滑坡变形对塔基稳定性影响的监测应用方案探讨

◇四川九0九建设工程有限公司 余伟

本文通过探讨滑坡变形过程中对滑坡体上铁塔的破坏类型和特点，提出了针对滑坡体上塔基破坏的自动化监测方案，为有效防范滑坡导致铁塔破坏提出了相应的监测和防灾建议。

山区输电线路一般采用铁塔作为线路跨越载体，通过修建在山区边坡上的铁塔起传递作用，将输电线路连接到各个区域。而铁塔所在的边坡稳定性对于铁塔自身的安全尤为重要。一般情况下，铁塔本身虽然结构复杂、高度大、受气候环境影响较为强烈，但在设计上已经考虑到了各种不利因素对铁塔本身的影响，在符合国家相关规定的情况下，完全满足线路输电的长期稳定性要求，但铁塔的塔基坐落在各种边坡上，特别是我国西部山区滑坡体密布，当铁塔放置于古滑坡体或者隐蔽性极强的滑坡体上时，由于滑坡产生的变形将直接影响塔基的稳定性，最终影响输电线路的安全。因此，对于山区滑坡体变形导致的塔基稳定性变化监测，是一个长期存在的重要问题，而针对这一问题建立的有效变形监测方案对于及时防止滑坡变形导致的铁塔破坏造成安全威胁起了重要的作用。

1 边坡失稳对铁塔的破坏类型

当铁塔塔基坐落在滑坡体上时，滑坡的稳定性直接影响了铁塔的安全稳定。常见的滑坡变形破坏模式可分为蠕动拉裂、滑移破坏、剪断弯曲等多种模式，无论哪种变形破坏模式，都表现出滑坡体的位移和错动，从而带动滑坡体上的塔基产生变形，特别是当塔基随滑坡失稳产生显著位移时，将导致整个铁塔倾倒失稳，因此，滑坡失稳对滑坡体上的铁塔破坏表现为铁塔倾斜、塔身结构弯折、铁塔倾倒三种类型。

铁塔倾斜是指由于地基变形，导致铁塔塔基产生显著的位移，特别是铁塔4个塔基的不均匀变形和沉降，导致铁塔整体产生不同步的沉降，从而使铁塔朝着沉降更大的方向产生明显的倾斜，影响线路的安全运行。塔身结构弯折则主要是由于铁塔塔基进一步产生不均匀变形和沉降，导致铁塔上部产生了不同方向的变形沉降拉应力，而由于铁塔本身属于半刚性结构，难以直接产生变形以适应这种较大的变形，最终变形过大导致铁塔杆体出现弯折破坏，影响线路的安全运行。铁塔倾倒则是在铁塔塔基变形沉降达到临界值后，由于铁塔本身由于不均匀变形和沉降已经无法维持自身的稳定，最终失稳倾倒破坏，影响线路的安全运行。

2 边坡变形对塔基稳定性的监测应用

2.1 监测思路和原则

针对常见滑坡变形导致的铁塔倾斜、弯折甚至倾倒的问题，采用可靠的自动化监测手段对滑坡体变形及铁塔倾斜进行监测显得尤为重要。通过针对滑坡体变形导致的灾害关键影响因素定期自动监测塔基状态，可以实时判断出塔基的危险性情况，并根据滑坡变形变化趋势和对应的铁塔倾斜趋势采取有效的防灾措施，减少相关损失。针对塔基常见的变形破坏模式和特点，具体的监测思路和原则主要为：①通过在铁塔上布设多个倾角传感器监测滑坡变形引起的铁塔变形倾斜状态，为塔基变形下的铁塔倾斜或倾倒提供实时准确的量化值监测，以判断塔身的实时状态；②通过滑坡体本身的变形监测和气象环境综合监测站，对铁塔塔基区域的滑坡变形进行实时掌握，并结合气象环境进行长期监控，提前防范导致塔基变形的滑坡灾害。由两者相结合构建出满足关键监测要素的滑坡体及外部环境监测和塔基自身状态的监测，实现关键监测要素的全覆盖（图1）。

图1 监测设备布设示意图

2.2 监测内容及设备

对于铁塔本身的倾斜状态监测，主要采用倾角传感器进行，可通过在铁塔的塔身上布设倾角传感器的方式，一般情况下可在铁塔4角的中间位置附近进行布设（每个边角布设1只），以监测当滑坡变形时铁塔塔基的变形情况，通过不同塔脚变形量的差异和倾斜大小及时准确的判断出铁塔倾斜方向以及最危险的倾斜角度（图2）。倾角传感器布设过程中，需要记录倾角传感器的X、Y轴方向，并进行相应的标定，在倾角的监测过程中，重点监测塔基变形沉降导致的铁塔倾角相对变化角度，因此需要在监测时减去初始值，以铁塔的相对变化角度作为关键数据进行分析，判断塔基变形对铁塔倾角的定量影响。

图2 倾角传感器布设示意图

对于滑坡体变形导致的塔基变形监测，则在塔基范围附近布设综合监测站，包括塔基变形监测所需的GNSS变形监测站以及能监测降雨量、温度、湿度、气压等主要气象参数的监测站，通过对滑坡体的变形监测，掌握可能导致铁塔倾斜破坏的塔基变形量要素，并通过对铁塔周边气象环境进行持续性监测，获取滑坡体的实时环境信息，对持续性降雨、短时大暴雨等潜在较高风险环境下的塔基变形提供有效的前期预报。

2.3 预警预报应用

监测设备布设完成后，可实现铁塔区域内滑坡体变形、塔身倾斜、外部气候环境的多因素自动化监测，通过汇总和分析监测数据，可以构建出针对铁塔稳定性的有效自动化预警预报系统，具体思路为：根据自动化监测获得的相关监测数据，可通过4G网络等各类有效的数据传输方法同步回传至实时大数据平台，通过大数据平台分析变形监测数据等各类数据以及发展变化趋势，判断滑坡变形的稳定性状态，并结合监测数据进一步评估塔基的稳定性。这一过程中，需要考虑到铁塔塔基变形的速率变化特征和累计位移量的大小，同时结合判断铁塔自身的倾斜角度大小和倾斜变化发展趋势进行，根据两者的特征和前期气候环境的特点，可以构建出针对性的铁塔稳定性变化预警判别方法，同时根据监测数据变化自动进行相应等级的预警，将对应预警信息推送到指定人员的手机上。最后，根据监测数据综合分析，将滑坡变形对塔基影响的危险性等级分为三个等级，通过黄色预警、橙色预警和红色预警分级判别实现不同危险程度下滑坡变形对塔基稳定性的及时报警和应急处置（表1）。

表1 边坡变形导致铁塔稳定性变化的预警判别方法

3 结论

我国西部山区高压线路铁塔密布，塔基坐落的滑坡体变形监测是有效防范铁塔倾斜、塔身结构弯折、倾倒三种等各类灾害的重要手段。针对滑坡体变形失稳导致的塔基稳定性破坏，可以采用滑坡体变形监测、塔身倾斜监测和气象环境监测相结合的自动化监测手段，实现滑坡体上的塔基有效监测数据覆盖，通过以气候环境监测为前期预报、塔基变形监测为重点因素参考、铁塔倾斜监测为最终判断的多因素预警判别相结合的方式，构建出科学合理的预警预报措施，最终使滑坡灾害产生的损失大幅降低，为减轻塔基变形导致的铁塔破坏地质灾害提供可靠的数据参考和有效的处置依据。