蕪湖500kV變電站邊坡變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

劉 流 楊泰朋 宣善欽

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230022； 2.安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著我國(guó)輸變電設(shè)施建設(shè)力度的不斷加大，大型變電站的建設(shè)已成為近期電力建設(shè)的重要內(nèi)容，變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐[1]。在變電站的修建過程中，不可避免地要進(jìn)行深挖高填，由此形成了挖方邊坡和填方邊坡，打破了巖土體的地質(zhì)平衡環(huán)境。在環(huán)境與工程因素影響下，易誘發(fā)坍塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，輕則增加投資、延長(zhǎng)工期；重則損毀建筑物，造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失等，而其造成的社會(huì)影響更是不可估量?，F(xiàn)階段變電站建設(shè)期與運(yùn)行期對(duì)邊坡均無監(jiān)控，存在重大隱患，并且物聯(lián)網(wǎng)在邊坡監(jiān)測(cè)的應(yīng)用僅涉及至感知階段，沒有完全達(dá)到數(shù)據(jù)的整合處理，且限于局部的監(jiān)測(cè)，缺乏相關(guān)性的大數(shù)據(jù)，不能系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)邊坡失穩(wěn)的原因[2]。

要預(yù)防和治理變電站地基沉降問題，在落實(shí)各地變電站選址、建設(shè)施工和監(jiān)理的同時(shí)，還需要重視變電站沉降問題的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和治理。目前變電站地質(zhì)沉降監(jiān)測(cè)手段主要有人工巡檢、視頻監(jiān)控、地質(zhì)位移監(jiān)測(cè)等。為保證工程項(xiàng)目處于安全的工作狀態(tài)，需要對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域高邊坡進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。不良地質(zhì)體對(duì)工程造成危害的問題日益尖銳，尤以各種因素導(dǎo)致的滑坡地質(zhì)災(zāi)害最為突出，因此，邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)與判斷，是邊坡工程研究的根本問題[3-5]。目前，許多研究人員在邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)和分析方面做了很多工作，并取得了很多的成果，羅業(yè)雄[6]基于珠三角洲地區(qū)的變電站工程的特征，對(duì)于不同的地質(zhì)條件、場(chǎng)地環(huán)境和建設(shè)工期等情況，分析了各種地基處理方法的實(shí)用范圍和特點(diǎn)。李學(xué)琪和紀(jì)明[7]基于天津地區(qū)的變電站工程提出了加強(qiáng)沉降變形控制的技術(shù)措施。李玉成等[8]以500 kV虹楊變電站基坑工程為例，研究了大型變電站的基坑工程，并設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)方案，實(shí)行了對(duì)基坑及周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文采用極坐標(biāo)法、幾何水準(zhǔn)測(cè)量方式以及人工觀測(cè)的方式，根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件及規(guī)范要求，合理設(shè)計(jì)了變電站的監(jiān)測(cè)方案，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為大型變電站邊坡沉降觀測(cè)提供了良好的應(yīng)用案例。

1 工程概況

安徽蕪湖三500 kV變電站工程位于蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn)山湖村東南側(cè)，區(qū)域地貌上屬于沿江平原，微地貌主要為丘陵崗地、崗間洼地，站址內(nèi)地勢(shì)變化較大，主要植被以樟樹為主，據(jù)實(shí)際勘探地面高程在9.07 m～44.35 m之間。站址內(nèi)有大量墳地，分布零散。站址北側(cè)有一水塘，勘探期間水深約1.5 m，淤泥厚度約1.0 m，站址中部分布有兩條由南向北的沖溝。該站區(qū)場(chǎng)平標(biāo)高是20.70 m，場(chǎng)平后站區(qū)外圍最終形成的邊坡總長(zhǎng)度大約780.0 m，其中，挖方邊坡長(zhǎng)度是440.0 m，填方邊坡長(zhǎng)度是340.0 m。站區(qū)距G50滬渝高速公路約2 km，南距X045淮九公路約970 m，交通便利。

2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本工程邊坡監(jiān)測(cè)的主要目的是評(píng)估在施工過程中以及使用時(shí)邊坡的穩(wěn)定性，可以為防止邊坡可能產(chǎn)生的滑動(dòng)問題和蠕動(dòng)變形等提供實(shí)時(shí)的技術(shù)依據(jù)，同時(shí)可以對(duì)以后的邊坡位移和變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且可以預(yù)報(bào)今后的發(fā)展趨勢(shì)。本文是根據(jù)GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中的要求對(duì)邊坡工程選擇合適的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，包括5個(gè)方面，分別是變形控制、邊坡類型、安全等級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境。對(duì)本工程地段邊坡安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目列表如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目列表

2.2 監(jiān)測(cè)方法及邊坡變形監(jiān)測(cè)預(yù)警

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中邊坡坡頂水平位移監(jiān)測(cè)采用GPS靜態(tài)觀測(cè)法與全站儀極坐標(biāo)法，監(jiān)測(cè)的精度根據(jù)JGJ 8—2016建筑變形測(cè)量規(guī)范中的三等位移觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施；沉降監(jiān)測(cè)擬采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方式，水準(zhǔn)路線布置閉合、附合或結(jié)點(diǎn)水準(zhǔn)網(wǎng)，以穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)或工作點(diǎn)為起算點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理采用嚴(yán)密平差，監(jiān)測(cè)精度按照J(rèn)GJ 8—2016建筑變形測(cè)量規(guī)范中三等沉降觀測(cè)要求執(zhí)行；在監(jiān)測(cè)地表裂縫等問題時(shí)采用簡(jiǎn)易的觀測(cè)方法，用人來進(jìn)行巡視來實(shí)現(xiàn)觀測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)地裂縫時(shí)，在地裂縫處設(shè)樁進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)裂縫的走向、延伸的長(zhǎng)度、張開度等情況。

在邊坡工程施工過程中及監(jiān)測(cè)期間，一旦發(fā)生以下問題時(shí)應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施：1)向外傾斜的結(jié)構(gòu)面有軟弱的巖土邊坡、支撐結(jié)構(gòu)的坡頂有水平位移情況發(fā)生或支撐結(jié)構(gòu)的受力裂縫有擴(kuò)展的現(xiàn)象時(shí)；沒有向外傾斜的結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡或支撐結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度達(dá)到國(guó)家現(xiàn)有的相關(guān)范圍的準(zhǔn)許值；土質(zhì)邊坡支撐結(jié)構(gòu)的坡頂最大水平位移高于邊坡開挖深度的1/500或20 mm，并且水平位移的速度已經(jīng)連續(xù)3 d都高于2 mm/d；2)土質(zhì)邊坡坡頂?shù)泥徑ㄖ锏睦塾?jì)沉降范圍、不均勻沉降范圍或整體傾斜范圍已超出現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50007建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的允許值的80%；3)坡頂鄰近建筑物中出現(xiàn)新的裂縫或者原有的裂縫有新的變化；4)支撐結(jié)構(gòu)中有重要的構(gòu)件出現(xiàn)了應(yīng)力增加、松弛、壓屈、斷裂或破壞的問題；5)邊坡周圍的巖土或底部出現(xiàn)了造成邊坡剪切破壞的問題時(shí)或者其他可能造成安全問題的跡象時(shí)；6)按照當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)發(fā)生其他必須報(bào)警的問題時(shí)(見表2)。

表2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值一覽表

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本工程基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作點(diǎn)組成。基準(zhǔn)點(diǎn)和工作點(diǎn)應(yīng)選擇在地基穩(wěn)固，避開易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的環(huán)境，具有15°以上高度角的GPS觀測(cè)條件，交通便宜、方便儀器架設(shè)的位置。根據(jù)設(shè)計(jì)安排與監(jiān)測(cè)工作的需要，本工程共計(jì)布設(shè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)5個(gè)，依次命名為WHO1～WHO5；監(jiān)測(cè)點(diǎn)21個(gè)，依次命名為JC01～JC21，其中填方區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)，挖方區(qū)13個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖見圖1。

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和高程累計(jì)變化量

本次監(jiān)測(cè)始于2017年5月27日，截止于2018年5月9日，共觀測(cè)約一年時(shí)間，累計(jì)觀測(cè)25期測(cè)量數(shù)據(jù)。表3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，ΔX,ΔY為各個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移量，ΔH為各個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量(見表3)。

從表3中可得到，水平位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量中，JC06點(diǎn)的ΔX變化量最大，達(dá)到-6.4 mm；JC07點(diǎn)的ΔY變化量最大，達(dá)到了6.3 mm。垂直位移的監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量中，JC16點(diǎn)的ΔH變化量最大，達(dá)到了2.03 mm，最大的沉降速率達(dá)到了0.02 mm/d。從邊坡的水平位移監(jiān)測(cè)的累計(jì)變化量和垂直位移的監(jiān)測(cè)累計(jì)沉降變化量數(shù)據(jù)中可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和高程變化較小。

圖2表示的是從監(jiān)測(cè)開始到監(jiān)測(cè)結(jié)束的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降曲線，從圖2中可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的波段范圍均屬于正常范圍，圖中有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降出現(xiàn)了跳躍可能是數(shù)據(jù)波動(dòng)或因數(shù)據(jù)傳輸通道擁堵和衛(wèi)星信號(hào)的失鎖而導(dǎo)致的整周計(jì)數(shù)的跳變或中斷所致，但在觀測(cè)的后期，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降均處于一個(gè)比較平穩(wěn)的狀態(tài)。本工程截止觀測(cè)結(jié)束，在裂縫監(jiān)測(cè)方面未發(fā)現(xiàn)邊坡有明顯裂縫，并且邊坡的總體變形較小，邊坡的位移及沉降速率也逐漸變小，邊坡的變形趨于穩(wěn)定。由此可以得出，此邊坡現(xiàn)階段已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)論

通過對(duì)蕪湖三500 kV變電站的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基本掌握了邊坡變形對(duì)周圍環(huán)境的影響及自身的形變情況，及時(shí)捕捉在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的細(xì)小變化，較好地完成了變電站邊坡變形的監(jiān)測(cè)任務(wù)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以得出變電站邊坡良好的穩(wěn)定性，并且監(jiān)測(cè)方案的合理性對(duì)大型變電站工程的沉降監(jiān)測(cè)方案及施工具有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)變電站工程的變形異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告，并積極采取防止措施。變形嚴(yán)重的必須采取加固補(bǔ)強(qiáng)等可靠的安全措施。