刘晓娜，肖俊和，任泽俭

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

南水北调东线一期山东段工程是国家性的战略基础工程，主要建筑物是穿黄河隧洞。工程运行6 a来，在安全监测方面积累了丰富的实测数据，根据建筑物工程特点、运行性态，分析实测资料的连续性、稳定性和可靠性，结合特征值及时空规律分析，研究确定监控指标，以达到实际运用时能及时发挥预警预报的目的[1]。本文选取穿黄河隧洞洞身为研究对象，重点分析混凝土应力应变时空变化规律和特点，确定监控指标[2-4]，为类似工程安全监测指标拟定提供借鉴。

1 工程概况

穿黄河工程是南水北调东线的关键性、控制性项目，位于山东省东平和东阿两县境内、黄河下游中段，工程等别Ⅰ等。工程从东平湖引水，经南岸输水干渠、穿黄河隧洞、北岸穿引黄渠埋涵，至鲁北输水干渠，总长16.89 km[5]。

穿黄河隧洞工程于2008年3月1日正式开工建设，2012 年8 月底前完成全部主体工程建设任务，2013 年 6 月 10 日试通水，2013 年 11 月 15 日正式通水，至今已安全运行近6 a。

2 安全监测资料分析

穿黄河隧洞在河底寒武系灰岩中开挖，洞身包括南岸竖井、过河平洞、北岸斜井及进、出口埋管，总长585.38 m。隧洞衬砌采用钢筋混凝土结构，为圆形断面，内径7.50 m，全洞固结灌浆。洞身共布设4个永久监测断面，A-A 断面用于施工期监测，位于隧洞垂直竖井段；在隧洞斜井段布置B-B、C-C、D-D 3个断面，分别设在地质条件较差的F12、F11、F3断层破碎带处。同时，分别在隧洞顶部、底部及两侧位置布置4支环向应变计，在隧洞底拱45°位置设1支无应力计。两者测值相减即得到混凝土的实际应力应变值，本文以B-B 监测断面为例分析穿黄河隧洞洞身混凝土应力应变监控指标的确定。

2.1 应变特征值分析

B-B 断面无应力计T-N201 的数据在2018 年3月15日出现180 με的骤减，后期也未有恢复。通常来说，2～3 a以后混凝土的无应力应变基本稳定，该段突跳数据视为异常。受无应力计影响，B-B 断面应变计自2018 年3 月15 日之后的数据均不参与统计。穿黄河隧洞洞身B-B 断面混凝土应变特征值，详见表1。由表1可知，B-B断面右侧混凝土以受压为主，压应变在150 με 以内；左侧混凝土最大拉应变 106.24 με（2017 年 7 月 14 日）；底部 T-S203 处应变值最小至991.91 με，最大达2 664.02 με，已远远超过仪器量程，测值不可信。

2.2 应变时空规律分析

与钢筋应力变化规律类似，隧洞衬砌混凝土应变在调水年度内的变幅明显大于未调水年度。局部混凝土在2018年3月15日出现明显受拉现象，应变测值远高于历史同期水平，这一点与钢筋应力监测成果一致。B-B断面总应变在该时段明显受拉，出现台阶式突增，且与前期整体水平存在明显差异。经统计，2018年3月1—15日，在本年度调水之前，洞内各支应变计的温度测值均出现了2℃以上的升高。温度普遍升高、应变突增和钢筋应力监测成果互相印证，说明该时段内隧洞确实经历了某种荷载，导致衬砌应力发生改变。

表1 穿黄河隧洞洞身B-B断面混凝土应变特征值统计

3 监控指标确定

隧洞混凝土应力应变与环境量相关性不大，在2018年3月15日也有多处出现明显受拉现象，与钢筋应力监测成果一致。穿黄河隧洞工程设计报告中，衬砌按限裂设计，允许裂缝宽度为0.2 mm，混凝土强度等级C25，未见混凝土应力应变允许值要求。但从实际预警应用角度出发，参考混凝土结构设计规范，C25强度等级混凝土的弹性模量为2.80×104N/mm2，轴心抗拉强度标准值为1.78 N/mm2，依此计算出混凝土发生开裂时的应力应变约为64 με。因此，针对隧洞洞身混凝土应力应变，其监控指标统一设为64 με。

4 结论

南水北调东线穿黄河隧洞工程安全性关系整个工程供水系统的稳定。随着通水运行后混凝土应力应变工程监测数据的积累，确定监控指标，提高评估和预测抵御可能发生荷载的能力，发挥预警预报的作用，对维护工程安全稳定具有重要意义。