劉流，馬雷 （國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來越高，國家投資建設(shè)的電力基礎(chǔ)設(shè)施取得快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，輸電線路的電壓等級也越來越高，輸電架塔作為輸電線路的承重部件隨之越來越高，對架塔的穩(wěn)定性要求也越來越苛刻。據(jù)統(tǒng)計，輸電線路架塔工程，約占整個線路工程總投資的40%，投資占比很大。輸電架塔的穩(wěn)定與否，會對整個線路的安全運營產(chǎn)生影響。輸電架塔為高聳結(jié)構(gòu)，對架塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性要求很高。如果架塔基礎(chǔ)沉降變形較大，架塔傾斜（如圖1a），會連帶導(dǎo)致上部各種輸電部件的變形，可能導(dǎo)致線路檔距、懸垂絕緣子串偏斜等各種問題，極端條件下甚至?xí)斐烧麄€架塔失穩(wěn)傾覆（如圖1b），從而導(dǎo)致供電中斷，給社會經(jīng)濟(jì)運行及人民的生活造成嚴(yán)重后果。

圖1 基礎(chǔ)沉降過大導(dǎo)致的架塔傾斜和傾覆

從設(shè)計階段就開始對輸電架塔的沉降變形進(jìn)行方案設(shè)計，并從施工階段一開始就進(jìn)行變形觀測，到線路工程施工結(jié)束，線路投入運營后的2-3年內(nèi)持續(xù)觀測，直至輸電架塔沉降收斂穩(wěn)定，這一整個過程是確保新建特高壓輸電線路安全運營的重要手段。

本文以昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程皖3標(biāo)段的長江大跨越工程為工程背景，全過程分析總結(jié)了新建特高壓輸電工程跨越塔沉降監(jiān)測從方案設(shè)計、施工和工后監(jiān)測實施、數(shù)據(jù)處理分析等工作，在確保線路工程安全運營的同時，也為今后類似工程提供有意義的參考和借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程起點為新疆準(zhǔn)東（昌吉）換流站，止于安徽皖南（古泉）換流站，輸送容量12000MW，是世界上第一條±1100kV直流輸電工程，也是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最高的特高壓輸電工程。工程線路路徑全長約3319.2km，包含長江大跨越2.9km，曲折系數(shù)1.11。線路途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽六省區(qū)。工程建設(shè)完成后可實現(xiàn)西部煤電基地電能直供中東部地區(qū)負(fù)荷中心，彌補(bǔ)我國華東地區(qū)的能源缺口，實現(xiàn)大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，符合國家“西電東送”總體戰(zhàn)略。昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程皖3標(biāo)段位于安徽省合肥市巢湖，蕪湖市無為縣、繁昌縣、南陵縣、蕪湖縣，銅陵市銅陵縣境內(nèi)。線路起自廬江縣大墩西（N9363塔），止于古泉換流站門架。線路路徑長度為125km，其中一般線路122.1km，長江大跨越2.9km?？缭椒绞綖椤澳?直-直-耐”，采用“直-直”方式跨越長江河道。耐張段全長2900m，跨越檔距1790m，檔距分布為“570m-1790m-540m”?？缭剿捎谜钩嵝弯摴芩?，呼高223m，全高225.2m，根開45m；錨塔采用“干”字型鋼管塔，呼高45m，全高66m，正面根開22m，側(cè)面根開26m。

1.2 地理位置

昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程皖3標(biāo)段位于安徽省合肥市巢湖區(qū)、蕪湖市無為縣、繁昌縣、南陵縣、蕪湖縣，銅陵市銅陵縣境內(nèi)。線路起自廬江縣大墩西（N9363塔），止于古泉換流站門架。其中“長江大跨越工程”北起蕪湖市無為縣觀音廟村（E:11758'10"，N:3106'10"），南至蕪湖市繁昌縣翟家墩村 （E:11759'18"，N:3104'56"）,全長約2.9km。線路基本平行于銅陵長江公鐵大橋，相距約1.2km。工程項目地理位置如圖2所示。

圖2 長江大跨越工程所在地理位置略圖

1.3 塔基平面布置

本工程跨越塔有兩座，分別位于長江北岸（北塔）和南岸（南塔），單塔塔高225.2m，塔重1259t，跨越長江1790m。鐵塔塔高、塔重和線路跨越距離均為全線之最。為確保鐵塔基礎(chǔ)滿足荷載承重及穩(wěn)定性要求，設(shè)計人員經(jīng)過多輪方案的模型設(shè)計、力學(xué)分析以及實驗室試驗，確定塔基幾何尺寸及其他力學(xué)特性，并形成最終的幾何平面布置圖（如圖3）。

圖3 單個跨越塔基礎(chǔ)平面布置圖

每座跨越塔由4個長、寬、高分別為4.5m、4.5m和4.2m的鋼筋混凝土基礎(chǔ)支撐，基礎(chǔ)按順時針編號，分別為A#、B#、C#和D#；對角基礎(chǔ)中心連線和線路前進(jìn)方向夾角為45。由于北塔和南塔結(jié)構(gòu)相同，重量一樣，兩塔布設(shè)位置的工程地質(zhì)情況相似，為敘述方便，以下僅以南塔為例。

2 監(jiān)測方案設(shè)計

2.1 監(jiān)測目的及監(jiān)測等級

本大跨越塔沉降觀測的主要目的有兩個，一是在架塔施工階段，及時監(jiān)測反饋鐵塔沉降變形情況，指導(dǎo)架塔施工，確保工程安全；二是在施工結(jié)束后的投運階段，監(jiān)測跨越塔基礎(chǔ)在全部上覆荷載作用下的沉降變形情況，在確保電力線路安全營運的同時，也為前期的力學(xué)模型分析和實驗結(jié)果，提供實際情況下的形變驗證數(shù)據(jù)，從而更好地用以預(yù)測今后本工程跨越塔的變形趨勢。本工程依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016）中規(guī)定的建筑物基礎(chǔ)設(shè)計等級，建筑物重要程度及建筑物的控制變形情況，選擇沉降觀測等級為二級。

2.2 監(jiān)測方法

本工程選擇的沉降觀測等級為二級，精度要求較高，需要采用高精度的幾何水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行?？缭剿俑呗柦ㄖ铮┕龅叵啾扔谄渌ㄖ锒韵鄬ΚM小，現(xiàn)場干擾因素非常多。為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠，本工程塔基沉降觀測工作采用二級布網(wǎng)（首級網(wǎng)為沉降水準(zhǔn)控制點和工作基點構(gòu)成的水準(zhǔn)線路，二級網(wǎng)為單個基點和監(jiān)測點構(gòu)成的水準(zhǔn)線路），統(tǒng)一平差的技術(shù)方案。

2.2.1 首級控制網(wǎng)布設(shè)及觀測方案

為了滿足測量精度的要求，同時根據(jù)現(xiàn)場施工情況，在遠(yuǎn)離跨越塔監(jiān)測范圍的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)(施工區(qū)域50m外)布設(shè)3個基準(zhǔn)點，編號分別為BM1、BM2和BM3，組成水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)（圖4）。按二等水準(zhǔn)測量精度要求，每期沉降觀測都對基準(zhǔn)點進(jìn)行觀測，觀測順序為“BM1-BM2-BM3-BM2-BM1”, 往返觀測。觀測結(jié)果經(jīng)過平差軟件計算，對比前后期數(shù)據(jù)分析確定首級網(wǎng)的穩(wěn)定性。

圖4 南塔沉降觀測基準(zhǔn)點及觀測點布設(shè)示意圖

2.2.2 二級監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)及觀測方案

對（1）中所述由基準(zhǔn)點組成的首級控制網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，判定基準(zhǔn)點穩(wěn)定后，以穩(wěn)定的基準(zhǔn)點（如圖4中的BM1）為已知點，沿順時針方向經(jīng)過監(jiān)測點（如圖4中的SD1-SD2-SD3-SD4-…-SA1SA2-SA3-SA4）組成閉合環(huán)。依照二等水準(zhǔn)的測量要求，按奇數(shù)站“后-前-前-后”，偶數(shù)站“前-后-后-前”的作業(yè)方法進(jìn)行往返觀測。觀測完成后計算環(huán)線閉合差并根據(jù)測站數(shù)進(jìn)行平差。具體技術(shù)要求如表1～表5所示，依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016）和《電力工程施工測量技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5445-2010）。

水準(zhǔn)測量的儀器型號和標(biāo)尺類型 表1

水準(zhǔn)測量觀測方式 表2

水準(zhǔn)測量照準(zhǔn)標(biāo)尺順序 表3

水準(zhǔn)觀測的視線長度、前后視距差和視線高度（m） 表4

水準(zhǔn)觀測限差（mm） 表5

2.3 監(jiān)測周期

本工程目沉降監(jiān)測時間為跨越塔施工階段至工程竣工后營運階段。依據(jù)施工階段不同，采用不同的監(jiān)測周期；依據(jù)不同的變形量，適當(dāng)縮短或延長監(jiān)測周期。一般情況下，施工階段變形量可能較大，監(jiān)測周期短；竣工后營運階段變形量會變小，監(jiān)測周期可延長。

2.3.1 跨越塔施工階段

①每個承臺施工完畢開始該承臺的首次觀測；

②混凝土達(dá)到28天齡期觀測一次；

③鐵塔施工前對所有承臺觀測點全面觀測一次；

④每安裝完一段塔身或橫擔(dān)觀測一次。

2.3.2 跨越塔工程竣工后營運階段（不少于三年）

①線路投運前觀測一次；

②竣工后第一年每3個月觀測一次；

③竣工后第二年每6個月觀測一次；

④竣工后第三年每12個月觀測一次，直至沉降穩(wěn)定（連續(xù)兩期沉降量≤2mm）。

2.4 邊坡變形監(jiān)測預(yù)警

根據(jù)規(guī)范要求（本工程采用監(jiān)測報警值如表6所示），沉降觀測期間遇到下列情況時及時報警，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施：

監(jiān)測報警值一覽表 表6

①變形量或變形速率出現(xiàn)異常變化；

②變形量達(dá)到或超出預(yù)警值；

③跨越塔本身、周邊建筑及地表出現(xiàn)異常；

④根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗判斷已出現(xiàn)其他必須報警的情況或由于地震、暴雨、凍融等自然災(zāi)害引起的其他變形異常情況。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本次監(jiān)測始于2017年5月25日，截止于2020年4月18日，觀測時間跨度近3年，累計觀測34期觀測數(shù)據(jù)。表7為截止到2020年4月18日最后一期觀測，南塔上16個沉降觀測點統(tǒng)計分析成果表；圖5為整個沉降觀測期南塔上沉降觀測點的“時間-荷載-沉降曲線圖”。

南塔沉降觀測點統(tǒng)計分析成果表 表7

從表7數(shù)據(jù)中可以看到，16個監(jiān)測點中，最大沉降點為沉降量SC4，沉降量為3.54mm，遠(yuǎn)小于預(yù)警值20.00mm；最小沉降點為沉降量SB2，沉降量為0.23mm，兩期最大沉降點為SC4，沉降量為0.36mm；最后兩期時間間隔6個月，沉降速率趨于0.00mm/d，沉降變化非常細(xì)微，表明沉降已經(jīng)穩(wěn)定。

從上述圖5-圖8可以看出，跨越塔在架塔施工期間（架設(shè)第1-17段鐵塔）和鐵塔架設(shè)完成的2個月內(nèi)，各監(jiān)測點都有一個下沉趨勢，但這期間最大總沉降量為2.84mm（SC1，2018-04-17期），最大沉降速率為0.51mm/d(SA4，2018-02-03期）。數(shù)據(jù)和沉降曲線圖說明，跨越塔在架塔施工期間和工后2個月內(nèi)，塔體有整體沉降，但沉降總量不大（不足3mm），沉降速率平緩。在隨后近兩年工后運營期間，跨越塔上各觀測點的沉降均處于一個比較平穩(wěn)的狀態(tài)，比對規(guī)范所給指標(biāo)，可以得出結(jié)論：現(xiàn)階段跨越塔整體已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 南塔承臺A1-A4觀測點時間-荷載-沉降曲線圖

圖6 南塔承臺B1-B4觀測點時間-荷載-沉降曲線圖

圖7 南塔承臺C1-C4觀測點時間-荷載-沉降曲線圖

圖8 南塔承臺D1-D4觀測點時間-荷載-沉降曲線圖

4 結(jié)論

從2017年5月15日到2020年4月19日，項目監(jiān)測組對昌吉-古泉±1100kV特高壓輸電工程跨越塔進(jìn)行了近3年總共34期的沉降觀測。通過科學(xué)合理地設(shè)計觀測方案，及時采集、處理和分析觀測數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和反饋過程中發(fā)現(xiàn)的沉降變化，在保證工程安全施工及工后安全運營的同時，也基本掌握了跨越塔在施工過程中及工后運營階段的自身變形情況，較好地完成了跨越塔的沉降變形觀測任務(wù)，為今后類似工程提供有意義的參考和借鑒。