时，利用顺变电磁法对隧道地质状况进行勘探，并对富水断层和软弱夹层进行判断；在开挖后，借助地震波法对围岩的完整度进行判断。在复杂区域如下穿鱼塘段，可利用超前地质预报技术，对透水层的分布进行判断。在龙大高速施工过程中，将地质雷达与地震波法相结合，对岩层的裂隙发育带进行监测判断，防止在施工过程中对该岩层造成破坏引发路面沉降。

3.5 测斜技术

为监测进水闸和量水间的变形状况，利用侧斜技术对生产水平位移进行监测。测斜技术主要是将测斜管埋藏在灌注桩和土体中，利用测斜仪对测斜管的位置及导向进行判断，从而获取相关的水平位移数据。该技术在监测过程中可对支护结构和土体的深度变形状况进行判断，为基坑的稳定性提供了数据支撑。[6] 在安装测斜管时，区域灌注桩的轴线相平行，并将测斜管的底部插入岩层中，利用保护盖将管口密封。在实际检测过程中，将测斜仪探头以匀速的速度放置，每隔 0.5m 对数据进行记录。在深度较大的区域测量中，需要将测斜数据进行整理，并进行分层分析；当测斜数据为 0-5m 表明基坑的边坡较为稳定。一旦发现某一深度的水平位移增速较为异常且累积量达到 30mm，并在巡查过程中发现支护裂缝时，需立即采取边坡稳固措施。

3.6 地下水位监测技术

在该工程施工过程中，利用地下水位监测技术对地下水位进行判断。地下水位监测技术首先将测压管埋藏在基坑周围，其次，通过对管内水位的变化，对地下水位的升降进行判断。地下水位对施工中边坡的稳定性具有重要影响，但地下水位超过标准值，可能造成边坡定性失效。对于地下水位进行监测过程中，利用地下水位监测技术获取的相关数据，对地下水位值进行判断，从而采取相应的解决措施，如止水、降水等。[7] 测压管在埋设过程中，需要遵循沿基坑周边均匀分布的原则，在进库闸基坑周围按照一定的比例进行填埋，其中，管底在含水层的 1-2m ，管口离地面 0.5m_⨀ 。在监测过程中，可借助水准仪对管内水位高度进行测量，需要根据固定的频率进行观测，一旦发现地下水位日涨幅量达到 500mm 时，是立即采取相应措施对教学金的状况进行判断，防止出现过度降水造成地面沉降的现象；一旦水位增长时，需立即发出警报，并对水位增长趋势进行判断，同时，采取相应的措施进行排水。

3.7 应力监测技术

在进库闸及量水间监测过程中，可利用应力监测技术进行判断。其中，可借助振弦式锚索测力计对锚杆的内力和支撑主力进行监测，通过高弦振动的频率判断其受力的大小。应力监测技术的优点在于稳定性强，干扰能力强，精准度高等。[8] 为了判断支护结构的受力状况，可根据锚杆和支撑应力进行判断，从而为后期支护结构的设计优化提供信息保障。正弦式锚索测力计主要运用在锚杆和围檩接接口处，首先，在安装之前对测力计的率定进行校验，其次，监测过程中利用专业的读数仪对运动频率数据进行收集，从而对实时应力值进行计算，并将数据传输至监测平台。在该工程检测过程中，在进库闸基坑设置了九只锚索，并在早中晚对监测频率进行记录，一旦应力值达到设计范围内，需立即反出警报，并利用数据监测平台进行评估。当遇见紧急天气状况时，需提高监测的频率，加强对锚索应力的关注，一旦出现突增骤降的现象，需立即采取相应的措施对锚杆进行固定。

4​监测方法及工程检测要点

图2 洞身监测布置断面图

该工程监测工作需要保持施工- 监测- 数据分析 - 安全判定- 动态调整的工作流程：在施工时对施工各环节进行监测，将监测的数据传输至相关平台，对数据进行分类整理，并对数据的安全性进行判断，一旦数据存在风险，需立即采取相应的措施，对施工方案进行优化整改。[9] 同时，将整改过后的工作流程进行重新监测，进一步提高监测的质量和精准度，实现对工作流程、状态的实施监督。根据监测区域的工作流程需采取相应的监督方法，具体要点如下：

4.1 下穿枫树坑水库段专项监测

针对该区域的监测，须以隧道结构变形和地表沉降为工作重心，实现对该区域地质条件的实时监督。为检测该区域水平收敛和拱顶下沉状况，需借助全站仪监测技术，对断面间距进行控制，并采用水平仪测量技术对地表沉降的监测点进行判断；针对地质及支护状况的检测，可利用瞬变电磁法和地震波法，对开挖前后的支护状况进行预测，从而判断岩性、结构面及支护裂缝等不良现象。设置检测点：在隧道监测断面中需每隔 10m 设置5 个收敛监测点和沉降测点如图 1 ；其中，在地表沉降库尾中心设置三个监测点，在道路两旁各设置一个监测面，并将工作点、基准点、校核点设置在平稳地带，根据地形实际需求进行调节控制。其中，频率与控制标准参考表2、表 3AA

表2 按距开挖面距离确定的观测频次

表3 按位移速率确定的观测频次

4.2 下穿龙大高速段专项监测

对下穿龙大高速段进行专项监测过程中，为确保交通设施安全，在监测过程中实行洞内自监 + 地表委外的方式，其中，断面间距每隔 10 米设置监测点，需要控制开挖面的距离与位移速度的平衡。地表监测由第三方进行实施，在监测过程中，须有第三方单独上交监测方案，同时，需要加强对高速路面沉降及结构的监督，防止路面发生坍塌对交通运行及安全造成影响。

4.3 下穿鱼塘段专项监测

在下穿鱼塘段进行专项监测过程中，对于该监测段地质条件较为复杂，需严格监督隧洞结构的稳定性和地质警报。在监测过程中，首先借助全站仪监测拱顶下沉和水平收敛的状况，其次，借助超前预警和现场观测对地质及支护状况进行判断。对该段进行专项监测过程中，需遵循枫树坑水库段的施工顺序。[10] 同时，需要设置监测点，对监测频率进行调节控制，具体数据参考表2、表 3。

5 监测质量保证措施

4.4 进库闸及量水间专项监测

对进库闸及量水间进行专项监测过程中，需利用仪器监测 + 巡视检查的监测方式，实现第三方与土建单位协商实施。在监测项目与设备选择方面 ， 需由第三方对地下水位、应力、变形等参数进行监测；土建单位需着重加强基坑水平位移和沉降的监督，在开挖之前，需要将开挖点与构筑物地段相靠近，并根据一定的比例设置监测点，该项目的监测过程中，需借助水准仪和全站仪进行协调测量。巡视工作需派专业人员对支护结构的质量、周边环境、施

综上所述，在各个区域进行监测时，需根据具体项目设置点位和频率，确保各个环节施工的稳定性和安全性，进一步提高了基坑施工关键风险的防控，同时，为后续施工安全提供了数据和信息依据。

5.1 建立预警联动核查机制

工工况和监测设施进行勘察检修，确保各个环节的正常运行。频率与报警值：在监督过程中，需根据实际开挖深度对监测频率进行调整，报警值需根据具体情况进行设置，当灌注桩深层水平位移为 30mm ，一旦日均增长量在3mm 以上，需立即采取措施预防控制。

为了进一步确保监测质量，特地组建了预警联动核查机制， 根据监测应急的等级实现了分级响应，一旦在监测过程中数据达到三级防控预警指标，需立即采取相应措施，并由相关单位对数据进行校验，对数据进行核查分析，确保测量数据的准确性和精准度。

5.2 实施动态监测方案校准

在实施动态监测方案过程中，根据“可根据地质围岩变化进行调整的原则”，对施工进度和地质状况进行勘察与检验，同时点数量和断面间距进行校验。[11] 比如，在监测过程中发现断裂层破碎带的围岩发生变形，同时变形速度不断增长，此时，需根据动态监测方案对其进行加密断面处理。

5.3 强化监测设施保护与标识管理

为加强对关键设施的保护，需根据监测设施巡视检查的标准，对设备进行检查，点关注测斜管、基准点、测压管等各类关键设施，防止受到施工的干扰。可在施工周围设置防护栏和警示标志，提醒施工人员，并对设施的状态进行记录。在检测过程中，一旦发现异常状况，需立即采取相应的措施，防止对数据的延续性造成破坏。

5.4 加强安全措施

对于工程监测工作进行安全保护过程中，首先，以预防为关键点，提高监测人员的安全管理意识，防止对监测工作造成影响。此外，在施工周围设置警示牌，让相关监测人员配备警示牌或警示服，实现施工环境的安全管理。在该工程的监测过程中，监测人员需遵循珠三角供水公司和项目部安全文明生产管理的条例，确保施工过程中的安全上岗。同时，在施工前、施工中、施工后需对施工环境进行检查和清除，防止在施工阶段出现安全事故。[12] 项目负责人和各部门管理人员须对现场的安全进行监督，一旦发现不符合安全规定的人员和施工场地，需立即进行停工整改，对于情节较严重者可进行处罚，从而增强监测人员和相关部门的安全意识。

结论

珠江三角洲水资源配置工程基坑施工安全监测过程中，从多方面进行管控包括人员设备配置、监测方法、质量保证等，极大提高了施工安全的管理。通过对施工流程的全方位把控并遵循相应的施工原则，进一步提高了监测的质量与效率。通过对该工程的实践结果显示，先进的技术和体系能够有效提高水利工程施工安全管理，同时，为同类水利工程施工安全提供了技术和数据保障。

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