芜湖500kV变电站边坡变形监测方案设计与数据分析

刘 流 杨泰朋 宣善钦

(1.国网安徽省电力有限公司建设分公司，安徽 合肥 230022； 2.安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

随着我国输变电设施建设力度的不断加大，大型变电站的建设已成为近期电力建设的重要内容，变电站是电力网络的重要枢纽[1]。在变电站的修建过程中，不可避免地要进行深挖高填，由此形成了挖方边坡和填方边坡，打破了岩土体的地质平衡环境。在环境与工程因素影响下，易诱发坍塌、滑坡等地质灾害，轻则增加投资、延长工期；重则损毁建筑物，造成人员伤亡及财产损失等，而其造成的社会影响更是不可估量。现阶段变电站建设期与运行期对边坡均无监控，存在重大隐患，并且物联网在边坡监测的应用仅涉及至感知阶段，没有完全达到数据的整合处理，且限于局部的监测，缺乏相关性的大数据，不能系统地认识边坡失稳的原因[2]。

要预防和治理变电站地基沉降问题，在落实各地变电站选址、建设施工和监理的同时，还需要重视变电站沉降问题的监测、预警和治理。目前变电站地质沉降监测手段主要有人工巡检、视频监控、地质位移监测等。为保证工程项目处于安全的工作状态，需要对项目所在区域高边坡进行安全监测。不良地质体对工程造成危害的问题日益尖锐，尤以各种因素导致的滑坡地质灾害最为突出，因此，边坡稳定性的预测与判断，是边坡工程研究的根本问题[3-5]。目前，许多研究人员在边坡稳定性的预测和分析方面做了很多工作，并取得了很多的成果，罗业雄[6]基于珠三角洲地区的变电站工程的特征，对于不同的地质条件、场地环境和建设工期等情况，分析了各种地基处理方法的实用范围和特点。李学琪和纪明[7]基于天津地区的变电站工程提出了加强沉降变形控制的技术措施。李玉成等[8]以500 kV虹杨变电站基坑工程为例，研究了大型变电站的基坑工程，并设计了监测方案，实行了对基坑及周围环境的实时监测。本文采用极坐标法、几何水准测量方式以及人工观测的方式，根据地质环境条件及规范要求，合理设计了变电站的监测方案，并对监测数据进行分析，为大型变电站边坡沉降观测提供了良好的应用案例。

1 工程概况

安徽芜湖三500 kV变电站工程位于芜湖市三山区峨桥镇山湖村东南侧，区域地貌上属于沿江平原，微地貌主要为丘陵岗地、岗间洼地，站址内地势变化较大，主要植被以樟树为主，据实际勘探地面高程在9.07 m～44.35 m之间。站址内有大量坟地，分布零散。站址北侧有一水塘，勘探期间水深约1.5 m，淤泥厚度约1.0 m，站址中部分布有两条由南向北的冲沟。该站区场平标高是20.70 m，场平后站区外围最终形成的边坡总长度大约780.0 m，其中，挖方边坡长度是440.0 m，填方边坡长度是340.0 m。站区距G50沪渝高速公路约2 km，南距X045淮九公路约970 m，交通便利。

2 监测方案设计

2.1 监测项目

本工程边坡监测的主要目的是评估在施工过程中以及使用时边坡的稳定性，可以为防止边坡可能产生的滑动问题和蠕动变形等提供实时的技术依据，同时可以对以后的边坡位移和变形情况进行预测，并且可以预报今后的发展趋势。本文是根据GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范中的要求对边坡工程选择合适的监测项目，包括5个方面，分别是变形控制、边坡类型、安全等级、支护结构和地质环境。对本工程地段边坡安全监测项目列表如表1所示。

表1 监测项目列表

2.2 监测方法及边坡变形监测预警

监测项目中边坡坡顶水平位移监测采用GPS静态观测法与全站仪极坐标法，监测的精度根据JGJ 8—2016建筑变形测量规范中的三等位移观测标准实施；沉降监测拟采用几何水准测量方式，水准路线布置闭合、附合或结点水准网，以稳定的基准点或工作点为起算点，数据处理采用严密平差，监测精度按照JGJ 8—2016建筑变形测量规范中三等沉降观测要求执行；在监测地表裂缝等问题时采用简易的观测方法，用人来进行巡视来实现观测，当出现地裂缝时，在地裂缝处设桩进行观测，观测裂缝的走向、延伸的长度、张开度等情况。

在边坡工程施工过程中及监测期间，一旦发生以下问题时应进行实时报警，并采取相应的应急措施：1)向外倾斜的结构面有软弱的岩土边坡、支撑结构的坡顶有水平位移情况发生或支撑结构的受力裂缝有扩展的现象时；没有向外倾斜的结构面的岩质边坡或支撑结构的最大裂缝宽度达到国家现有的相关范围的准许值；土质边坡支撑结构的坡顶最大水平位移高于边坡开挖深度的1/500或20 mm，并且水平位移的速度已经连续3 d都高于2 mm/d；2)土质边坡坡顶的邻近建筑物的累计沉降范围、不均匀沉降范围或整体倾斜范围已超出现有的国家标准GB 50007建筑地基基础设计规范中要求的允许值的80%；3)坡顶邻近建筑物中出现新的裂缝或者原有的裂缝有新的变化；4)支撑结构中有重要的构件出现了应力增加、松弛、压屈、断裂或破坏的问题；5)边坡周围的岩土或底部出现了造成边坡剪切破坏的问题时或者其他可能造成安全问题的迹象时；6)按照当地的相关工程经验，当发生其他必须报警的问题时(见表2)。

表2 监测报警值一览表

3 监测数据分析

本工程基准网由基准点和工作点组成。基准点和工作点应选择在地基稳固，避开易产生多路径效应的环境，具有15°以上高度角的GPS观测条件，交通便宜、方便仪器架设的位置。根据设计安排与监测工作的需要，本工程共计布设监测控制点5个，依次命名为WHO1～WHO5；监测点21个，依次命名为JC01～JC21，其中填方区监测点8个，挖方区13个，监测点分布图见图1。

表3 监测点水平位移和高程累计变化量

本次监测始于2017年5月27日，截止于2018年5月9日，共观测约一年时间，累计观测25期测量数据。表3为所得监测数据统计得到的水平位移和高程累计变化量，ΔX,ΔY为各个变形监测点的水平位移量，ΔH为各个变形监测点的沉降量(见表3)。

从表3中可得到，水平位移监测累计变化量中，JC06点的ΔX变化量最大，达到-6.4 mm；JC07点的ΔY变化量最大，达到了6.3 mm。垂直位移的监测累计变化量中，JC16点的ΔH变化量最大，达到了2.03 mm，最大的沉降速率达到了0.02 mm/d。从边坡的水平位移监测的累计变化量和垂直位移的监测累计沉降变化量数据中可以看出，各监测点水平位移和高程变化较小。

图2表示的是从监测开始到监测结束的监测点的沉降曲线，从图2中可以看出，监测点在监测点的波段范围均属于正常范围，图中有的监测点的沉降出现了跳跃可能是数据波动或因数据传输通道拥堵和卫星信号的失锁而导致的整周计数的跳变或中断所致，但在观测的后期，监测点的沉降均处于一个比较平稳的状态。本工程截止观测结束，在裂缝监测方面未发现边坡有明显裂缝，并且边坡的总体变形较小，边坡的位移及沉降速率也逐渐变小，边坡的变形趋于稳定。由此可以得出，此边坡现阶段已处于稳定状态。

4 监测结论

通过对芜湖三500 kV变电站的各监测点进行监测，基本掌握了边坡变形对周围环境的影响及自身的形变情况，及时捕捉在监测过程中发现的细小变化，较好地完成了变电站边坡变形的监测任务。通过对监测数据的分析，可以得出变电站边坡良好的稳定性，并且监测方案的合理性对大型变电站工程的沉降监测方案及施工具有一定的指导意义。同时，如果发现变电站工程的变形异常时，应及时报告，并积极采取防止措施。变形严重的必须采取加固补强等可靠的安全措施。