滑坡變形對塔基穩定性影響的監測應用方案探討

◇四川九0九建設工程有限公司 余偉

本文通過探討滑坡變形過程中對滑坡體上鐵塔的破壞類型和特點，提出了針對滑坡體上塔基破壞的自動化監測方案，為有效防范滑坡導致鐵塔破壞提出了相應的監測和防災建議。

山區輸電線路一般采用鐵塔作為線路跨越載體，通過修建在山區邊坡上的鐵塔起傳遞作用，將輸電線路連接到各個區域。而鐵塔所在的邊坡穩定性對于鐵塔自身的安全尤為重要。一般情況下，鐵塔本身雖然結構復雜、高度大、受氣候環境影響較為強烈，但在設計上已經考慮到了各種不利因素對鐵塔本身的影響，在符合國家相關規定的情況下，完全滿足線路輸電的長期穩定性要求，但鐵塔的塔基坐落在各種邊坡上，特別是我國西部山區滑坡體密布，當鐵塔放置于古滑坡體或者隱蔽性極強的滑坡體上時，由于滑坡產生的變形將直接影響塔基的穩定性，最終影響輸電線路的安全。因此，對于山區滑坡體變形導致的塔基穩定性變化監測，是一個長期存在的重要問題，而針對這一問題建立的有效變形監測方案對于及時防止滑坡變形導致的鐵塔破壞造成安全威脅起了重要的作用。

1 邊坡失穩對鐵塔的破壞類型

當鐵塔塔基坐落在滑坡體上時，滑坡的穩定性直接影響了鐵塔的安全穩定。常見的滑坡變形破壞模式可分為蠕動拉裂、滑移破壞、剪斷彎曲等多種模式，無論哪種變形破壞模式，都表現出滑坡體的位移和錯動，從而帶動滑坡體上的塔基產生變形，特別是當塔基隨滑坡失穩產生顯著位移時，將導致整個鐵塔傾倒失穩，因此，滑坡失穩對滑坡體上的鐵塔破壞表現為鐵塔傾斜、塔身結構彎折、鐵塔傾倒三種類型。

鐵塔傾斜是指由于地基變形，導致鐵塔塔基產生顯著的位移，特別是鐵塔4個塔基的不均勻變形和沉降，導致鐵塔整體產生不同步的沉降，從而使鐵塔朝著沉降更大的方向產生明顯的傾斜，影響線路的安全運行。塔身結構彎折則主要是由于鐵塔塔基進一步產生不均勻變形和沉降，導致鐵塔上部產生了不同方向的變形沉降拉應力，而由于鐵塔本身屬于半剛性結構，難以直接產生變形以適應這種較大的變形，最終變形過大導致鐵塔桿體出現彎折破壞，影響線路的安全運行。鐵塔傾倒則是在鐵塔塔基變形沉降達到臨界值后，由于鐵塔本身由于不均勻變形和沉降已經無法維持自身的穩定，最終失穩傾倒破壞，影響線路的安全運行。

2 邊坡變形對塔基穩定性的監測應用

2.1 監測思路和原則

針對常見滑坡變形導致的鐵塔傾斜、彎折甚至傾倒的問題，采用可靠的自動化監測手段對滑坡體變形及鐵塔傾斜進行監測顯得尤為重要。通過針對滑坡體變形導致的災害關鍵影響因素定期自動監測塔基狀態，可以實時判斷出塔基的危險性情況，并根據滑坡變形變化趨勢和對應的鐵塔傾斜趨勢采取有效的防災措施，減少相關損失。針對塔基常見的變形破壞模式和特點，具體的監測思路和原則主要為：①通過在鐵塔上布設多個傾角傳感器監測滑坡變形引起的鐵塔變形傾斜狀態，為塔基變形下的鐵塔傾斜或傾倒提供實時準確的量化值監測，以判斷塔身的實時狀態；②通過滑坡體本身的變形監測和氣象環境綜合監測站，對鐵塔塔基區域的滑坡變形進行實時掌握，并結合氣象環境進行長期監控，提前防范導致塔基變形的滑坡災害。由兩者相結合構建出滿足關鍵監測要素的滑坡體及外部環境監測和塔基自身狀態的監測，實現關鍵監測要素的全覆蓋（圖1）。

圖1 監測設備布設示意圖

2.2 監測內容及設備

對于鐵塔本身的傾斜狀態監測，主要采用傾角傳感器進行，可通過在鐵塔的塔身上布設傾角傳感器的方式，一般情況下可在鐵塔4角的中間位置附近進行布設（每個邊角布設1只），以監測當滑坡變形時鐵塔塔基的變形情況，通過不同塔腳變形量的差異和傾斜大小及時準確的判斷出鐵塔傾斜方向以及最危險的傾斜角度（圖2）。傾角傳感器布設過程中，需要記錄傾角傳感器的X、Y軸方向，并進行相應的標定，在傾角的監測過程中，重點監測塔基變形沉降導致的鐵塔傾角相對變化角度，因此需要在監測時減去初始值，以鐵塔的相對變化角度作為關鍵數據進行分析，判斷塔基變形對鐵塔傾角的定量影響。

圖2 傾角傳感器布設示意圖

對于滑坡體變形導致的塔基變形監測，則在塔基范圍附近布設綜合監測站，包括塔基變形監測所需的GNSS變形監測站以及能監測降雨量、溫度、濕度、氣壓等主要氣象參數的監測站，通過對滑坡體的變形監測，掌握可能導致鐵塔傾斜破壞的塔基變形量要素，并通過對鐵塔周邊氣象環境進行持續性監測，獲取滑坡體的實時環境信息，對持續性降雨、短時大暴雨等潛在較高風險環境下的塔基變形提供有效的前期預報。

2.3 預警預報應用

監測設備布設完成后，可實現鐵塔區域內滑坡體變形、塔身傾斜、外部氣候環境的多因素自動化監測，通過匯總和分析監測數據，可以構建出針對鐵塔穩定性的有效自動化預警預報系統，具體思路為：根據自動化監測獲得的相關監測數據，可通過4G網絡等各類有效的數據傳輸方法同步回傳至實時大數據平臺，通過大數據平臺分析變形監測數據等各類數據以及發展變化趨勢，判斷滑坡變形的穩定性狀態，并結合監測數據進一步評估塔基的穩定性。這一過程中，需要考慮到鐵塔塔基變形的速率變化特征和累計位移量的大小，同時結合判斷鐵塔自身的傾斜角度大小和傾斜變化發展趨勢進行，根據兩者的特征和前期氣候環境的特點，可以構建出針對性的鐵塔穩定性變化預警判別方法，同時根據監測數據變化自動進行相應等級的預警，將對應預警信息推送到指定人員的手機上。最后，根據監測數據綜合分析，將滑坡變形對塔基影響的危險性等級分為三個等級，通過黃色預警、橙色預警和紅色預警分級判別實現不同危險程度下滑坡變形對塔基穩定性的及時報警和應急處置（表1）。

表1 邊坡變形導致鐵塔穩定性變化的預警判別方法

3 結論

我國西部山區高壓線路鐵塔密布，塔基坐落的滑坡體變形監測是有效防范鐵塔傾斜、塔身結構彎折、傾倒三種等各類災害的重要手段。針對滑坡體變形失穩導致的塔基穩定性破壞，可以采用滑坡體變形監測、塔身傾斜監測和氣象環境監測相結合的自動化監測手段，實現滑坡體上的塔基有效監測數據覆蓋，通過以氣候環境監測為前期預報、塔基變形監測為重點因素參考、鐵塔傾斜監測為最終判斷的多因素預警判別相結合的方式，構建出科學合理的預警預報措施，最終使滑坡災害產生的損失大幅降低，為減輕塔基變形導致的鐵塔破壞地質災害提供可靠的數據參考和有效的處置依據。