滑坡變形對塔基穩(wěn)定性影響的監(jiān)測應(yīng)用方案探討

◇四川九0九建設(shè)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(diǎn)，提出了針對滑坡體上塔基破壞的自動化監(jiān)測方案，為有效防范滑坡導(dǎo)致鐵塔破壞提出了相應(yīng)的監(jiān)測和防災(zāi)建議。

山區(qū)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(qū)邊坡上的鐵塔起傳遞作用，將輸電線路連接到各個區(qū)域。而鐵塔所在的邊坡穩(wěn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、高度大、受氣候環(huán)境影響較為強(qiáng)烈，但在設(shè)計上已經(jīng)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(guān)規(guī)定的情況下，完全滿足線路輸電的長期穩(wěn)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(qū)滑坡體密布，當(dāng)鐵塔放置于古滑坡體或者隱蔽性極強(qiáng)的滑坡體上時，由于滑坡產(chǎn)生的變形將直接影響塔基的穩(wěn)定性，最終影響輸電線路的安全。因此，對于山區(qū)滑坡體變形導(dǎo)致的塔基穩(wěn)定性變化監(jiān)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(jiān)測方案對于及時防止滑坡變形導(dǎo)致的鐵塔破壞造成安全威脅起了重要的作用。

1 邊坡失穩(wěn)對鐵塔的破壞類型

當(dāng)鐵塔塔基坐落在滑坡體上時，滑坡的穩(wěn)定性直接影響了鐵塔的安全穩(wěn)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(xiàn)出滑坡體的位移和錯動，從而帶動滑坡體上的塔基產(chǎn)生變形，特別是當(dāng)塔基隨滑坡失穩(wěn)產(chǎn)生顯著位移時，將導(dǎo)致整個鐵塔傾倒失穩(wěn)，因此，滑坡失穩(wěn)對滑坡體上的鐵塔破壞表現(xiàn)為鐵塔傾斜、塔身結(jié)構(gòu)彎折、鐵塔傾倒三種類型。

鐵塔傾斜是指由于地基變形，導(dǎo)致鐵塔塔基產(chǎn)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(dǎo)致鐵塔整體產(chǎn)生不同步的沉降，從而使鐵塔朝著沉降更大的方向產(chǎn)生明顯的傾斜，影響線路的安全運(yùn)行。塔身結(jié)構(gòu)彎折則主要是由于鐵塔塔基進(jìn)一步產(chǎn)生不均勻變形和沉降，導(dǎo)致鐵塔上部產(chǎn)生了不同方向的變形沉降拉應(yīng)力，而由于鐵塔本身屬于半剛性結(jié)構(gòu)，難以直接產(chǎn)生變形以適應(yīng)這種較大的變形，最終變形過大導(dǎo)致鐵塔桿體出現(xiàn)彎折破壞，影響線路的安全運(yùn)行。鐵塔傾倒則是在鐵塔塔基變形沉降達(dá)到臨界值后，由于鐵塔本身由于不均勻變形和沉降已經(jīng)無法維持自身的穩(wěn)定，最終失穩(wěn)傾倒破壞，影響線路的安全運(yùn)行。

2 邊坡變形對塔基穩(wěn)定性的監(jiān)測應(yīng)用

2.1 監(jiān)測思路和原則

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

圖1 監(jiān)測設(shè)備布設(shè)示意圖

2.2 監(jiān)測內(nèi)容及設(shè)備

對于鐵塔本身的傾斜狀態(tài)監(jiān)測，主要采用傾角傳感器進(jìn)行，可通過在鐵塔的塔身上布設(shè)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(jìn)行布設(shè)（每個邊角布設(shè)1只），以監(jiān)測當(dāng)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(zhǔn)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(shè)過程中，需要記錄傾角傳感器的X、Y軸方向，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定，在傾角的監(jiān)測過程中，重點(diǎn)監(jiān)測塔基變形沉降導(dǎo)致的鐵塔傾角相對變化角度，因此需要在監(jiān)測時減去初始值，以鐵塔的相對變化角度作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)示意圖

對于滑坡體變形導(dǎo)致的塔基變形監(jiān)測，則在塔基范圍附近布設(shè)綜合監(jiān)測站，包括塔基變形監(jiān)測所需的GNSS變形監(jiān)測站以及能監(jiān)測降雨量、溫度、濕度、氣壓等主要?dú)庀髤?shù)的監(jiān)測站，通過對滑坡體的變形監(jiān)測，掌握可能導(dǎo)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(huán)境進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測，獲取滑坡體的實(shí)時環(huán)境信息，對持續(xù)性降雨、短時大暴雨等潛在較高風(fēng)險環(huán)境下的塔基變形提供有效的前期預(yù)報。

2.3 預(yù)警預(yù)報應(yīng)用

監(jiān)測設(shè)備布設(shè)完成后，可實(shí)現(xiàn)鐵塔區(qū)域內(nèi)滑坡體變形、塔身傾斜、外部氣候環(huán)境的多因素自動化監(jiān)測，通過匯總和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建出針對鐵塔穩(wěn)定性的有效自動化預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，具體思路為：根據(jù)自動化監(jiān)測獲得的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可通過4G網(wǎng)絡(luò)等各類有效的數(shù)據(jù)傳輸方法同步回傳至實(shí)時大數(shù)據(jù)平臺，通過大數(shù)據(jù)平臺分析變形監(jiān)測數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)以及發(fā)展變化趨勢，判斷滑坡變形的穩(wěn)定性狀態(tài)，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步評估塔基的穩(wěn)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(jié)合判斷鐵塔自身的傾斜角度大小和傾斜變化發(fā)展趨勢進(jìn)行，根據(jù)兩者的特征和前期氣候環(huán)境的特點(diǎn)，可以構(gòu)建出針對性的鐵塔穩(wěn)定性變化預(yù)警判別方法，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化自動進(jìn)行相應(yīng)等級的預(yù)警，將對應(yīng)預(yù)警信息推送到指定人員的手機(jī)上。最后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警分級判別實(shí)現(xiàn)不同危險程度下滑坡變形對塔基穩(wěn)定性的及時報警和應(yīng)急處置（表1）。

表1 邊坡變形導(dǎo)致鐵塔穩(wěn)定性變化的預(yù)警判別方法

3 結(jié)論

我國西部山區(qū)高壓線路鐵塔密布，塔基坐落的滑坡體變形監(jiān)測是有效防范鐵塔傾斜、塔身結(jié)構(gòu)彎折、傾倒三種等各類災(zāi)害的重要手段。針對滑坡體變形失穩(wěn)導(dǎo)致的塔基穩(wěn)定性破壞，可以采用滑坡體變形監(jiān)測、塔身傾斜監(jiān)測和氣象環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合的自動化監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)滑坡體上的塔基有效監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋，通過以氣候環(huán)境監(jiān)測為前期預(yù)報、塔基變形監(jiān)測為重點(diǎn)因素參考、鐵塔傾斜監(jiān)測為最終判斷的多因素預(yù)警判別相結(jié)合的方式，構(gòu)建出科學(xué)合理的預(yù)警預(yù)報措施，最終使滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的損失大幅降低，為減輕塔基變形導(dǎo)致的鐵塔破壞地質(zhì)災(zāi)害提供可靠的數(shù)據(jù)參考和有效的處置依據(jù)。