大型電廠的沉降監(jiān)測

張書華，朱曉琳，王國營

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州 272100； 2.兗州市國土資源局，山東兗州 272100)

大型電廠的沉降監(jiān)測

張書華1?，朱曉琳1，王國營2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州 272100； 2.兗州市國土資源局，山東兗州 272100)

應(yīng)用精密數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行電廠沉降觀測，存在著條碼水準(zhǔn)尺遮擋、室內(nèi)照明不足、沉降基準(zhǔn)點不穩(wěn)定等問題。本文針對這些問題，闡述了利用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行國家大型電廠沉降觀測的過程，提出了一些提高觀測精度的措施及觀測注意事項，分析了其數(shù)據(jù)精度，得出了各建(構(gòu))筑物的沉降情況，總結(jié)了觀測過程中應(yīng)該注意的問題。

大型電廠；沉降觀測；數(shù)據(jù)處理；沉降量

1 引 言

大型火力發(fā)電廠屬于國家重點企業(yè)，其運行情況直接關(guān)系到國計民生，受到國家重點保護。其沉降變形是不可避免的，必須對建筑物進(jìn)行安全監(jiān)測，以便及時掌握變形情況，保障建筑物的運營安全[1]。電廠內(nèi)煙囪、涼水塔等高大建筑物較多，遮擋比較嚴(yán)重，觀測較為困難，本文結(jié)合某大型發(fā)電廠沉降觀測情況，詳細(xì)介紹電廠沉降觀測點的布設(shè)，沉降觀測的特點，沉降數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)。重點針對鋼結(jié)構(gòu)的特點探討沉降觀測點的布設(shè)方案，解決室內(nèi)光線不足、遮擋物較多的情況下沉降觀測的問題，達(dá)到了較高的精度。

2 電廠概況

某電廠是一座現(xiàn)代化特大型坑口火力發(fā)電廠，擁有4臺33.5萬千瓦、2臺60萬千瓦和2臺100萬千瓦機組，總裝機容量454萬千瓦，是全國最大、國內(nèi)綜合節(jié)能和環(huán)保水平最高的燃煤電廠之一。電廠場地原始地貌為驛山山前洪積平原與白馬河沖積平原的過渡地帶，地形開闊、平坦，場地土為較均勻、密實的中硬土，總體呈現(xiàn)東高西低。廠區(qū)地層共分為三大層和數(shù)小亞層及次亞層，其中第一、第二大層為第四系松散堆積物，第三大層為石灰—二迭系基巖。建筑物的基礎(chǔ)皆采用箱底基礎(chǔ)，基礎(chǔ)大小及厚度因建筑物的大小及高度的不同而異，部分地質(zhì)條件較差的地基皆打樁形成了復(fù)合地基。為了保證工程質(zhì)量，建筑單位在施工期間，對不同的建筑物分別以月、季為周期實施沉降觀測，累積了長序列沉降數(shù)據(jù)，為后續(xù)沉降測量工作提供了依據(jù)。電廠沉降測量自2007年5月起至2009年1月止共進(jìn)行了9期測量，測量高程控制點11個，沉降觀測點293個。高程控制點和沉降觀測點的布設(shè)見圖1。

圖1 電廠高程控制點和沉降點布設(shè)略圖

2 高程控制點及觀測點的布設(shè)

2.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

本著由高到低，逐級發(fā)展的原則布設(shè)高程控制網(wǎng)。電廠的建筑物(構(gòu)筑物)較多且分散，宜按兩個層次布網(wǎng)，即控制網(wǎng)和擴展網(wǎng)。首級控制網(wǎng)為一級水準(zhǔn)網(wǎng)，是由2個閉合環(huán)組成的水準(zhǔn)結(jié)點網(wǎng)。水準(zhǔn)原點I－2－1、副點I－2為建設(shè)初期所布水準(zhǔn)點，兩點保存完好且通視，經(jīng)檢測符合要求，為控制網(wǎng)的起算及檢核點。為了沉降觀測的便利，在主要建筑物四周又布設(shè)了8個一級控制點K－1～K－8。控制點應(yīng)選在通視條件良好、利于保存和埋設(shè)的地方，在未確定其穩(wěn)定性前，嚴(yán)禁使用。結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)狀圖及地質(zhì)鉆探資料，選擇巖層較淺或土質(zhì)較硬(避開回填土)地段埋設(shè)高程控制點。

2.2 沉降觀測點選擇及布設(shè)

沉降觀測點依據(jù)建(構(gòu))筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、樁形等因素綜合考慮，布設(shè)在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點。一般布設(shè)在建筑物四角、沉降量較大的位置或地質(zhì)條件有明顯不同的區(qū)段以及沉降縫的兩側(cè)；煙囪、水塔、罐、塔器、高爐等高聳建筑物，沿周邊在與基礎(chǔ)軸線相交的對稱位置上布點；重型設(shè)備基礎(chǔ)和動力設(shè)備基礎(chǔ)的四角、基礎(chǔ)型式或埋深改變處以及地質(zhì)條件變化處兩側(cè)；框架結(jié)構(gòu)建筑物的每個或部分柱基上或沿縱橫軸線設(shè)點。沉降觀測的標(biāo)志，根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)類型和建筑材料，采用墻(柱)標(biāo)志、基礎(chǔ)標(biāo)志。

3 沉降觀測

3.1 控制點觀測的方法

高程控制點聯(lián)測，使用徠卡NA3003電子自動安平水準(zhǔn)儀(該儀器標(biāo)稱測量精度為 0.4 mm/km)，配GPCL3因瓦合金條碼標(biāo)尺，選用儀器內(nèi)部固有的BFFB程序，進(jìn)行一級水準(zhǔn)觀測。沉降觀測開始前，按《建筑變形測量規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)[1]要求對儀器進(jìn)行i角檢驗，最大值為4″，符合《規(guī)程》要求。本次測量所用標(biāo)尺為GPCL3因瓦條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺，該標(biāo)尺由德國NEDO公司制造，激光干涉技術(shù)檢驗，其尺長誤差為△L＝±(0.02 mm＋L×2×10－5)，觀測前應(yīng)保持條碼尺的清潔，檢查條碼尺有無缺陷、污漬、雨滴、劃痕等，避免使用有缺陷的條碼尺。進(jìn)行水準(zhǔn)測量時應(yīng)嚴(yán)格照準(zhǔn)條碼分劃線的中心位置，調(diào)焦清晰，還應(yīng)盡量避開以下視距[2]:7.5 m±50 cm；15 m±50 cm；22.5 m±50 cm；30 m±50 cm。聯(lián)測首先以I－2－1為基準(zhǔn)點，I－2為檢測點，檢測其穩(wěn)定情況，結(jié)果為 0.40 mm，符合要求。然后以I－2－1為起算點，按一級水準(zhǔn)測量精度觀測本測區(qū)高程控制網(wǎng)，每測段皆進(jìn)行往返觀測，取兩次觀測的中數(shù)為各測段的最終結(jié)果。

3.2 涼水塔及室外沉降點的觀測

與普通光學(xué)水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺不同，高精度電子水準(zhǔn)儀及因瓦條碼水準(zhǔn)尺有其特點，首要一點是其測量精度與因瓦條碼水準(zhǔn)尺的遮擋率有關(guān)[3]，且其視距越長遮擋率越大，遮擋比例越大對讀數(shù)影響越大，動態(tài)遮擋比靜態(tài)遮擋對讀數(shù)影響較小，視距、擋遮率對觀測精度的影響如表1。由于電廠設(shè)備眾多，條碼尺的遮擋是在所難免的，故在設(shè)站時應(yīng)盡量減少儀器與條碼尺之間的遮擋物，以提高觀測精度，將觀測誤差降到最小。另外，電廠大型機器的震動比較強烈，觀測時要盡量避開強震動，特別是條碼尺的劇烈震動，因為從觀測的實踐證明:標(biāo)尺震動對觀測讀數(shù)的影響要比儀器振動對觀測讀數(shù)的影響大。另外還要合理安排作業(yè)時間，避免日照與觀測方向處于同一方向上。

視距、擋遮率對觀測精度的影響 表1

沉降點觀測按二級水準(zhǔn)施測。二級水準(zhǔn)觀測時，每周期的觀測線路數(shù)由《規(guī)程》3.3.1條中r＝(md/m0)2式估算，經(jīng)調(diào)整確定為單程觀測，共布設(shè)8條附合路線、14條閉合環(huán)線。沉降觀測時需堅持“五定”原則[4]:即基準(zhǔn)點、工作基點和觀測點，點位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測人員要穩(wěn)定；觀測時的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。以上措施在客觀上能夠盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一趨向性，保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實。

沉降點觀測使用徠卡NA3003電子自動安平水準(zhǔn)儀，配 GPCL3因瓦合金條碼標(biāo)尺，調(diào)用儀器固有的BFFB程序進(jìn)行二級水準(zhǔn)觀測，讀數(shù)設(shè)定為二次；按單程觀測組成自行閉合路線或附合路線。

3.3 室內(nèi)沉降點的觀測

由于電廠廠房內(nèi)部、特別是主廠房和鍋爐房內(nèi)部光線特別暗，導(dǎo)致電子水準(zhǔn)儀讀數(shù)誤差較大，甚至有時不能讀出條碼尺上的數(shù)值，在觀測時應(yīng)盡量將標(biāo)尺安置在光線明亮處，必要時應(yīng)增加照明設(shè)備，以使條碼尺有足夠的亮度。實驗表明當(dāng)條碼尺上存在陰影或條碼尺位于明亮處而儀器位于陰暗處時，NA3003會出現(xiàn)多達(dá)0.3 mm的視線高測量誤差。另外，用燈光照明時光照要均勻，不可只照亮十字絲中絲部分或單方向照明條碼尺，應(yīng)盡可能照亮儀器觀測條碼尺的整個視場，否則，測量結(jié)果中將會出現(xiàn)較大的系統(tǒng)誤差。

4 計算分析

4.1 精度評定

第一期沉降測量共布設(shè)一級水準(zhǔn)閉合環(huán)3個，最大閉合差為＋0.80 mm，允許閉合差±2.00 mm；二級水準(zhǔn)測量共布設(shè)6條附合路線、9條閉合路線，最大閉合差為－1.50 mm，允許閉合差±4.20 mm，小于限差的1/2。每期沉降觀測結(jié)束后，按照《規(guī)程》進(jìn)行了精度評定計算，每期精度指標(biāo)如表2所示，其中M△為一級水準(zhǔn)測量的每千米水準(zhǔn)測量偶然中誤差；MW為一級水準(zhǔn)測量的每千米水準(zhǔn)測量全中誤差；MN為一級水準(zhǔn)測量測站高差中誤差；MH為一級水準(zhǔn)測量最弱點高程中誤差；MN為二級水準(zhǔn)測量測站高差中誤差；MH為二級水準(zhǔn)測量最弱點高程中誤差。

每期水準(zhǔn)測量誤差統(tǒng)計 表2

從表2可以看出:第一二期測量誤差較大，其原因是觀測時未注意條碼尺的遮擋與光照問題，造成路線閉合差較大。

4.2 沉降數(shù)據(jù)分析

(1)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析的原則

為了沉降分析的可靠性和可行性，沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析應(yīng)注意以下兩個主要原則[5]:①沉降點相鄰兩觀測周期平差值的變化小于沉降觀測中誤差的2倍，即認(rèn)為該點未發(fā)生沉降；②根據(jù)觀測數(shù)據(jù)變化時間上的持續(xù)性判別，即相鄰兩次觀測數(shù)據(jù)相差甚微，并未超出極限誤差范圍，但數(shù)據(jù)的大小趨勢卻很明顯，始終上升或下沉，則說明已發(fā)生變化。

(2)基準(zhǔn)控制點的沉降分析

從表3可以看出，I－2－1起算點與I－2兩檢測點變動微小，這說明兩基點穩(wěn)定可靠。其他各點沉降量大小不一，最大沉降點為 K－3點，累計沉降量達(dá)4.30 mm；次之為K－5。K－3沉降過大是由于該點周圍土質(zhì)松軟、地勢低洼，工作中盡量不用K－3作為起算點，避免影響沉降觀測點精度。從一級點的觀測結(jié)果及精度分析情況可以看出:一級水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度較高，所測結(jié)果具有較強的可信度。

一級基本控制點沉降情況表 表3

(3)沉降觀測點的沉降分析

部分主要建筑物的平均累計沉降曲線如圖2、圖3，從圖中可以看出:

圖2 控制點及各主要建筑物沉降曲線圖

圖3 主要建筑物平均累計沉降曲線圖

①灰塔(B區(qū)，見圖1)下沉量最大，平均累計沉降量為17.2 mm，最大單點累計沉降量B13(見圖1)為18.6 mm。從區(qū)域上看，西南部和中間兩個灰塔沉降較大，各監(jiān)測點都超過15.0 mm。從沉降觀測數(shù)據(jù)上看，其余灰塔沉降不明顯。出現(xiàn)的沉降情況尚需今后進(jìn)一步觀測證實。

②7、8號廠房下沉較大，平均沉降量分別為14.3 mm和15.5 mm，累計平均沉降量為14.9 mm，沉降均勻，最大沉降量監(jiān)測點K10為 16.4 mm，對建筑物的安全無不良影響。

③7、8號煙囪、7號汽機組基座和7、8號涼水塔等主要建筑物其平均沉降量皆大于10 mm，沉降亦比較明顯，但從單個建筑物的沉降情況來看，沉降較平均。

④在觀測過程中，有些點出現(xiàn)沉降負(fù)值(即上升現(xiàn)象)，特別是鋼架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多，甚至個別負(fù)值大于2.0 mm(如H12:－2.07 mm、M5:－2.14 mm，見圖1)，主要原因可能有下列因素:一級控制點埋石時間較短，受地質(zhì)條件、氣候因素(如降雨)等，造成起算點下沉(如K－3累計下降 4.3 mm)，直接影響二級監(jiān)測點計算數(shù)據(jù)。由于監(jiān)測時間在一年中的不同季節(jié)，特別是鋼架結(jié)構(gòu)受熱脹冷縮的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)值；再者，觀測時的周圍環(huán)境，比如震動、光線、氣溫和風(fēng)向等都會影響到觀測數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

(1)各沉降點的沉降量大小不一，并無一定規(guī)律可循，這與建筑物的基礎(chǔ)大小，土質(zhì)松軟程度有一定的關(guān)系。

(2)從各建筑物的沉降情況來看，雖然其沉降量大小不一，單就各建筑物的個體沉降而言，其沉降是均勻的，對建筑物的安全無不良影響。

(3)使用電子水準(zhǔn)儀加條碼水準(zhǔn)尺，在觀測過程中一定要注意條碼水準(zhǔn)尺的遮擋程度和光線照明強度，如兩次讀數(shù)較差較大(≥1/2限差)時，則應(yīng)注意儀器視場內(nèi)的條碼遮擋是否嚴(yán)重、光線照明是否充足、均勻，否則應(yīng)重新架設(shè)儀器或改善照明，以減少遮擋，提高光照質(zhì)量。

(4)由于電廠內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)較多，布設(shè)觀測點時往往選擇鋼結(jié)構(gòu)焊接觀測點，從沉降觀測的結(jié)果來看，由于鋼結(jié)構(gòu)的縮脹變形，常常導(dǎo)致沉降點的高程大小不定，表現(xiàn)為測量誤差[6]。因此，沉降點的布設(shè)應(yīng)盡量選擇砼基礎(chǔ)，避開鋼架，若必須選擇鋼架，亦應(yīng)將點位選在鋼架底部靠近砼基礎(chǔ)的地方。

[1]JGJ/T8－97.建筑變形測量規(guī)程[S].

[2]楊俊志.數(shù)字水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)的周期誤差問題[J].工程勘察，2007(1)，50～57

[3]錢林春，李兵.DL－101C數(shù)字水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測量精度研究[J].測繪與空間地理信息，2007，30(5)，151～154

[4]韓正，杜海霞，龍飛等.高層建筑物沉降觀測及其數(shù)據(jù)分析[J].城市勘測，2009(1)，108～110

[5]曹景文，于鳳飛.高層建筑施工中的沉降觀測技術(shù)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)2008.05，24(3)，135～136

[6]黃振杰.高層建筑物沉降觀測點的布設(shè)[J].測繪通報，2000(2)，22～23

Settlement Observation in Large－scale Power Plant

Zhang ShuHua1，Zhu XiaoLin1，Wang GuoYing2
(1.Lunan Geo－engineering Exploration Institute，Yanzhou 272100，China；2.Yanzhou Bureau of Land and Resources，Yanzhou 272100，China)

Using high precision digital level to finish settlement observation in national large－scale power plant has problems of the shield of bar code leveling rod，indoor lighting shortage，the settlement benchmark instability，etc.This paper describes the process of settlement observation to these problems.In this paper，a number of measures to improve the observation accuracy and attention to the issues have been made for the characteristics of the power plant settlement observation.Through analyzing the accuracy of its data，many building settlement results are acquired.This paper summarizes the attentive problems in the process of settlement observation.

large－scale power plant；settlement observation；data processing；settlement

1672－8262(2010)02－120－04

TU196.2

B

2009—07—01

張書華(1966—)，男，高級工程師，主要從事工程測量工作。