張書(shū)華，朱曉琳，王國(guó)營(yíng)

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州 272100； 2.兗州市國(guó)土資源局，山東兗州 272100)

大型電廠的沉降監(jiān)測(cè)

張書(shū)華1?，朱曉琳1，王國(guó)營(yíng)2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東兗州 272100； 2.兗州市國(guó)土資源局，山東兗州 272100)

應(yīng)用精密數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行電廠沉降觀測(cè)，存在著條碼水準(zhǔn)尺遮擋、室內(nèi)照明不足、沉降基準(zhǔn)點(diǎn)不穩(wěn)定等問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題，闡述了利用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行國(guó)家大型電廠沉降觀測(cè)的過(guò)程，提出了一些提高觀測(cè)精度的措施及觀測(cè)注意事項(xiàng)，分析了其數(shù)據(jù)精度，得出了各建(構(gòu))筑物的沉降情況，總結(jié)了觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

大型電廠；沉降觀測(cè)；數(shù)據(jù)處理；沉降量

1 引 言

大型火力發(fā)電廠屬于國(guó)家重點(diǎn)企業(yè)，其運(yùn)行情況直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，受到國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)。其沉降變形是不可避免的，必須對(duì)建筑物進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)掌握變形情況，保障建筑物的運(yùn)營(yíng)安全[1]。電廠內(nèi)煙囪、涼水塔等高大建筑物較多，遮擋比較嚴(yán)重，觀測(cè)較為困難，本文結(jié)合某大型發(fā)電廠沉降觀測(cè)情況，詳細(xì)介紹電廠沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，沉降觀測(cè)的特點(diǎn)，沉降數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)。重點(diǎn)針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)探討沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)方案，解決室內(nèi)光線(xiàn)不足、遮擋物較多的情況下沉降觀測(cè)的問(wèn)題，達(dá)到了較高的精度。

2 電廠概況

某電廠是一座現(xiàn)代化特大型坑口火力發(fā)電廠，擁有4臺(tái)33.5萬(wàn)千瓦、2臺(tái)60萬(wàn)千瓦和2臺(tái)100萬(wàn)千瓦機(jī)組，總裝機(jī)容量454萬(wàn)千瓦，是全國(guó)最大、國(guó)內(nèi)綜合節(jié)能和環(huán)保水平最高的燃煤電廠之一。電廠場(chǎng)地原始地貌為驛山山前洪積平原與白馬河沖積平原的過(guò)渡地帶，地形開(kāi)闊、平坦，場(chǎng)地土為較均勻、密實(shí)的中硬土，總體呈現(xiàn)東高西低。廠區(qū)地層共分為三大層和數(shù)小亞層及次亞層，其中第一、第二大層為第四系松散堆積物，第三大層為石灰—二迭系基巖。建筑物的基礎(chǔ)皆采用箱底基礎(chǔ)，基礎(chǔ)大小及厚度因建筑物的大小及高度的不同而異，部分地質(zhì)條件較差的地基皆打樁形成了復(fù)合地基。為了保證工程質(zhì)量，建筑單位在施工期間，對(duì)不同的建筑物分別以月、季為周期實(shí)施沉降觀測(cè)，累積了長(zhǎng)序列沉降數(shù)據(jù)，為后續(xù)沉降測(cè)量工作提供了依據(jù)。電廠沉降測(cè)量自2007年5月起至2009年1月止共進(jìn)行了9期測(cè)量，測(cè)量高程控制點(diǎn)11個(gè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)293個(gè)。高程控制點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)見(jiàn)圖1。

圖1 電廠高程控制點(diǎn)和沉降點(diǎn)布設(shè)略圖

2 高程控制點(diǎn)及觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

2.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

本著由高到低，逐級(jí)發(fā)展的原則布設(shè)高程控制網(wǎng)。電廠的建筑物(構(gòu)筑物)較多且分散，宜按兩個(gè)層次布網(wǎng)，即控制網(wǎng)和擴(kuò)展網(wǎng)。首級(jí)控制網(wǎng)為一級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)，是由2個(gè)閉合環(huán)組成的水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。水準(zhǔn)原點(diǎn)I－2－1、副點(diǎn)I－2為建設(shè)初期所布水準(zhǔn)點(diǎn)，兩點(diǎn)保存完好且通視，經(jīng)檢測(cè)符合要求，為控制網(wǎng)的起算及檢核點(diǎn)。為了沉降觀測(cè)的便利，在主要建筑物四周又布設(shè)了8個(gè)一級(jí)控制點(diǎn)K－1～K－8。控制點(diǎn)應(yīng)選在通視條件良好、利于保存和埋設(shè)的地方，在未確定其穩(wěn)定性前，嚴(yán)禁使用。結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)狀圖及地質(zhì)鉆探資料，選擇巖層較淺或土質(zhì)較硬(避開(kāi)回填土)地段埋設(shè)高程控制點(diǎn)。

2.2 沉降觀測(cè)點(diǎn)選擇及布設(shè)

沉降觀測(cè)點(diǎn)依據(jù)建(構(gòu))筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、樁形等因素綜合考慮，布設(shè)在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點(diǎn)。一般布設(shè)在建筑物四角、沉降量較大的位置或地質(zhì)條件有明顯不同的區(qū)段以及沉降縫的兩側(cè)；煙囪、水塔、罐、塔器、高爐等高聳建筑物，沿周邊在與基礎(chǔ)軸線(xiàn)相交的對(duì)稱(chēng)位置上布點(diǎn)；重型設(shè)備基礎(chǔ)和動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)的四角、基礎(chǔ)型式或埋深改變處以及地質(zhì)條件變化處兩側(cè)；框架結(jié)構(gòu)建筑物的每個(gè)或部分柱基上或沿縱橫軸線(xiàn)設(shè)點(diǎn)。沉降觀測(cè)的標(biāo)志，根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型和建筑材料，采用墻(柱)標(biāo)志、基礎(chǔ)標(biāo)志。

3 沉降觀測(cè)

3.1 控制點(diǎn)觀測(cè)的方法

高程控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，使用徠卡NA3003電子自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀(該儀器標(biāo)稱(chēng)測(cè)量精度為 0.4 mm/km)，配GPCL3因瓦合金條碼標(biāo)尺，選用儀器內(nèi)部固有的BFFB程序，進(jìn)行一級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)。沉降觀測(cè)開(kāi)始前，按《建筑變形測(cè)量規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)[1]要求對(duì)儀器進(jìn)行i角檢驗(yàn)，最大值為4″，符合《規(guī)程》要求。本次測(cè)量所用標(biāo)尺為GPCL3因瓦條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺，該標(biāo)尺由德國(guó)NEDO公司制造，激光干涉技術(shù)檢驗(yàn)，其尺長(zhǎng)誤差為△L＝±(0.02 mm＋L×2×10－5)，觀測(cè)前應(yīng)保持條碼尺的清潔，檢查條碼尺有無(wú)缺陷、污漬、雨滴、劃痕等，避免使用有缺陷的條碼尺。進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)應(yīng)嚴(yán)格照準(zhǔn)條碼分劃線(xiàn)的中心位置，調(diào)焦清晰，還應(yīng)盡量避開(kāi)以下視距[2]:7.5 m±50 cm；15 m±50 cm；22.5 m±50 cm；30 m±50 cm。聯(lián)測(cè)首先以I－2－1為基準(zhǔn)點(diǎn)，I－2為檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)其穩(wěn)定情況，結(jié)果為 0.40 mm，符合要求。然后以I－2－1為起算點(diǎn)，按一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度觀測(cè)本測(cè)區(qū)高程控制網(wǎng)，每測(cè)段皆進(jìn)行往返觀測(cè)，取兩次觀測(cè)的中數(shù)為各測(cè)段的最終結(jié)果。

3.2 涼水塔及室外沉降點(diǎn)的觀測(cè)

與普通光學(xué)水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺不同，高精度電子水準(zhǔn)儀及因瓦條碼水準(zhǔn)尺有其特點(diǎn)，首要一點(diǎn)是其測(cè)量精度與因瓦條碼水準(zhǔn)尺的遮擋率有關(guān)[3]，且其視距越長(zhǎng)遮擋率越大，遮擋比例越大對(duì)讀數(shù)影響越大，動(dòng)態(tài)遮擋比靜態(tài)遮擋對(duì)讀數(shù)影響較小，視距、擋遮率對(duì)觀測(cè)精度的影響如表1。由于電廠設(shè)備眾多，條碼尺的遮擋是在所難免的，故在設(shè)站時(shí)應(yīng)盡量減少儀器與條碼尺之間的遮擋物，以提高觀測(cè)精度，將觀測(cè)誤差降到最小。另外，電廠大型機(jī)器的震動(dòng)比較強(qiáng)烈，觀測(cè)時(shí)要盡量避開(kāi)強(qiáng)震動(dòng)，特別是條碼尺的劇烈震動(dòng)，因?yàn)閺挠^測(cè)的實(shí)踐證明:標(biāo)尺震動(dòng)對(duì)觀測(cè)讀數(shù)的影響要比儀器振動(dòng)對(duì)觀測(cè)讀數(shù)的影響大。另外還要合理安排作業(yè)時(shí)間，避免日照與觀測(cè)方向處于同一方向上。

視距、擋遮率對(duì)觀測(cè)精度的影響 表1

沉降點(diǎn)觀測(cè)按二級(jí)水準(zhǔn)施測(cè)。二級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)，每周期的觀測(cè)線(xiàn)路數(shù)由《規(guī)程》3.3.1條中r＝(md/m0)2式估算，經(jīng)調(diào)整確定為單程觀測(cè)，共布設(shè)8條附合路線(xiàn)、14條閉合環(huán)線(xiàn)。沉降觀測(cè)時(shí)需堅(jiān)持“五定”原則[4]:即基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測(cè)人員要穩(wěn)定；觀測(cè)時(shí)的環(huán)境條件基本一致；觀測(cè)路線(xiàn)、鏡位、程序和方法要固定。以上措施在客觀上能夠盡量減少觀測(cè)誤差的不定性，使所測(cè)的結(jié)果具有統(tǒng)一趨向性，保證各次復(fù)測(cè)結(jié)果與首次觀測(cè)的結(jié)果可比性更一致，使所觀測(cè)的沉降量更真實(shí)。

沉降點(diǎn)觀測(cè)使用徠卡NA3003電子自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，配 GPCL3因瓦合金條碼標(biāo)尺，調(diào)用儀器固有的BFFB程序進(jìn)行二級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)，讀數(shù)設(shè)定為二次；按單程觀測(cè)組成自行閉合路線(xiàn)或附合路線(xiàn)。

3.3 室內(nèi)沉降點(diǎn)的觀測(cè)

由于電廠廠房?jī)?nèi)部、特別是主廠房和鍋爐房?jī)?nèi)部光線(xiàn)特別暗，導(dǎo)致電子水準(zhǔn)儀讀數(shù)誤差較大，甚至有時(shí)不能讀出條碼尺上的數(shù)值，在觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量將標(biāo)尺安置在光線(xiàn)明亮處，必要時(shí)應(yīng)增加照明設(shè)備，以使條碼尺有足夠的亮度。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)條碼尺上存在陰影或條碼尺位于明亮處而儀器位于陰暗處時(shí)，NA3003會(huì)出現(xiàn)多達(dá)0.3 mm的視線(xiàn)高測(cè)量誤差。另外，用燈光照明時(shí)光照要均勻，不可只照亮十字絲中絲部分或單方向照明條碼尺，應(yīng)盡可能照亮儀器觀測(cè)條碼尺的整個(gè)視場(chǎng)，否則，測(cè)量結(jié)果中將會(huì)出現(xiàn)較大的系統(tǒng)誤差。

4 計(jì)算分析

4.1 精度評(píng)定

第一期沉降測(cè)量共布設(shè)一級(jí)水準(zhǔn)閉合環(huán)3個(gè)，最大閉合差為＋0.80 mm，允許閉合差±2.00 mm；二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量共布設(shè)6條附合路線(xiàn)、9條閉合路線(xiàn)，最大閉合差為－1.50 mm，允許閉合差±4.20 mm，小于限差的1/2。每期沉降觀測(cè)結(jié)束后，按照《規(guī)程》進(jìn)行了精度評(píng)定計(jì)算，每期精度指標(biāo)如表2所示，其中M△為一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的每千米水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差；MW為一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的每千米水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差；MN為一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)站高差中誤差；MH為一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量最弱點(diǎn)高程中誤差；MN為二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)站高差中誤差；MH為二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量最弱點(diǎn)高程中誤差。

每期水準(zhǔn)測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì) 表2

從表2可以看出:第一二期測(cè)量誤差較大，其原因是觀測(cè)時(shí)未注意條碼尺的遮擋與光照問(wèn)題，造成路線(xiàn)閉合差較大。

4.2 沉降數(shù)據(jù)分析

(1)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析的原則

為了沉降分析的可靠性和可行性，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析應(yīng)注意以下兩個(gè)主要原則[5]:①沉降點(diǎn)相鄰兩觀測(cè)周期平差值的變化小于沉降觀測(cè)中誤差的2倍，即認(rèn)為該點(diǎn)未發(fā)生沉降；②根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化時(shí)間上的持續(xù)性判別，即相鄰兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)相差甚微，并未超出極限誤差范圍，但數(shù)據(jù)的大小趨勢(shì)卻很明顯，始終上升或下沉，則說(shuō)明已發(fā)生變化。

(2)基準(zhǔn)控制點(diǎn)的沉降分析

從表3可以看出，I－2－1起算點(diǎn)與I－2兩檢測(cè)點(diǎn)變動(dòng)微小，這說(shuō)明兩基點(diǎn)穩(wěn)定可靠。其他各點(diǎn)沉降量大小不一，最大沉降點(diǎn)為 K－3點(diǎn)，累計(jì)沉降量達(dá)4.30 mm；次之為K－5。K－3沉降過(guò)大是由于該點(diǎn)周?chē)临|(zhì)松軟、地勢(shì)低洼，工作中盡量不用K－3作為起算點(diǎn)，避免影響沉降觀測(cè)點(diǎn)精度。從一級(jí)點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果及精度分析情況可以看出:一級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度較高，所測(cè)結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度。

一級(jí)基本控制點(diǎn)沉降情況表 表3

(3)沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降分析

部分主要建筑物的平均累計(jì)沉降曲線(xiàn)如圖2、圖3，從圖中可以看出:

圖2 控制點(diǎn)及各主要建筑物沉降曲線(xiàn)圖

圖3 主要建筑物平均累計(jì)沉降曲線(xiàn)圖

①灰塔(B區(qū)，見(jiàn)圖1)下沉量最大，平均累計(jì)沉降量為17.2 mm，最大單點(diǎn)累計(jì)沉降量B13(見(jiàn)圖1)為18.6 mm。從區(qū)域上看，西南部和中間兩個(gè)灰塔沉降較大，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)都超過(guò)15.0 mm。從沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)上看，其余灰塔沉降不明顯。出現(xiàn)的沉降情況尚需今后進(jìn)一步觀測(cè)證實(shí)。

②7、8號(hào)廠房下沉較大，平均沉降量分別為14.3 mm和15.5 mm，累計(jì)平均沉降量為14.9 mm，沉降均勻，最大沉降量監(jiān)測(cè)點(diǎn)K10為 16.4 mm，對(duì)建筑物的安全無(wú)不良影響。

③7、8號(hào)煙囪、7號(hào)汽機(jī)組基座和7、8號(hào)涼水塔等主要建筑物其平均沉降量皆大于10 mm，沉降亦比較明顯，但從單個(gè)建筑物的沉降情況來(lái)看，沉降較平均。

④在觀測(cè)過(guò)程中，有些點(diǎn)出現(xiàn)沉降負(fù)值(即上升現(xiàn)象)，特別是鋼架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多，甚至個(gè)別負(fù)值大于2.0 mm(如H12:－2.07 mm、M5:－2.14 mm，見(jiàn)圖1)，主要原因可能有下列因素:一級(jí)控制點(diǎn)埋石時(shí)間較短，受地質(zhì)條件、氣候因素(如降雨)等，造成起算點(diǎn)下沉(如K－3累計(jì)下降 4.3 mm)，直接影響二級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)算數(shù)據(jù)。由于監(jiān)測(cè)時(shí)間在一年中的不同季節(jié)，特別是鋼架結(jié)構(gòu)受熱脹冷縮的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)值；再者，觀測(cè)時(shí)的周?chē)h(huán)境，比如震動(dòng)、光線(xiàn)、氣溫和風(fēng)向等都會(huì)影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

(1)各沉降點(diǎn)的沉降量大小不一，并無(wú)一定規(guī)律可循，這與建筑物的基礎(chǔ)大小，土質(zhì)松軟程度有一定的關(guān)系。

(2)從各建筑物的沉降情況來(lái)看，雖然其沉降量大小不一，單就各建筑物的個(gè)體沉降而言，其沉降是均勻的，對(duì)建筑物的安全無(wú)不良影響。

(3)使用電子水準(zhǔn)儀加條碼水準(zhǔn)尺，在觀測(cè)過(guò)程中一定要注意條碼水準(zhǔn)尺的遮擋程度和光線(xiàn)照明強(qiáng)度，如兩次讀數(shù)較差較大(≥1/2限差)時(shí)，則應(yīng)注意儀器視場(chǎng)內(nèi)的條碼遮擋是否嚴(yán)重、光線(xiàn)照明是否充足、均勻，否則應(yīng)重新架設(shè)儀器或改善照明，以減少遮擋，提高光照質(zhì)量。

(4)由于電廠內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)較多，布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)往往選擇鋼結(jié)構(gòu)焊接觀測(cè)點(diǎn)，從沉降觀測(cè)的結(jié)果來(lái)看，由于鋼結(jié)構(gòu)的縮脹變形，常常導(dǎo)致沉降點(diǎn)的高程大小不定，表現(xiàn)為測(cè)量誤差[6]。因此，沉降點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)盡量選擇砼基礎(chǔ)，避開(kāi)鋼架，若必須選擇鋼架，亦應(yīng)將點(diǎn)位選在鋼架底部靠近砼基礎(chǔ)的地方。

[1]JGJ/T8－97.建筑變形測(cè)量規(guī)程[S].

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Settlement Observation in Large－scale Power Plant

Zhang ShuHua1，Zhu XiaoLin1，Wang GuoYing2
(1.Lunan Geo－engineering Exploration Institute，Yanzhou 272100，China；2.Yanzhou Bureau of Land and Resources，Yanzhou 272100，China)

Using high precision digital level to finish settlement observation in national large－scale power plant has problems of the shield of bar code leveling rod，indoor lighting shortage，the settlement benchmark instability，etc.This paper describes the process of settlement observation to these problems.In this paper，a number of measures to improve the observation accuracy and attention to the issues have been made for the characteristics of the power plant settlement observation.Through analyzing the accuracy of its data，many building settlement results are acquired.This paper summarizes the attentive problems in the process of settlement observation.

large－scale power plant；settlement observation；data processing；settlement

1672－8262(2010)02－120－04

TU196.2

B

2009—07—01

張書(shū)華(1966—)，男，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)量工作。