山區輸電線路基礎安全無線自動化監測探討

摘要：輸電線路桿塔基礎的不均勻沉降和水平位移均可能導致鐵塔整體傾斜和倒塔事故的發生。為能及時獲取桿塔基礎的不均勻沉降和水平位移狀態信息，提出了適用于山區斜坡地形條件下的輸電線路不等高基礎的不均勻沉降及水平位移無線自動化監測方法。經工程實踐驗證，該方法能夠監控輸電線路基礎的不均勻沉降和水平位移。

關鍵詞：山區輸電線路；不等高基礎；不均勻沉降；水平位移；無線自動化監測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2015）36-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.062

上撥和抗傾覆穩定性是桿塔基礎設計的控制條件，在山區斜坡地形條件下基礎邊坡的最小保護距離也應滿足桿塔荷載要求，但山區輸電線路桿塔基礎易受地質災害的影響，塔位邊坡的局部滑塌導致設計的臨坡基礎變為斜坡基礎，基礎有效抗拔深度和最小邊坡保護距離減小，嚴重減弱了塔基地基土水平抗力、降低了基礎的拔承載力，從而導致水平位移及不均勻沉降在基礎中出現，在這過程中給塔身構件帶來了附加應力，產生了許多安全隱患。當前，國內主要通過采用人工定期巡視的方式對線路進行巡查，從而使輸電線路可以正常運行。但因為輸電線路桿塔在山區一般都位于其地形險要，地勢復雜的山頂或半山腰，在人工定期巡視過程中不能及時了解基礎變形的具體狀況，相應的加固措施不能及時有效地落實，給工作造成諸多不便。

桿塔基礎的不均勻沉降、位移及導線覆冰等均可引起桿塔的傾斜，其傾斜度可以通過安裝桿塔傾斜傳感器來進行監測，這種方法并不能對桿塔基礎進行直接監控，而是要對監測結果進行分析，查找引起桿塔的傾斜的原因后，再采取諸如塔位邊坡治理、基礎充填與置換塔位、平推復位等不同的防護措施。基礎不均勻沉降的無線自動化監測多采用GPS、位移計、沉降儀及常規靜力水準儀方法。GPS價格昂貴且在高壓線下影響大，在基礎及地形高差較小的地方，通常使用常規靜力水準儀就可以滿足，但是在輸電線路高差較大或在基礎不等高進行不均勻沉降觀測時，上述方法卻難以適用。沉降儀及位移計一般不能安裝在桿塔基礎上，通常要鉆孔進行埋設符合類型的錨頭。本文針對山區斜坡地形條件下的輸電線路不等高基礎，提出了一套不均勻沉降及水平位移的無線監測系統，并應用在廣東電網公司韶關供電局坪石電廠至曲江500千伏輸電線路的電桿塔。

1 工程背景

韶關供電局坪石電廠至曲江500千伏輸電線路的163號輸電桿塔基礎所在地貌單元為脊坡，邊坡非常險峻，巖性為灰黃色強風化混合巖，呈碎塊狀，局部夾中風化巖塊，抗壓強度為450kPa，埋深為0.00～8.00m。該塔基四條腿（鐵塔基礎及塔腿編號以面向線路前進方向，順時針轉動為準）均采用挖孔樁基礎，基礎埋設分別為7530mm、7010mm、7040mm、8025mm，樁身混凝土強度不低于設計值C20。基礎施工于2009年4月9日完成，2009年5月25日立塔。呼稱高48m，塔全高74.4m。施工完成時測量的Ⅰ-Ⅱ頂面高差為4005m、Ⅱ-Ⅲ頂面高差為6003mm、Ⅲ-Ⅳ頂面高差為0mm、Ⅳ-Ⅰ腿頂面高差為2mm。

腿砌擋土墻位置為Ⅲ、Ⅳ。因邊坡滑移導致Ⅲ腿前方擋土墻出現倒塌以及基礎上方出現2m左右的懸空，因此對其邊坡進行了錨固加固處理。

2 監測方法

2.1 樁頂不均勻沉降監測

樁頂不均勻沉降采用振弦式微壓傳感器量測，四個樁體頂部最大高差達到6m，因此在選擇壓力傳感器時應該考慮其測量的高差變化，選擇量程為7m的壓力傳感器系統。通過一根通液管（粗管）和通氣管（細管）將多個壓力傳感器系統的串聯形成不均勻沉降監測系統。為使外界對其系統的影響降低到最小，其內部的儲液箱與通液管一端充分相連，同時傳感器的通氣管又有效地連通干燥管、儲液系統，從而構建起了內壓自平衡系統，如圖1。傳感器對溫度測值進行修正時，是通過其內置溫度傳感器來實現的。其內部壓力的變化通過一定的換算后又能得出高程的變化，而這種變化的前提是以基準測點的傳感器為基準。

在鐵塔四條腿所在樁基頂部和基準點位置安裝振弦式微壓傳感器，連接微壓傳感器與自動數據采集儀，設置采集需要的頻率，并對數據進行定時自動采集。基準點則通常為深埋式，使鉆機鉆至微風化后，深埋鋼管。

觀測點n沉降量為Sn，當其為正值時表示觀測點出現抬升，負值則反之；觀測點n的儀器系數為Gn；基準點的儀器系數則為Gref；觀測點初始讀數為R0n；當前讀數為R1n；R1ref為基準點的當前讀數；R0ref為基準點n的初始讀數。在系統中容器內的水位高于任意測點的前提下，傳感器的沉降變形只與基準傳感器的高程相關，與容器內的水位變化沒有直接關系，各監測點位高程變化值均與基準點位高程變化值求差即可得到各樁頂沉降的絕對變化量。

2.2 樁頂水平位移監測

樁頂水平位移采用雙軸傾角計測量。在鐵塔四條腿樁頂安裝雙軸傾角儀，A軸垂直所在塔位邊坡，B軸平行所在塔位邊坡。傾角計連接到自動數據采集儀，定時自動采集數據。假定樁底不發生水平位移，根據樁長和傾角計所測樁頂傾角變化，即可計算出樁頂的偏移量。

2.3 自動采集系統

數據自動采集采用BGK-MICRO分布式網絡測量系統，該系統由安全監測系統軟件、測量模塊、GPRS通訊模塊、電源模塊等組成，采用太陽能板加蓄電池供電。

3 監測結果分析

3.1 不均勻沉降

傳感器連接到采集箱測量模塊，通過通訊模塊接入傳輸網絡，由計算機對其進行控制，包括設置監測采集頻率、數據接收、在線測量、原始數據報表預覽與輸出。

如圖2所示，2014年2月13日至10月20日，Ⅰ和Ⅱ腿、Ⅲ和Ⅳ腿兩組均有較為一致的豎向形變，Ⅰ和Ⅱ腿處于上拔狀態；Ⅲ和Ⅳ則先處于上拔狀態，后則處于下壓狀態。Ⅰ腿豎向位移量累計變化為-1.33～10.87mm、Ⅱ腿豎向位移量累計變化為-1.29～12.30mm、Ⅲ腿豎向位移量累計變化為-8.01～13.14mm，Ⅳ腿豎向位移量累計變化為-6.08～8.27mm。從數據中可以看出14.19mm為Ⅱ腿與Ⅲ腿最大高差，其形成13.33m的水平距離，不超過規范要求的最大傾斜度（注：規范要求<0.5%，實測為0.11%）。12.64mm為Ⅰ腿與Ⅳ腿所形成的高差，同時形成13.52m的水平距離，最大傾斜度為0.09%。我們可以得知，或許因為導線主要位于Ⅲ、Ⅳ腿，四個腿中Ⅲ、Ⅳ腿所承受的荷重較大，導致塔基基礎向脊坡前緣傾斜。上述基礎最大傾斜度只代表監測期間內基礎發生的傾斜，基礎建成后至現在的傾斜度需要采取其他手段進行量測。目前，桿塔基礎處于正常運行狀態，持續監測，可以進一步掌握傾斜的發展趨勢。

3.2 樁頂水平位移

如圖3所示，2014年2月25日至10月20日期間，樁頂最大累計水平位移量變化范圍為-5.57～3.52m之間（Ⅳ腿），Ⅰ與Ⅳ樁頂向邊坡位移，Ⅱ腿向邊坡頂位移，Ⅲ腿位移量變化范圍為-1.87～1.11mm，變化量較小，可見Ⅲ腿所在塔位邊坡加固起到了很好的作用。上述樁頂水平位移量計算的前提是樁底不發生水平位移。但是，如果樁底發生水平位移，意味著塔位邊坡不穩定，基礎的不均勻沉降會加大，可以通過沉降監測系統反映出來。

4 結語

山區斜坡地在雨季容易發生地質災害，山體的滑坡或坍塌極大地減弱了輸電線路基礎的抗拔承載力，使地基水平抗力大大減弱，從而造成了塔基出現水平位移，甚至出現地基不均勻沉降，加重了塔身的負擔，導致輸電線路桿塔基礎無法正常工作。無線自動化安全監測技術的產生能有效地監測基礎出現的變化，并采用傾角計量測基礎頂部的水平位移，及時有效地掌握動態數據，做好塔基安全防范工作，確保輸電線路的安全運行。

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作者簡介：劉文峰（1974-），男，廣東汕頭人，廣東電網有限責任公司韶關供電局輸電所運行專責，電氣工程師，研究方向：輸電線路運行維護，輸電架空線路、電纜線路的運維管理。

（責任編輯：蔣建華）