水利工程典型棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用探析

楊貴乾，郭雪峰，曾波，任海軍

（1.中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024；2.中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司，北京 100053）

棄渣場(chǎng)作為工程建設(shè)的重要組成部分，如何做好棄渣場(chǎng)運(yùn)行工作，不僅關(guān)乎環(huán)境問(wèn)題，更直接關(guān)系到周邊人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，工程建設(shè)的棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)與其他建筑物安全監(jiān)測(cè)同等重要。水利工程棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)以《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》作為主要規(guī)范依據(jù)，通過(guò)對(duì)資料進(jìn)行及時(shí)的整理與分析，能夠正確掌握其運(yùn)行情況。下文主要對(duì)某長(zhǎng)距離輸水工程的棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)成果的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 概況

某水利工程具備長(zhǎng)距離輸水工程的典型特點(diǎn)：“點(diǎn)狀”和“線型”兼具、跨越地貌類(lèi)型多、土石方量大、沿線棄渣多等[1]。然而棄渣場(chǎng)位置的選擇受生態(tài)紅線、風(fēng)景名勝區(qū)、基本農(nóng)田、環(huán)保保護(hù)的制約，棄渣后還可能對(duì)周邊村莊、公路、鐵路、學(xué)校等安全帶來(lái)一定程度的影響，因此，可布設(shè)棄渣場(chǎng)的位置很有限，導(dǎo)致棄渣場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大、堆渣高度越來(lái)越高。為確保棄渣場(chǎng)運(yùn)行期的穩(wěn)定性，除了工程措施外，做好安全監(jiān)測(cè)也是非常必要的，安全監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)監(jiān)控棄渣場(chǎng)施工期及運(yùn)行期的穩(wěn)定性[2]，為工程安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障，為水利工程沿線的安全工作提供預(yù)警。為切實(shí)落實(shí)安全管理責(zé)任，確保棄渣場(chǎng)安全運(yùn)行，做好安全監(jiān)測(cè)工作非常重要，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)推進(jìn)棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警建設(shè)勢(shì)在必行[3]。本文選取了兩座典型棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用情況進(jìn)行相關(guān)分析[4]。

HBXSM 棄渣場(chǎng)位于引水工程的右側(cè)，與工程相鄰，渣場(chǎng)沿該引水工程分為南北兩部分，占地面積32.61 hm2，棄方量376.09 萬(wàn)m3，最大堆高21 m，屬坡地形3 級(jí)棄渣場(chǎng)，地形自西向東南傾斜，高差約15 m，渣體組成主要為粘土、壤土、含碎石壤土和碎石。HBS4 棄渣場(chǎng)位于該引水工程西約1.2 km，占地面積15.52 hm2，棄方量176.19 萬(wàn)m3，最大堆高21 m，屬于坡地形3 級(jí)棄渣場(chǎng)，地形自西北向東南傾斜，高差約10 m，渣體的物質(zhì)來(lái)源于總干渠樁號(hào)79+360～83+554 段開(kāi)挖棄土，主要巖性為泥礫、泥巖、砂巖等。

2 棄渣場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置情況

目前，棄渣場(chǎng)尚未有專(zhuān)用的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范，參照SL 551—2012《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[5]，HBXSM 和HBS4 兩座典型棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)工程主要設(shè)置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有表面變形監(jiān)測(cè)、內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、巡視檢查等。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，儀器典型布置示意圖見(jiàn)圖1-3。

圖1 HBXSM 南區(qū)典型監(jiān)測(cè)布置圖

圖2 HBXSM 北區(qū)典型監(jiān)測(cè)布置圖

圖3 HBS4 棄渣場(chǎng)典型監(jiān)測(cè)剖面布置圖

表1 HBXSM HBS4 棄渣場(chǎng)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

3 監(jiān)測(cè)資料初步分析

3.1 表面變形監(jiān)測(cè)

在近一年對(duì)HBXSM 棄渣場(chǎng)的觀測(cè)過(guò)程中，XSMGNSS03，XSMGNSS04，XSMGNSS06 測(cè)點(diǎn)受2021 年7 月、9 月降雨影響，測(cè)點(diǎn)位移變化速率明顯增加，產(chǎn)生突變，當(dāng)時(shí)立即組織人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了巡視，測(cè)點(diǎn)周邊未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。2021年汛期過(guò)后，XSMGNSS04，XSMGNSS06 測(cè)點(diǎn)位移變化幅度明顯減小，2021年10月下旬及11月上旬組織人員對(duì)這兩處進(jìn)行了重點(diǎn)巡視，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)渣體表面均出現(xiàn)明顯裂縫，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也可以看出棄渣場(chǎng)發(fā)生了明顯的沉陷。目前變形速率很小，測(cè)值在±1.00 mm內(nèi)上下波動(dòng)。典型過(guò)程線見(jiàn)圖4。

圖4 HBXSM 棄渣場(chǎng)典型表面過(guò)程線

在近一年對(duì)HBS4 棄渣場(chǎng)的觀測(cè)過(guò)程中，北區(qū)的S4GNSS01—03表面變形測(cè)點(diǎn)向北累積位移最大值為19.72 mm，向東累積位移最大值為17.82 mm，垂直方向即沉降位移最大值為80.27 mm；南區(qū)的S4GNSS004表面變形測(cè)點(diǎn)向北累積位移為9.89 mm，向東累積位移為142.72 mm，垂直方向即沉降位移為185.41 mm。北區(qū)測(cè)點(diǎn)位移較小，南區(qū)測(cè)點(diǎn)各向位移相對(duì)較大，對(duì)較大測(cè)點(diǎn)部位進(jìn)行巡視檢查時(shí)未見(jiàn)顯裂縫。各測(cè)點(diǎn)位移在汛期增加明顯，汛期過(guò)后測(cè)值相對(duì)平穩(wěn)，目前無(wú)明顯收斂趨勢(shì)，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)巡視和監(jiān)測(cè)。HBS4棄渣場(chǎng)典型過(guò)程線見(jiàn)圖5。

圖5 HBS4 棄渣場(chǎng)表面變形過(guò)程線（S4GNSS02）

3.2 內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

HBXSM 和HBS4 棄渣場(chǎng)堆渣體內(nèi)部變形均采用測(cè)斜管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)斜管材質(zhì)為ABS，管外徑為75.00 mm，采用鉆孔方式進(jìn)行安裝，使用活動(dòng)（滑動(dòng)）測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)。在HBXSM 棄渣場(chǎng)南區(qū)和北區(qū)、HBS4 棄渣場(chǎng)北區(qū)各布置2 套測(cè)斜管，測(cè)斜管于2020 年10 月下旬取得基準(zhǔn)值。目前觀測(cè)到HBXSM 和HBS4 棄渣場(chǎng)的位移分別在±10.00 mm以內(nèi)，位移量較小，無(wú)明顯趨勢(shì)性變化，表明棄渣場(chǎng)內(nèi)部基本穩(wěn)定。位移分布線見(jiàn)圖6。

圖6 各測(cè)斜管位移分布圖

3.3 地下水位監(jiān)測(cè)

HBXSM 和HBS4 棄渣場(chǎng)均利用測(cè)斜管兼做測(cè)壓管使用，測(cè)斜管底部有2.00 m 制作成花管，作為測(cè)壓管進(jìn)水管段，使用電測(cè)水位計(jì)進(jìn)行觀測(cè)。測(cè)壓管伸入穩(wěn)定土層2.00 m，在鉆孔施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)地下水。目前，各測(cè)壓管處于無(wú)水狀態(tài)，表明地表水未滲入堆渣體建基面，地表滲流對(duì)渣場(chǎng)穩(wěn)定影響性較小。

3.4 巡視檢查

由于渣場(chǎng)面積較大，在人工巡視檢查基礎(chǔ)上，HBXSM 和HBS4 棄渣場(chǎng)分別在可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害和離村莊及工廠較近部位布設(shè)視頻監(jiān)測(cè)監(jiān)控站，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，作為在極端天氣等情況下監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備和人工巡檢之外的重要補(bǔ)充。

通過(guò)近2 年的巡視檢查結(jié)果來(lái)看，堆渣體表面絕大部分區(qū)域無(wú)損傷、塌陷、開(kāi)裂、沖刷；排截水溝無(wú)損傷、塌陷、開(kāi)裂、堵塞；防護(hù)護(hù)欄無(wú)損壞；堆渣體坡腳擋墻無(wú)損傷、塌陷、開(kāi)裂；監(jiān)測(cè)設(shè)施無(wú)破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

兩座典型的棄渣場(chǎng)表面變形均尚未收斂，各堆渣體內(nèi)部變形量很小，無(wú)趨勢(shì)性位移，地表水無(wú)滲入堆渣體建基面，表明渣場(chǎng)內(nèi)部總體穩(wěn)定；應(yīng)加強(qiáng)巡視與監(jiān)測(cè)。通過(guò)研究棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)成果應(yīng)用情況及安全運(yùn)行情況，對(duì)同類(lèi)工程具有一定的借鑒意義。