蕪湖500kV變電站邊坡變形監測方案設計與數據分析

劉 流 楊泰朋 宣善欽

(1.國網安徽省電力有限公司建設分公司，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

隨著我國輸變電設施建設力度的不斷加大，大型變電站的建設已成為近期電力建設的重要內容，變電站是電力網絡的重要樞紐[1]。在變電站的修建過程中，不可避免地要進行深挖高填，由此形成了挖方邊坡和填方邊坡，打破了巖土體的地質平衡環境。在環境與工程因素影響下，易誘發坍塌、滑坡等地質災害，輕則增加投資、延長工期；重則損毀建筑物，造成人員傷亡及財產損失等，而其造成的社會影響更是不可估量?，F階段變電站建設期與運行期對邊坡均無監控，存在重大隱患，并且物聯網在邊坡監測的應用僅涉及至感知階段，沒有完全達到數據的整合處理，且限于局部的監測，缺乏相關性的大數據，不能系統地認識邊坡失穩的原因[2]。

要預防和治理變電站地基沉降問題，在落實各地變電站選址、建設施工和監理的同時，還需要重視變電站沉降問題的監測、預警和治理。目前變電站地質沉降監測手段主要有人工巡檢、視頻監控、地質位移監測等。為保證工程項目處于安全的工作狀態，需要對項目所在區域高邊坡進行安全監測。不良地質體對工程造成危害的問題日益尖銳，尤以各種因素導致的滑坡地質災害最為突出，因此，邊坡穩定性的預測與判斷，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定性的預測和分析方面做了很多工作，并取得了很多的成果，羅業雄[6]基于珠三角洲地區的變電站工程的特征，對于不同的地質條件、場地環境和建設工期等情況，分析了各種地基處理方法的實用范圍和特點。李學琪和紀明[7]基于天津地區的變電站工程提出了加強沉降變形控制的技術措施。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，并設計了監測方案，實行了對基坑及周圍環境的實時監測。本文采用極坐標法、幾何水準測量方式以及人工觀測的方式，根據地質環境條件及規范要求，合理設計了變電站的監測方案，并對監測數據進行分析，為大型變電站邊坡沉降觀測提供了良好的應用案例。

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峨橋鎮山湖村東南側，區域地貌上屬于沿江平原，微地貌主要為丘陵崗地、崗間洼地，站址內地勢變化較大，主要植被以樟樹為主，據實際勘探地面高程在9.07 m～44.35 m之間。站址內有大量墳地，分布零散。站址北側有一水塘，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。該站區場平標高是20.70 m，場平后站區外圍最終形成的邊坡總長度大約780.0 m，其中，挖方邊坡長度是440.0 m，填方邊坡長度是340.0 m。站區距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 監測方案設計

2.1 監測項目

本工程邊坡監測的主要目的是評估在施工過程中以及使用時邊坡的穩定性，可以為防止邊坡可能產生的滑動問題和蠕動變形等提供實時的技術依據，同時可以對以后的邊坡位移和變形情況進行預測，并且可以預報今后的發展趨勢。本文是根據GB 50330—2013建筑邊坡工程技術規范中的要求對邊坡工程選擇合適的監測項目，包括5個方面，分別是變形控制、邊坡類型、安全等級、支護結構和地質環境。對本工程地段邊坡安全監測項目列表如表1所示。

表1 監測項目列表

2.2 監測方法及邊坡變形監測預警

監測項目中邊坡坡頂水平位移監測采用GPS靜態觀測法與全站儀極坐標法，監測的精度根據JGJ 8—2016建筑變形測量規范中的三等位移觀測標準實施；沉降監測擬采用幾何水準測量方式，水準路線布置閉合、附合或結點水準網，以穩定的基準點或工作點為起算點，數據處理采用嚴密平差，監測精度按照JGJ 8—2016建筑變形測量規范中三等沉降觀測要求執行；在監測地表裂縫等問題時采用簡易的觀測方法，用人來進行巡視來實現觀測，當出現地裂縫時，在地裂縫處設樁進行觀測，觀測裂縫的走向、延伸的長度、張開度等情況。

在邊坡工程施工過程中及監測期間，一旦發生以下問題時應進行實時報警，并采取相應的應急措施：1)向外傾斜的結構面有軟弱的巖土邊坡、支撐結構的坡頂有水平位移情況發生或支撐結構的受力裂縫有擴展的現象時；沒有向外傾斜的結構面的巖質邊坡或支撐結構的最大裂縫寬度達到國家現有的相關范圍的準許值；土質邊坡支撐結構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連續3 d都高于2 mm/d；2)土質邊坡坡頂的鄰近建筑物的累計沉降范圍、不均勻沉降范圍或整體傾斜范圍已超出現有的國家標準GB 50007建筑地基基礎設計規范中要求的允許值的80%；3)坡頂鄰近建筑物中出現新的裂縫或者原有的裂縫有新的變化；4)支撐結構中有重要的構件出現了應力增加、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了造成邊坡剪切破壞的問題時或者其他可能造成安全問題的跡象時；6)按照當地的相關工程經驗，當發生其他必須報警的問題時(見表2)。

表2 監測報警值一覽表

3 監測數據分析

本工程基準網由基準點和工作點組成?；鶞庶c和工作點應選擇在地基穩固，避開易產生多路徑效應的環境，具有15°以上高度角的GPS觀測條件，交通便宜、方便儀器架設的位置。根據設計安排與監測工作的需要，本工程共計布設監測控制點5個，依次命名為WHO1～WHO5；監測點21個，依次命名為JC01～JC21，其中填方區監測點8個，挖方區13個，監測點分布圖見圖1。

表3 監測點水平位移和高程累計變化量

本次監測始于2017年5月27日，截止于2018年5月9日，共觀測約一年時間，累計觀測25期測量數據。表3為所得監測數據統計得到的水平位移和高程累計變化量，ΔX,ΔY為各個變形監測點的水平位移量，ΔH為各個變形監測點的沉降量(見表3)。

從表3中可得到，水平位移監測累計變化量中，JC06點的ΔX變化量最大，達到-6.4 mm；JC07點的ΔY變化量最大，達到了6.3 mm。垂直位移的監測累計變化量中，JC16點的ΔH變化量最大，達到了2.03 mm，最大的沉降速率達到了0.02 mm/d。從邊坡的水平位移監測的累計變化量和垂直位移的監測累計沉降變化量數據中可以看出，各監測點水平位移和高程變化較小。

圖2表示的是從監測開始到監測結束的監測點的沉降曲線，從圖2中可以看出，監測點在監測點的波段范圍均屬于正常范圍，圖中有的監測點的沉降出現了跳躍可能是數據波動或因數據傳輸通道擁堵和衛星信號的失鎖而導致的整周計數的跳變或中斷所致，但在觀測的后期，監測點的沉降均處于一個比較平穩的狀態。本工程截止觀測結束，在裂縫監測方面未發現邊坡有明顯裂縫，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，邊坡的變形趨于穩定。由此可以得出，此邊坡現階段已處于穩定狀態。

4 監測結論

通過對蕪湖三500 kV變電站的各監測點進行監測，基本掌握了邊坡變形對周圍環境的影響及自身的形變情況，及時捕捉在監測過程中發現的細小變化，較好地完成了變電站邊坡變形的監測任務。通過對監測數據的分析，可以得出變電站邊坡良好的穩定性，并且監測方案的合理性對大型變電站工程的沉降監測方案及施工具有一定的指導意義。同時，如果發現變電站工程的變形異常時，應及時報告，并積極采取防止措施。變形嚴重的必須采取加固補強等可靠的安全措施。