韓志磊，蘇 軍，李小軍，郭利杰

（1．北京礦冶研究總院，北京102600；2．金屬礦山智能開采技術北京市重點實驗室，北京102600）

目前，尾礦庫在線監測技術發展迅速，系統建設較為普遍。尾礦庫在線監測系統是一項系統工程，涉及的監測項目、監測點眾多，因此，為保證系統的質量需要對系統進行統籌考慮、綜合設計。其中，土建設計與施工是系統設計中很重要的一環，但由于研究設計人員對其認識不足和對工程應用研究較少，使得建成后的系統較為脆弱，直接影響系統的穩定性及后續數據分析的可靠性。更有甚者，部分系統集成商只重視設備硬件及系統本身的技術，認為設計、施工均由自己公司承擔，只要能施工就行，忽視規范化的土建設計與施工，為系統運行埋下了隱患。

尾礦庫在線監測系統土建設計涉及到供電通信線路、混凝土基礎、監測鉆孔和現場防雷的施工等一系列內容。目前，在線監測土建設計的突出問題是沒有明確的規范作指導，雖然《尾礦庫安全監測技術規范》（AQ 2030－2010）對土建施工給出了相關要求，但并不是十分明確，難以精確地指導并規范施工［1］。尾礦庫在線監測系統許多技術內容仍然是參考水庫大壩方面的規范，但尾礦庫在線監測系統有其獨特性，不能完全照搬照抄水利規范。本文從尾礦庫在線監測系統涉及的土建問題出發，結合工程實際對土建設計與施工中的細節進行闡述，以期指導尾礦庫在線監測系統的規范化建設，不斷提高尾礦庫在線監測系統工程的質量和技術水平。

1 線纜敷設

供電、通信系統是在線監測系統中重要的輔助系統，雖然太陽能、風能供電和無線通信在技術上已經可以實現，但由于尾礦庫在線監測系統是一項系統工程，監測范圍廣，涉及到的監測項目和監測點較多，建立大量的本地供電和無線通信點還不現實。因此，很大程度上有線供電和通信仍然是主要的方式，而有線的方式就涉及到線路的敷設與防護問題［2］。

1．1 敷設方式

根據工程實際，對尾礦庫在線監測系統來說，地埋穿管是更適合的線纜敷設方式。一般情況下，現場線路盡可能設計為地埋敷設方式，不具備條件的可采用架空方式。穿管的材料可選擇鍍鋅材料，鍍鋅鋼管可起到防腐蝕、防蟲鼠破壞和電磁屏蔽的作用。線纜直接埋地敷設的深度不應小于700mm，在寒冷地區，直接埋地敷設的電纜應埋設于凍土層以下［3］。當受條件限制不能深埋時，應采取防止電纜受到損傷的措施。線纜埋設時，供電和信號線應該分開敷設，保持一定的間隔距離。地埋線纜敷設的電纜溝剖面圖見圖1。

圖1 電纜溝剖面圖（單位：mm）

線纜敷設應設計取消或減少線路施工接頭，通信線路應考慮線纜的檢修問題，線纜敷設線路接頭和檢修處應設置線纜檢修孔，檢修孔施工圖見圖2。檢修孔設計采用混凝土蓋板，防止雨水進入或其他破壞。

不具備埋地敷設條件（如壩體為堆石壩或混凝土壩）的，可以采用壩面穿管敷設方式。

圖2 電纜檢修孔施工圖（單位：mm）

1．2 線路防護

線路容易遭受的破壞主要有人為和外力作用的破壞，如冬季凍脹拉斷、受剪力切斷以及雷電引起的破壞等。施工時應視現場情況對管線進行加固，預埋線纜需要留有一定的余量。直埋線纜在有白蟻危害的地段敷設時，可采用防蟻護層，也可采用其他防蟻處理，有鼠害等災害的地區應采取相應的防護措施，在寒冷地區應針對不同氣候特點和凍土情況采取防凍措施［4］。

2 混凝土基礎

位移、降雨量監測墩及設備安裝桿基礎是在線監測系統中主要的土建基礎形式，這些基礎的施工質量直接影響到監測數據的準確可靠性。位移監測墩需要保證能夠反映壩體位移，其施工質量的重要性不言而喻。規范要求監測點和基準點與被測體應牢固結合，底座埋入土層（壩體）內的深度不應小于0．5m，冰凍區應深入冰凍線以下［5］。在線監測系統位移監測通常采用GPS和全站儀監測方式，需要在固定測點處安裝GPS接收機或監測棱鏡。GPS及棱鏡需要固定在監測墩上，《尾礦庫安全監測技術規范》（AQ 2030－2010）對監測墩的尺寸及施工要求并未明確規定，設計中可參考《土石壩安全監測技術規范》（SL 551－2012）中的相關要求并結合尾礦庫工程特點，確定混凝土基礎結構。

根據尾礦壩筑壩形式的不同，監測墩的形式也有所不同，對于壩體為堆石壩、混凝土壩或基巖上的監測墩，監測墩形式見圖3。對于堆積壩為尾礦筑壩的監測墩，其形式見圖4。

圖3 尾砂堆積壩位移監測墩施工圖（單位：mm）

圖4 基巖位移監測墩施工圖（單位：mm）

此外，對位移監測墩來說，不同的位移監測技術對監測墩防護的要求不同，GPS監測墩由于需要給設備供電通信，因此除了固定設備，還需要考慮防雷問題，需要做好防雷接地。

3 監測鉆孔

監測鉆孔是內部位移和浸潤線監測中常見的土建形式，其施工質量的好壞直接影響到監測的有效性。浸潤線鉆孔在壩高或埋深小于10m的壤土層中埋設測壓管時，可采用人工取土器鉆孔。深度大于l0m應采用鉆機造孔。為有足夠空隙填充封孔材料，裝單管時鉆孔直徑不宜小于100mm。埋設多管時，應根據裝管數量及其直徑，自下向上逐級擴徑，原則上每增加一根測管相應孔徑至少擴大一級。自上而下逐級成孔。不論何種土質，造孔均宜采用巖芯管沖擊法干鉆，并嚴禁用泥漿固壁。

浸潤線監測通常是在鉆孔內埋設測壓管，測壓管的埋設深度即鉆孔深度是個關鍵。淺了測不到水位，深了測得的水位往往低于實際浸潤線。因此，鉆孔深度的確定需要事先了解尾礦庫設計者為確保壩體穩定所需的浸潤線深度，這些可以從初步設計文件的壩體穩定計算剖面圖中查到。通常情況下，鉆孔深度為設計浸潤線深度以下2m［6］。浸潤線鉆孔施工圖見圖5，孔口保護裝置施工圖見圖6。

圖5 浸潤線鉆孔施工圖（單位：mm）

圖6 孔口保護裝置施工圖（單位：mm）

內部位移監測通常采用鉆孔內安裝測斜管的方式，內部位移鉆孔要求直徑不小于150mm，傾斜度小于1°。鉆孔回填，應使回填料與孔周介質符合反濾及密度要求。

4 現場防雷

尾礦庫大多處于現場環境惡劣的山區，多數地區雷電活動頻繁。現場監測設備及觀測房盡管高度不是很高，但是在野外也是位于相對高處。因此，這些監測設施極易成為雷擊的重點對象。例如庫水位、干灘、視頻監測點大多采用架桿安裝設備，涉及到安裝桿的防雷施工。現場實踐表明，許多自動化監測系統出現故障或損壞，均是防雷設施施工不當所致。因此，需要結合尾礦庫工程現場實際，做好防雷設計與施工。在線監測系統防雷需要考慮供電通信線路、現場監測設備以及值班室的防雷等。

4．1 線路防雷

對于架空線路的直擊雷防護，多采用避雷線的方式。隨線路在供電線上方約20cm高度與供電線路平行布設一條鋼絞線，每隔一段距離由接地引線接地。

對于地埋的線路多采用線纜穿鋼管保護，鋼管既可以保護電纜不受人為及動物破壞，同時可以起到屏蔽防雷作用，鋼管應采取良好的接地方式。對于埋設于浸潤線鉆孔中的傳感器也應采用與之相匹配的防雷器，同時要求防雷器良好接地。

光電纜線路應盡量繞避雷暴危害嚴重地段的孤立大樹、桿塔、高聳建筑、樹林等易引雷目標。無法避開時，應采取避雷針等措施對線纜進行保護。電纜金屬屏蔽層的線路兩端必須接地，接地點可在引上桿、終端桿或其附近。光電纜線路通過架空進入值班室等監測設施之前需要地埋穿管敷設接入，敷設距離不小于15m［7－8］。

4．2 設備防雷

在線監測系統各種設備在數百米至數千米不等的區域離散分布，使整個系統實現“聯合接地”難度很大，可將系統看作由多個子系統組成，每個子系統內部遵循“聯合接地原則”，子系統接地匯集點就近接地。接地體埋設于地下與引下線相連接，雷擊電流由此泄入大地。接地體可采用專用模塊或碳棒，也可采用鍍鋅角鋼、圓鋼組成接地網［9］。

現場監測點處防雷接地采用基礎下部埋設接地體的方式，接地體采用50×50×5的鍍鋅角鋼，長度為2．5m，垂直打入地下。接地體用－40×4的鍍鋅扁鋼連接，接地體間距為5m，接地體的數量根據要求的接地電阻確定。

此外，監測設備防雷應充分利用現場條件制作接地體，如果現場條件不滿足要求，可用鍍鋅扁鋼將各接地體連接起來組成接地網。如壩體位移、安裝桿基礎和浸潤線監測項目中，一般有結構鋼筋或其他金屬管深入壩體內部，這些金屬結構與大地接觸非常好，將這些金屬外殼作為接地引下線的接地體，整個系統的接地電阻將會大大降低。庫水位、滲水池和水泵房都處在水體附近，接地體建設可以參考有水體處的接地制作，應該很容易達到要求的接地電阻。

4．3 值班室防雷

值班室防雷接地設計獨立的接地網，接地電阻要求小于4Ω。接地網采用鍍鋅扁鋼（－40×4）作為水平接地體，長2．5m的鍍鋅角鋼（L50×50×5）作為垂直接地體，垂直接地體埋設間距5m，接地網四個角要形成圓角。水平接地體距離值班室散水坡外1m以上，埋設深度大于0．5m，進入值班室的所有金屬管路（金屬保護管、入室水管、其他電纜保護管等）進入前分不同點與接地網連接。垂直接地體（2．5m長的角鋼）打入地下很難，可以先用鋼釬打孔，然后再埋入。

值班室接地網的電阻一般很難做到4Ω，可以借助庫區接地網絡實現。如果實現不了，可以通過將垂直接地體（鍍鋅角鋼）換成石墨接地電極、填加降阻劑、增加離子電極等方式進行降阻［10］。

5 結 語

在尾礦庫在線監測系統建設中，土建設計與施工質量的好壞直接關系到系統能否長期可靠運行。本文結合相關規范及工程實踐對通信供電線路、混凝土基礎、監測鉆孔及現場防雷土建設計與施工細節進行了闡述，主要得到以下結論。

1）地埋穿管是尾礦庫在線監測系統更適合的線纜敷設方式，線纜敷設應設計取消或減少線路施工接頭，并設置線纜檢修孔。

2）位移監測墩應與被測壩（山）體應牢固結合，不同形式壩體監測墩的結構不同，不同監測技術的監測墩需要采取針對性的防護措施。

3）浸潤線監測孔深度應參考初步設計文件，鉆孔施工嚴禁泥漿固壁。

4）現場設備的防雷應充分利用現場條件，采用獨立接地體、接地網、更換接地材料等多種方式使接地電阻滿足要求。

經過幾年的應用實踐，該設計施工方法已在十幾個尾礦庫在線監測系統工程項目上取得了滿意的效果，值得進一步推廣應用。

［1］ 國家安全生產監督管理總局．AQ 2030－2010．尾礦庫安全監測技術規范［S］．2010．

［2］ 馬艷霞，彭凱忠，郭強．大壩安全監測自動化系統土建設計與施工［J］．水電自動化與大壩監測，2005（4）：51－53．

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部．GB 50054－2011．低壓配電設計規范［S］．2011．

［4］ 中華人民共和國工業和信息化部．YD 5102－2010．通信線路工程設計規范［S］．2010．

［5］ 中華人民共和國水利部．SL 551－2012．土石壩安全監測技術規范［S］．2012．

［6］ 田文旗，薛劍光．尾礦庫安全技術與管理［M］．煤炭工業出版社，2006．

［7］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部．GB 50057－2010．建筑物防雷設計規范［S］．2010．

［8］ 中華人民共和國建設部．GB 50343－2004．建筑物電子信息系統防雷技術規范［S］．2004．

［9］ 王利崗．尾礦庫安全監測系統防雷接地技術研究［J］．現代礦業，2012（8）：93－96．

［10］ 蘇軍，張達，韓志磊，等．尾礦庫在線監測系統防雷設計［J］．金屬礦山，2013（11）：126－129．