金寨500KV變電站變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析

谷玉寶 萬(wàn)磊 王旭東

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司 安徽合肥 230022)

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大，變電站的修建已經(jīng)成為電力建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。變電站的修建必然產(chǎn)生邊坡變形，邊坡的形成常伴隨著位移變形[1]。溫度、降雨、地質(zhì)條件以及變電站的荷載等作用，容易使變電站產(chǎn)生較大的沉降變形[2]。盡管變電站在設(shè)計(jì)過(guò)程已經(jīng)充分考慮了可能產(chǎn)生的變形程度，但范圍內(nèi)的變形過(guò)大、過(guò)快或相對(duì)不均勻的變形，也會(huì)影響變電站設(shè)備的相對(duì)位置，甚至影響變電站的正常運(yùn)行。因此，加強(qiáng)變電站工程的沉降變形監(jiān)測(cè)，既是不斷提升變電站工程質(zhì)量和管理水平的要求，也是確保電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求和重要保障。

邊坡監(jiān)測(cè)，主要是使用己有的技術(shù)手段，安裝埋設(shè)相關(guān)的儀器設(shè)備，對(duì)邊坡巖土體的實(shí)際狀況及其穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的過(guò)程[1]。邊坡監(jiān)測(cè)的意義在于提供邊坡位移和變形等變化規(guī)律，判斷邊坡的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)邊坡變形發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)采取加固措施，以確保邊坡安全[3]。利用精密大地測(cè)量方法，選擇合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，是進(jìn)行邊坡變形監(jiān)測(cè)工作的前提條件。點(diǎn)位的選址，不僅要考慮變形監(jiān)測(cè)設(shè)備儀器的觀測(cè)方式，還要能夠反映邊坡變形的特征與趨勢(shì)[4]。目前已經(jīng)有學(xué)者在該方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，如：趙志峰[5]在邊坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，提出結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件在潛在失穩(wěn)部位設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布點(diǎn)方法；鄧賢國(guó)[6]通過(guò)分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移與強(qiáng)度折減系數(shù)變化規(guī)律，提出了根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)優(yōu)化布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方法。

本文擬通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地形現(xiàn)狀，根據(jù)精度要求以及工程本身的需要，對(duì)站區(qū)內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，制定監(jiān)測(cè)方案，為保障變電站安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。

1 工程概況

1.1 監(jiān)測(cè)范圍

本次監(jiān)測(cè)對(duì)象為安徽六安金寨500千伏變電站，其位于安徽省六安市金寨縣油坊店鄉(xiāng)何沖村，S209省道東側(cè)約0.5km處。該區(qū)域地貌屬大別山低山帶與江淮丘陵帶交接地區(qū)，微地貌為崗地和部分崗間洼地，地形起伏較大，總體地勢(shì)為西北角與南側(cè)低，為崗間洼地，東北側(cè)以及中部均為起伏的崗地(山地)，地表以茶園、竹林以及少部分菜地為主。東南側(cè)有一水塘，地勢(shì)稍低，水塘水深1.0m～1.8m，塘內(nèi)淤泥厚度約0.5m，據(jù)調(diào)查該水塘為沖溝攔壩形成。站址一次性征地，平坡式豎向布置，總體朝向?yàn)楸逼?5°，總用地面積4.35hm2，圍墻內(nèi)占地面積2.92hm2，地面高程為155.20m～192.80m，站址設(shè)計(jì)標(biāo)高為171.50m。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，該區(qū)域淺部巖土體以第四系上更新統(tǒng)沖積、殘積成因的粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘性土等為主，下伏為青白口紀(jì)的閃長(zhǎng)巖。場(chǎng)地地層從上至下依次如下：

①粉質(zhì)粘土(Q4al)：稍濕，可塑偏軟，局部含少量礫石，淺部地表有厚度約0.3m的耕土，主要分布在站址區(qū)域地勢(shì)較低的半山坡和洼地處，厚度不均。

②砂質(zhì)粘性土(Q4dl)：灰黃、褐黃色，稍密，濕，含少量石英顆粒，淺部含大量植物根系，孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，沖溝及低洼地帶分布廣泛，山坡上較薄，厚度不均。

③層閃長(zhǎng)巖(K)：棕黃、褐黃色，全風(fēng)化，局部可見(jiàn)原巖構(gòu)造，多數(shù)風(fēng)化成致密砂、土狀，局部可見(jiàn)層狀及片狀結(jié)構(gòu)，站址內(nèi)廣泛分布。

④層閃長(zhǎng)巖(K)：棕黃、褐黃色，強(qiáng)風(fēng)化，中粒結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)層狀及片狀結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，巖節(jié)理面可見(jiàn)次生礦物，由粘性土填充，站址內(nèi)廣泛分布。

⑤層閃長(zhǎng)巖(K)：深灰、青灰色，強(qiáng)～中風(fēng)化，裂隙發(fā)育，可見(jiàn)石英巖脈，巖芯呈短柱、柱狀，錘擊聲脆，屬硬質(zhì)巖。

2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)

本文監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象為金寨縣500kV變電站的邊坡及其周?chē)膿跬翂?，旨在通過(guò)對(duì)邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，為防止邊坡可能產(chǎn)生的滑動(dòng)和蠕動(dòng)變形提供技術(shù)依據(jù)，通過(guò)變形數(shù)據(jù)分析邊坡的位移和沉降的變形規(guī)律，從而判斷邊坡的穩(wěn)定性?；耍鶕?jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)中邊坡工程的安全等級(jí)、地質(zhì)環(huán)境、邊坡類(lèi)型、支護(hù)結(jié)構(gòu)和變形控制要求，選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以及項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)，如表1～表2所示。

表1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

表2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值一覽表

2.2 監(jiān)測(cè)周期

該工程邊坡監(jiān)測(cè)，根據(jù)邊坡建設(shè)、施工以及竣工后運(yùn)營(yíng)等各個(gè)時(shí)期的不同特點(diǎn)，基于不同的階段采用不同的周期，不同的變形量采用不同的周期：前期變形量大、周期短，后期變形量小、周期長(zhǎng)的原則。監(jiān)測(cè)周期采用以下方式：

(1)邊坡施工階段：挖、填方邊坡監(jiān)測(cè)，待邊坡基本成型，監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完成后具備監(jiān)測(cè)條件時(shí)開(kāi)始；擋土墻墻頂水平位移監(jiān)測(cè)，待擋土墻施工成型，監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完成后具備監(jiān)測(cè)條件時(shí)開(kāi)始；施工初期，第一周每天監(jiān)測(cè)一次；如果邊坡基本穩(wěn)定，一周后改為每周監(jiān)測(cè)一次。

(2)邊坡及擋土墻竣工后至樁基施工期間：按每周監(jiān)測(cè)一次；若連續(xù)監(jiān)測(cè)一個(gè)月后發(fā)現(xiàn)邊坡變形很小時(shí)，延長(zhǎng)至每?jī)芍鼙O(jiān)測(cè)一次。

(3)樁基施工完成至建筑物竣工期間：按每個(gè)月監(jiān)測(cè)一次。

(4)邊坡及建筑物竣工項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)后：按每個(gè)月監(jiān)測(cè)一次；若連續(xù)3次監(jiān)測(cè)變形結(jié)果很小時(shí)，延長(zhǎng)至每3個(gè)月監(jiān)測(cè)一次，直至觀測(cè)時(shí)間達(dá)到2年時(shí)，停止觀測(cè)。

(5)觀測(cè)期間，如果邊坡出現(xiàn)異常情況則加密觀測(cè)。

2.3 邊坡變形監(jiān)測(cè)預(yù)警

根據(jù)規(guī)范要求，邊坡工程施工過(guò)程及監(jiān)測(cè)期間遇到下列情況時(shí)及時(shí)報(bào)警，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施：

(1)有軟弱外傾結(jié)構(gòu)面的巖土邊坡和支護(hù)結(jié)構(gòu)坡頂有水平位移跡象，或支護(hù)結(jié)構(gòu)受力裂縫有擴(kuò)展現(xiàn)象；無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡或支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許值；土質(zhì)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)坡頂?shù)淖畲笏轿灰埔汛笥谶吰麻_(kāi)挖深度的1/500或20mm，以及其水平位移速度已連續(xù)3d大于2mm/d。

(2)土質(zhì)邊坡坡頂鄰近建筑物的累計(jì)沉降、不均勻沉降或整體傾斜已大于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007規(guī)定[7]允許值的80%。

(3)坡頂鄰近建筑物出現(xiàn)新裂縫、原有裂縫有新發(fā)展。

(4)支護(hù)結(jié)構(gòu)中有重要構(gòu)件出現(xiàn)應(yīng)力驟增、壓屈、斷裂、松弛或破壞的跡象。

(5)邊坡底部或周?chē)鷰r土體已出現(xiàn)可能導(dǎo)致邊坡剪切破壞的跡象或其他可能影響安全的征兆。

(6)根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，判斷已出現(xiàn)其他必須報(bào)警的情況。

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及要求

鑒于基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作點(diǎn)組成，考慮到邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)比較分散，為使用方便，水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)同點(diǎn)位，即在同一個(gè)觀測(cè)墩上，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況單獨(dú)埋設(shè)。因此，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)，在嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求的同時(shí)，綜合考慮項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等要素的影響，對(duì)該工程的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求如下：

(1)將控制點(diǎn)布設(shè)在地質(zhì)條件穩(wěn)定且便于與其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)的相關(guān)區(qū)域。

(2)根據(jù)前期的布點(diǎn)勘測(cè)情況，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)，例如在易出現(xiàn)大變形量的區(qū)域增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)目。

(3)在保證各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間不受外界因素干擾的同時(shí)，對(duì)控制點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)。

(4)針對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的不同地質(zhì)條件，均勻地布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以滿(mǎn)足各類(lèi)地質(zhì)條件下均有監(jiān)測(cè)點(diǎn)存在。

考慮到該工程邊坡南側(cè)和東側(cè)的施工建設(shè)情況，為了便于監(jiān)測(cè)，在邊坡東側(cè)和南側(cè)穩(wěn)定位置布設(shè)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(圖1中K003)。為了后續(xù)監(jiān)測(cè)方便，在邊坡進(jìn)口道路附近穩(wěn)定區(qū)域再布設(shè)一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(圖1中K002)。每次觀測(cè)前，先對(duì)K002與其他兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，檢核K002穩(wěn)點(diǎn)性，保證每次監(jiān)測(cè)的可靠性。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

其次，鑒于擋土墻所在區(qū)域地質(zhì)條件較為穩(wěn)定，僅有少數(shù)擋土墻附近存在施工建設(shè)情況，結(jié)合該工程針對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)要求，在施工建設(shè)區(qū)域布設(shè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不再進(jìn)行垂直沉降觀測(cè)，共布設(shè)18個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(如圖1中南側(cè)JC23、JC24、JC27、JC30等)。

考慮到邊坡的變形特征以及該工程現(xiàn)場(chǎng)地形、施工等現(xiàn)狀，尤其是東側(cè)和南側(cè)部分，在邊坡走向方向布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并與邊坡的擋土墻上的水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)共同組成同對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1中JC25、JC26和JC27)，以方便監(jiān)測(cè)并分析邊坡的變形情況。邊坡上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要同時(shí)觀測(cè)水平位移和垂直沉降觀測(cè)，共布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)26個(gè)。

另外，如邊坡施工中發(fā)現(xiàn)其他情況再進(jìn)行調(diào)整(現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)可能有局部調(diào)整)。位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩(圖2)，按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)，統(tǒng)一編號(hào)，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)下土質(zhì)堅(jiān)硬不變形。

圖2 觀測(cè)樁材料及規(guī)格

2.5 監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備

根據(jù)規(guī)范《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)[8]中對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)的精度要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等因素，采用的監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備如下：

(1)監(jiān)測(cè)方法

邊坡坡頂平面位移監(jiān)測(cè)采用GPS靜態(tài)觀測(cè)法與全站儀極坐標(biāo)法，沉降監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方式。地表裂縫監(jiān)測(cè)采用簡(jiǎn)易觀測(cè)法，通過(guò)人工巡視進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)地裂縫時(shí)，在地裂縫處進(jìn)行設(shè)樁觀測(cè)。

(2)監(jiān)測(cè)設(shè)備

監(jiān)測(cè)設(shè)備的品牌型號(hào)以及精度等信息如表3所示。

表3 監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次監(jiān)測(cè)始于2018年6月7日，截止于2019年10月7日，共觀測(cè)16個(gè)月，累計(jì)觀測(cè)34期測(cè)量數(shù)據(jù)。表4為所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的水平位移和高程累計(jì)變化量(表4)，△X、 △Y為各個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移量，△H為各個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量。

表4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和高程累計(jì)變化量 mm

根據(jù)表4各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，水平位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量中，變化量最大的△X是JC41點(diǎn)，達(dá)到-13.9mm；變化量最大的△Y是JC18點(diǎn)，達(dá)到-13.8mm。垂直位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量中，變化量最大的△H是JC21點(diǎn)，達(dá)到8.6mm，最大沉降速率為0.17mm/d。從邊坡的水平位移累計(jì)變化量和垂直累計(jì)沉降變化量數(shù)據(jù)可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和高程變化較小。對(duì)比表2中的技術(shù)指標(biāo)，說(shuō)明該工程邊坡變化趨勢(shì)均處于一個(gè)平穩(wěn)的趨勢(shì)，由此可以判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的地表處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

為了進(jìn)一步分析邊坡在走向上的變形規(guī)律，對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)繪制了沉降曲線(xiàn)(圖3)。從圖3中可以看出：

①在同對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的變化趨勢(shì)幾乎一致，比如進(jìn)站道路JC01與JC02，說(shuō)明在邊坡走向上的變化規(guī)律一致；

② 在同側(cè)邊坡的同一水平上監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化規(guī)律也保持一致，比如JC11-JC15；

③在變化趨勢(shì)顯得差點(diǎn)較大的東側(cè)和南側(cè)邊坡，以在JC18、JC21、JC25、JC28、JC31以及JC34組成的同一水平為例，由于2019年2月10日前在JC25和JC31附近進(jìn)行了挖填工作，相比之下JC25和JC31產(chǎn)生了較大的沉降變化，但它們的同對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)JC26和JC31處于下邊坡上，相較于上邊坡較為穩(wěn)定，并且與同一水平的JC22、JC29以及JC32的變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明邊坡變形規(guī)律保持一致。相類(lèi)似的還有東側(cè)邊坡的變化也滿(mǎn)足此變形規(guī)律。

綜上所述，該邊坡整個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi)各地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移及沉降值較小,且變形趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，偶見(jiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)或因邊坡施工建設(shè)以及并不能排除觀測(cè)誤差的干擾。另外，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)邊坡有明顯裂縫，可以判斷此邊坡現(xiàn)階段已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(a)進(jìn)站道路監(jiān)測(cè)點(diǎn) 時(shí)間-沉降 曲線(xiàn)圖

(b)東側(cè)挖、填方邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn) 時(shí)間-沉降 曲線(xiàn)圖

(c)南側(cè)填方邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn) 時(shí)間-沉降 曲線(xiàn)圖

(d)西側(cè)填方邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn) 時(shí)間-沉降 曲線(xiàn)圖

(e)北側(cè)填方邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn) 時(shí)間-沉降 曲線(xiàn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

該工程根據(jù)監(jiān)測(cè)的精度要求，監(jiān)測(cè)方法采用GPS靜態(tài)觀測(cè)法與全站儀極坐標(biāo)法邊坡應(yīng)用于水平位移監(jiān)測(cè)，采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方式應(yīng)用于沉降監(jiān)測(cè)，地表裂縫監(jiān)測(cè)則采用人工巡視進(jìn)行觀測(cè)。采用儀器監(jiān)測(cè)和人工巡視的作業(yè)方式簡(jiǎn)單便于實(shí)施，且在保證監(jiān)測(cè)精度的情況下極大地減少了工程成本。

另外，為了更好地分析邊坡的變形規(guī)律，該工程采用了同對(duì)觀測(cè)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方法，可以從多個(gè)角度分析邊坡的變形規(guī)律，比如同一水平的變形趨勢(shì)或者邊坡同一走向的變形趨勢(shì)。因此，建議在邊坡變形監(jiān)測(cè)方面采用此種布點(diǎn)方法。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和豎直位移均在安全變形范圍內(nèi)，邊坡穩(wěn)定性良好，為保障變電站安全運(yùn)行提供了有效技術(shù)支持。

本文主要的工作對(duì)變形大小以及規(guī)律進(jìn)行了研究，并沒(méi)有根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行變形預(yù)測(cè)，因此在后面的工作中將針對(duì)邊坡變形預(yù)測(cè)的方法方面展開(kāi)研究。