山区输电线路基础安全无线自动化监测探讨

摘要：输电线路杆塔基础的不均匀沉降和水平位移均可能导致铁塔整体倾斜和倒塔事故的发生。为能及时获取杆塔基础的不均匀沉降和水平位移状态信息，提出了适用于山区斜坡地形条件下的输电线路不等高基础的不均匀沉降及水平位移无线自动化监测方法。经工程实践验证，该方法能够监控输电线路基础的不均匀沉降和水平位移。

关键词：山区输电线路；不等高基础；不均匀沉降；水平位移；无线自动化监测 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2015）36-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.062

上拨和抗倾覆稳定性是杆塔基础设计的控制条件，在山区斜坡地形条件下基础边坡的最小保护距离也应满足杆塔荷载要求，但山区输电线路杆塔基础易受地质灾害的影响，塔位边坡的局部滑塌导致设计的临坡基础变为斜坡基础，基础有效抗拔深度和最小边坡保护距离减小，严重减弱了塔基地基土水平抗力、降低了基础的拔承载力，从而导致水平位移及不均匀沉降在基础中出现，在这过程中给塔身构件带来了附加应力，产生了许多安全隐患。当前，国内主要通过采用人工定期巡视的方式对线路进行巡查，从而使输电线路可以正常运行。但因为输电线路杆塔在山区一般都位于其地形险要，地势复杂的山顶或半山腰，在人工定期巡视过程中不能及时了解基础变形的具体状况，相应的加固措施不能及时有效地落实，给工作造成诸多不便。

杆塔基础的不均匀沉降、位移及导线覆冰等均可引起杆塔的倾斜，其倾斜度可以通过安装杆塔倾斜传感器来进行监测，这种方法并不能对杆塔基础进行直接监控，而是要对监测结果进行分析，查找引起杆塔的倾斜的原因后，再采取诸如塔位边坡治理、基础充填与置换塔位、平推复位等不同的防护措施。基础不均匀沉降的无线自动化监测多采用GPS、位移计、沉降仪及常规静力水准仪方法。GPS价格昂贵且在高压线下影响大，在基础及地形高差较小的地方，通常使用常规静力水准仪就可以满足，但是在输电线路高差较大或在基础不等高进行不均匀沉降观测时，上述方法却难以适用。沉降仪及位移计一般不能安装在杆塔基础上，通常要钻孔进行埋设符合类型的锚头。本文针对山区斜坡地形条件下的输电线路不等高基础，提出了一套不均匀沉降及水平位移的无线监测系统，并应用在广东电网公司韶关供电局坪石电厂至曲江500千伏输电线路的电杆塔。

1 工程背景

韶关供电局坪石电厂至曲江500千伏输电线路的163号输电杆塔基础所在地貌单元为脊坡，边坡非常险峻，岩性为灰黄色强风化混合岩，呈碎块状，局部夹中风化岩块，抗压强度为450kPa，埋深为0.00～8.00m。该塔基四条腿（铁塔基础及塔腿编号以面向线路前进方向，顺时针转动为准）均采用挖孔桩基础，基础埋设分别为7530mm、7010mm、7040mm、8025mm，桩身混凝土强度不低于设计值C20。基础施工于2009年4月9日完成，2009年5月25日立塔。呼称高48m，塔全高74.4m。施工完成时测量的Ⅰ-Ⅱ顶面高差为4005m、Ⅱ-Ⅲ顶面高差为6003mm、Ⅲ-Ⅳ顶面高差为0mm、Ⅳ-Ⅰ腿顶面高差为2mm。

腿砌挡土墙位置为Ⅲ、Ⅳ。因边坡滑移导致Ⅲ腿前方挡土墙出现倒塌以及基础上方出现2m左右的悬空，因此对其边坡进行了锚固加固处理。

2 监测方法

2.1 桩顶不均匀沉降监测

桩顶不均匀沉降采用振弦式微压传感器量测，四个桩体顶部最大高差达到6m，因此在选择压力传感器时应该考虑其测量的高差变化，选择量程为7m的压力传感器系统。通过一根通液管（粗管）和通气管（细管）将多个压力传感器系统的串联形成不均匀沉降监测系统。为使外界对其系统的影响降低到最小，其内部的储液箱与通液管一端充分相连，同时传感器的通气管又有效地连通干燥管、储液系统，从而构建起了内压自平衡系统，如图1。传感器对温度测值进行修正时，是通过其内置温度传感器来实现的。其内部压力的变化通过一定的换算后又能得出高程的变化，而这种变化的前提是以基准测点的传感器为基准。

在铁塔四条腿所在桩基顶部和基准点位置安装振弦式微压传感器，连接微压传感器与自动数据采集仪，设置采集需要的频率，并对数据进行定时自动采集。基准点则通常为深埋式，使钻机钻至微风化后，深埋钢管。

观测点n沉降量为Sn，当其为正值时表示观测点出现抬升，负值则反之；观测点n的仪器系数为Gn；基准点的仪器系数则为Gref；观测点初始读数为R0n；当前读数为R1n；R1ref为基准点的当前读数；R0ref为基准点n的初始读数。在系统中容器内的水位高于任意测点的前提下，传感器的沉降变形只与基准传感器的高程相关，与容器内的水位变化没有直接关系，各监测点位高程变化值均与基准点位高程变化值求差即可得到各桩顶沉降的绝对变化量。

2.2 桩顶水平位移监测

桩顶水平位移采用双轴倾角计测量。在铁塔四条腿桩顶安装双轴倾角仪，A轴垂直所在塔位边坡，B轴平行所在塔位边坡。倾角计连接到自动数据采集仪，定时自动采集数据。假定桩底不发生水平位移，根据桩长和倾角计所测桩顶倾角变化，即可计算出桩顶的偏移量。

2.3 自动采集系统

数据自动采集采用BGK-MICRO分布式网络测量系统，该系统由安全监测系统软件、测量模块、GPRS通讯模块、电源模块等组成，采用太阳能板加蓄电池供电。

3 监测结果分析

3.1 不均匀沉降

传感器连接到采集箱测量模块，通过通讯模块接入传输网络，由计算机对其进行控制，包括设置监测采集频率、数据接收、在线测量、原始数据报表预览与输出。

如图2所示，2014年2月13日至10月20日，Ⅰ和Ⅱ腿、Ⅲ和Ⅳ腿两组均有较为一致的竖向形变，Ⅰ和Ⅱ腿处于上拔状态；Ⅲ和Ⅳ则先处于上拔状态，后则处于下压状态。Ⅰ腿竖向位移量累计变化为-1.33～10.87mm、Ⅱ腿竖向位移量累计变化为-1.29～12.30mm、Ⅲ腿竖向位移量累计变化为-8.01～13.14mm，Ⅳ腿竖向位移量累计变化为-6.08～8.27mm。从数据中可以看出14.19mm为Ⅱ腿与Ⅲ腿最大高差，其形成13.33m的水平距离，不超过规范要求的最大倾斜度（注：规范要求<0.5%，实测为0.11%）。12.64mm为Ⅰ腿与Ⅳ腿所形成的高差，同时形成13.52m的水平距离，最大倾斜度为0.09%。我们可以得知，或许因为导线主要位于Ⅲ、Ⅳ腿，四个腿中Ⅲ、Ⅳ腿所承受的荷重较大，导致塔基基础向脊坡前缘倾斜。上述基础最大倾斜度只代表监测期间内基础发生的倾斜，基础建成后至现在的倾斜度需要采取其他手段进行量测。目前，杆塔基础处于正常运行状态，持续监测，可以进一步掌握倾斜的发展趋势。

3.2 桩顶水平位移

如图3所示，2014年2月25日至10月20日期间，桩顶最大累计水平位移量变化范围为-5.57～3.52m之间（Ⅳ腿），Ⅰ与Ⅳ桩顶向边坡位移，Ⅱ腿向边坡顶位移，Ⅲ腿位移量变化范围为-1.87～1.11mm，变化量较小，可见Ⅲ腿所在塔位边坡加固起到了很好的作用。上述桩顶水平位移量计算的前提是桩底不发生水平位移。但是，如果桩底发生水平位移，意味着塔位边坡不稳定，基础的不均匀沉降会加大，可以通过沉降监测系统反映出来。

4 结语

山区斜坡地在雨季容易发生地质灾害，山体的滑坡或坍塌极大地减弱了输电线路基础的抗拔承载力，使地基水平抗力大大减弱，从而造成了塔基出现水平位移，甚至出现地基不均匀沉降，加重了塔身的负担，导致输电线路杆塔基础无法正常工作。无线自动化安全监测技术的产生能有效地监测基础出现的变化，并采用倾角计量测基础顶部的水平位移，及时有效地掌握动态数据，做好塔基安全防范工作，确保输电线路的安全运行。

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作者简介：刘文峰（1974-），男，广东汕头人，广东电网有限责任公司韶关供电局输电所运行专责，电气工程师，研究方向：输电线路运行维护，输电架空线路、电缆线路的运维管理。

（责任编辑：蒋建华）