尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)與施工

韓志磊，蘇 軍，李小軍，郭利杰

（1．北京礦冶研究總院，北京102600；2．金屬礦山智能開(kāi)采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102600）

目前，尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，系統(tǒng)建設(shè)較為普遍。尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)眾多，因此，為保證系統(tǒng)的質(zhì)量需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮、綜合設(shè)計(jì)。其中，土建設(shè)計(jì)與施工是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)，但由于研究設(shè)計(jì)人員對(duì)其認(rèn)識(shí)不足和對(duì)工程應(yīng)用研究較少，使得建成后的系統(tǒng)較為脆弱，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性及后續(xù)數(shù)據(jù)分析的可靠性。更有甚者，部分系統(tǒng)集成商只重視設(shè)備硬件及系統(tǒng)本身的技術(shù)，認(rèn)為設(shè)計(jì)、施工均由自己公司承擔(dān)，只要能施工就行，忽視規(guī)范化的土建設(shè)計(jì)與施工，為系統(tǒng)運(yùn)行埋下了隱患。

尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)涉及到供電通信線(xiàn)路、混凝土基礎(chǔ)、監(jiān)測(cè)鉆孔和現(xiàn)場(chǎng)防雷的施工等一系列內(nèi)容。目前，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)土建設(shè)計(jì)的突出問(wèn)題是沒(méi)有明確的規(guī)范作指導(dǎo)，雖然《尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（AQ 2030－2010）對(duì)土建施工給出了相關(guān)要求，但并不是十分明確，難以精確地指導(dǎo)并規(guī)范施工［1］。尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)許多技術(shù)內(nèi)容仍然是參考水庫(kù)大壩方面的規(guī)范，但尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有其獨(dú)特性，不能完全照搬照抄水利規(guī)范。本文從尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及的土建問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)土建設(shè)計(jì)與施工中的細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述，以期指導(dǎo)尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)范化建設(shè)，不斷提高尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程的質(zhì)量和技術(shù)水平。

1 線(xiàn)纜敷設(shè)

供電、通信系統(tǒng)是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中重要的輔助系統(tǒng)，雖然太陽(yáng)能、風(fēng)能供電和無(wú)線(xiàn)通信在技術(shù)上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，但由于尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，監(jiān)測(cè)范圍廣，涉及到的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，建立大量的本地供電和無(wú)線(xiàn)通信點(diǎn)還不現(xiàn)實(shí)。因此，很大程度上有線(xiàn)供電和通信仍然是主要的方式，而有線(xiàn)的方式就涉及到線(xiàn)路的敷設(shè)與防護(hù)問(wèn)題［2］。

1．1 敷設(shè)方式

根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，地埋穿管是更適合的線(xiàn)纜敷設(shè)方式。一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)路盡可能設(shè)計(jì)為地埋敷設(shè)方式，不具備條件的可采用架空方式。穿管的材料可選擇鍍鋅材料，鍍鋅鋼管可起到防腐蝕、防蟲(chóng)鼠破壞和電磁屏蔽的作用。線(xiàn)纜直接埋地敷設(shè)的深度不應(yīng)小于700mm，在寒冷地區(qū)，直接埋地敷設(shè)的電纜應(yīng)埋設(shè)于凍土層以下［3］。當(dāng)受條件限制不能深埋時(shí)，應(yīng)采取防止電纜受到損傷的措施。線(xiàn)纜埋設(shè)時(shí)，供電和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)該分開(kāi)敷設(shè)，保持一定的間隔距離。地埋線(xiàn)纜敷設(shè)的電纜溝剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 電纜溝剖面圖（單位：mm）

線(xiàn)纜敷設(shè)應(yīng)設(shè)計(jì)取消或減少線(xiàn)路施工接頭，通信線(xiàn)路應(yīng)考慮線(xiàn)纜的檢修問(wèn)題，線(xiàn)纜敷設(shè)線(xiàn)路接頭和檢修處應(yīng)設(shè)置線(xiàn)纜檢修孔，檢修孔施工圖見(jiàn)圖2。檢修孔設(shè)計(jì)采用混凝土蓋板，防止雨水進(jìn)入或其他破壞。

不具備埋地敷設(shè)條件（如壩體為堆石壩或混凝土壩）的，可以采用壩面穿管敷設(shè)方式。

圖2 電纜檢修孔施工圖（單位：mm）

1．2 線(xiàn)路防護(hù)

線(xiàn)路容易遭受的破壞主要有人為和外力作用的破壞，如冬季凍脹拉斷、受剪力切斷以及雷電引起的破壞等。施工時(shí)應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行加固，預(yù)埋線(xiàn)纜需要留有一定的余量。直埋線(xiàn)纜在有白蟻危害的地段敷設(shè)時(shí)，可采用防蟻?zhàn)o(hù)層，也可采用其他防蟻處理，有鼠害等災(zāi)害的地區(qū)應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，在寒冷地區(qū)應(yīng)針對(duì)不同氣候特點(diǎn)和凍土情況采取防凍措施［4］。

2 混凝土基礎(chǔ)

位移、降雨量監(jiān)測(cè)墩及設(shè)備安裝桿基礎(chǔ)是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要的土建基礎(chǔ)形式，這些基礎(chǔ)的施工質(zhì)量直接影響到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性。位移監(jiān)測(cè)墩需要保證能夠反映壩體位移，其施工質(zhì)量的重要性不言而喻。規(guī)范要求監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)與被測(cè)體應(yīng)牢固結(jié)合，底座埋入土層（壩體）內(nèi)的深度不應(yīng)小于0．5m，冰凍區(qū)應(yīng)深入冰凍線(xiàn)以下［5］。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)位移監(jiān)測(cè)通常采用GPS和全站儀監(jiān)測(cè)方式，需要在固定測(cè)點(diǎn)處安裝GPS接收機(jī)或監(jiān)測(cè)棱鏡。GPS及棱鏡需要固定在監(jiān)測(cè)墩上，《尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（AQ 2030－2010）對(duì)監(jiān)測(cè)墩的尺寸及施工要求并未明確規(guī)定，設(shè)計(jì)中可參考《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL 551－2012）中的相關(guān)要求并結(jié)合尾礦庫(kù)工程特點(diǎn)，確定混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)尾礦壩筑壩形式的不同，監(jiān)測(cè)墩的形式也有所不同，對(duì)于壩體為堆石壩、混凝土壩或基巖上的監(jiān)測(cè)墩，監(jiān)測(cè)墩形式見(jiàn)圖3。對(duì)于堆積壩為尾礦筑壩的監(jiān)測(cè)墩，其形式見(jiàn)圖4。

圖3 尾砂堆積壩位移監(jiān)測(cè)墩施工圖（單位：mm）

圖4 基巖位移監(jiān)測(cè)墩施工圖（單位：mm）

此外，對(duì)位移監(jiān)測(cè)墩來(lái)說(shuō)，不同的位移監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)墩防護(hù)的要求不同，GPS監(jiān)測(cè)墩由于需要給設(shè)備供電通信，因此除了固定設(shè)備，還需要考慮防雷問(wèn)題，需要做好防雷接地。

3 監(jiān)測(cè)鉆孔

監(jiān)測(cè)鉆孔是內(nèi)部位移和浸潤(rùn)線(xiàn)監(jiān)測(cè)中常見(jiàn)的土建形式，其施工質(zhì)量的好壞直接影響到監(jiān)測(cè)的有效性。浸潤(rùn)線(xiàn)鉆孔在壩高或埋深小于10m的壤土層中埋設(shè)測(cè)壓管時(shí)，可采用人工取土器鉆孔。深度大于l0m應(yīng)采用鉆機(jī)造孔。為有足夠空隙填充封孔材料，裝單管時(shí)鉆孔直徑不宜小于100mm。埋設(shè)多管時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝管數(shù)量及其直徑，自下向上逐級(jí)擴(kuò)徑，原則上每增加一根測(cè)管相應(yīng)孔徑至少擴(kuò)大一級(jí)。自上而下逐級(jí)成孔。不論何種土質(zhì)，造孔均宜采用巖芯管沖擊法干鉆，并嚴(yán)禁用泥漿固壁。

浸潤(rùn)線(xiàn)監(jiān)測(cè)通常是在鉆孔內(nèi)埋設(shè)測(cè)壓管，測(cè)壓管的埋設(shè)深度即鉆孔深度是個(gè)關(guān)鍵。淺了測(cè)不到水位，深了測(cè)得的水位往往低于實(shí)際浸潤(rùn)線(xiàn)。因此，鉆孔深度的確定需要事先了解尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)者為確保壩體穩(wěn)定所需的浸潤(rùn)線(xiàn)深度，這些可以從初步設(shè)計(jì)文件的壩體穩(wěn)定計(jì)算剖面圖中查到。通常情況下，鉆孔深度為設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線(xiàn)深度以下2m［6］。浸潤(rùn)線(xiàn)鉆孔施工圖見(jiàn)圖5，孔口保護(hù)裝置施工圖見(jiàn)圖6。

圖5 浸潤(rùn)線(xiàn)鉆孔施工圖（單位：mm）

圖6 孔口保護(hù)裝置施工圖（單位：mm）

內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)通常采用鉆孔內(nèi)安裝測(cè)斜管的方式，內(nèi)部位移鉆孔要求直徑不小于150mm，傾斜度小于1°。鉆孔回填，應(yīng)使回填料與孔周介質(zhì)符合反濾及密度要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)防雷

尾礦庫(kù)大多處于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的山區(qū)，多數(shù)地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備及觀測(cè)房盡管高度不是很高，但是在野外也是位于相對(duì)高處。因此，這些監(jiān)測(cè)設(shè)施極易成為雷擊的重點(diǎn)對(duì)象。例如庫(kù)水位、干灘、視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)大多采用架桿安裝設(shè)備，涉及到安裝桿的防雷施工。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，許多自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或損壞，均是防雷設(shè)施施工不當(dāng)所致。因此，需要結(jié)合尾礦庫(kù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，做好防雷設(shè)計(jì)與施工。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防雷需要考慮供電通信線(xiàn)路、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備以及值班室的防雷等。

4．1 線(xiàn)路防雷

對(duì)于架空線(xiàn)路的直擊雷防護(hù)，多采用避雷線(xiàn)的方式。隨線(xiàn)路在供電線(xiàn)上方約20cm高度與供電線(xiàn)路平行布設(shè)一條鋼絞線(xiàn)，每隔一段距離由接地引線(xiàn)接地。

對(duì)于地埋的線(xiàn)路多采用線(xiàn)纜穿鋼管保護(hù)，鋼管既可以保護(hù)電纜不受人為及動(dòng)物破壞，同時(shí)可以起到屏蔽防雷作用，鋼管應(yīng)采取良好的接地方式。對(duì)于埋設(shè)于浸潤(rùn)線(xiàn)鉆孔中的傳感器也應(yīng)采用與之相匹配的防雷器，同時(shí)要求防雷器良好接地。

光電纜線(xiàn)路應(yīng)盡量繞避雷暴危害嚴(yán)重地段的孤立大樹(shù)、桿塔、高聳建筑、樹(shù)林等易引雷目標(biāo)。無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取避雷針等措施對(duì)線(xiàn)纜進(jìn)行保護(hù)。電纜金屬屏蔽層的線(xiàn)路兩端必須接地，接地點(diǎn)可在引上桿、終端桿或其附近。光電纜線(xiàn)路通過(guò)架空進(jìn)入值班室等監(jiān)測(cè)設(shè)施之前需要地埋穿管敷設(shè)接入，敷設(shè)距離不小于15m［7－8］。

4．2 設(shè)備防雷

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各種設(shè)備在數(shù)百米至數(shù)千米不等的區(qū)域離散分布，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“聯(lián)合接地”難度很大，可將系統(tǒng)看作由多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部遵循“聯(lián)合接地原則”，子系統(tǒng)接地匯集點(diǎn)就近接地。接地體埋設(shè)于地下與引下線(xiàn)相連接，雷擊電流由此泄入大地。接地體可采用專(zhuān)用模塊或碳棒，也可采用鍍鋅角鋼、圓鋼組成接地網(wǎng)［9］。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處防雷接地采用基礎(chǔ)下部埋設(shè)接地體的方式，接地體采用50×50×5的鍍鋅角鋼，長(zhǎng)度為2．5m，垂直打入地下。接地體用－40×4的鍍鋅扁鋼連接，接地體間距為5m，接地體的數(shù)量根據(jù)要求的接地電阻確定。

此外，監(jiān)測(cè)設(shè)備防雷應(yīng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件制作接地體，如果現(xiàn)場(chǎng)條件不滿(mǎn)足要求，可用鍍鋅扁鋼將各接地體連接起來(lái)組成接地網(wǎng)。如壩體位移、安裝桿基礎(chǔ)和浸潤(rùn)線(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，一般有結(jié)構(gòu)鋼筋或其他金屬管深入壩體內(nèi)部，這些金屬結(jié)構(gòu)與大地接觸非常好，將這些金屬外殼作為接地引下線(xiàn)的接地體，整個(gè)系統(tǒng)的接地電阻將會(huì)大大降低。庫(kù)水位、滲水池和水泵房都處在水體附近，接地體建設(shè)可以參考有水體處的接地制作，應(yīng)該很容易達(dá)到要求的接地電阻。

4．3 值班室防雷

值班室防雷接地設(shè)計(jì)獨(dú)立的接地網(wǎng)，接地電阻要求小于4Ω。接地網(wǎng)采用鍍鋅扁鋼（－40×4）作為水平接地體，長(zhǎng)2．5m的鍍鋅角鋼（L50×50×5）作為垂直接地體，垂直接地體埋設(shè)間距5m，接地網(wǎng)四個(gè)角要形成圓角。水平接地體距離值班室散水坡外1m以上，埋設(shè)深度大于0．5m，進(jìn)入值班室的所有金屬管路（金屬保護(hù)管、入室水管、其他電纜保護(hù)管等）進(jìn)入前分不同點(diǎn)與接地網(wǎng)連接。垂直接地體（2．5m長(zhǎng)的角鋼）打入地下很難，可以先用鋼釬打孔，然后再埋入。

值班室接地網(wǎng)的電阻一般很難做到4Ω，可以借助庫(kù)區(qū)接地網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。如果實(shí)現(xiàn)不了，可以通過(guò)將垂直接地體（鍍鋅角鋼）換成石墨接地電極、填加降阻劑、增加離子電極等方式進(jìn)行降阻［10］。

5 結(jié) 語(yǔ)

在尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中，土建設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)能否長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程實(shí)踐對(duì)通信供電線(xiàn)路、混凝土基礎(chǔ)、監(jiān)測(cè)鉆孔及現(xiàn)場(chǎng)防雷土建設(shè)計(jì)與施工細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述，主要得到以下結(jié)論。

1）地埋穿管是尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更適合的線(xiàn)纜敷設(shè)方式，線(xiàn)纜敷設(shè)應(yīng)設(shè)計(jì)取消或減少線(xiàn)路施工接頭，并設(shè)置線(xiàn)纜檢修孔。

2）位移監(jiān)測(cè)墩應(yīng)與被測(cè)壩（山）體應(yīng)牢固結(jié)合，不同形式壩體監(jiān)測(cè)墩的結(jié)構(gòu)不同，不同監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)墩需要采取針對(duì)性的防護(hù)措施。

3）浸潤(rùn)線(xiàn)監(jiān)測(cè)孔深度應(yīng)參考初步設(shè)計(jì)文件，鉆孔施工嚴(yán)禁泥漿固壁。

4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防雷應(yīng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件，采用獨(dú)立接地體、接地網(wǎng)、更換接地材料等多種方式使接地電阻滿(mǎn)足要求。

經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用實(shí)踐，該設(shè)計(jì)施工方法已在十幾個(gè)尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程項(xiàng)目上取得了滿(mǎn)意的效果，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局．AQ 2030－2010．尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．2010．

［2］ 馬艷霞，彭凱忠，郭強(qiáng)．大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)與施工［J］．水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2005（4）：51－53．

［3］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB 50054－2011．低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2011．

［4］ 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部．YD 5102－2010．通信線(xiàn)路工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2010．

［5］ 中華人民共和國(guó)水利部．SL 551－2012．土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．2012．

［6］ 田文旗，薛劍光．尾礦庫(kù)安全技術(shù)與管理［M］．煤炭工業(yè)出版社，2006．

［7］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB 50057－2010．建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2010．

［8］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．GB 50343－2004．建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范［S］．2004．

［9］ 王利崗．尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防雷接地技術(shù)研究［J］．現(xiàn)代礦業(yè)，2012（8）：93－96．

［10］ 蘇軍，張達(dá)，韓志磊，等．尾礦庫(kù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)［J］．金屬礦山，2013（11）：126－129．