水利工程典型棄渣場安全監測數據應用探析

楊貴乾，郭雪峰，曾波，任海軍

（1.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024；2.中國南水北調集團中線有限公司，北京 100053）

棄渣場作為工程建設的重要組成部分，如何做好棄渣場運行工作，不僅關乎環境問題，更直接關系到周邊人民的生命財產安全，因此，工程建設的棄渣場安全監測與其他建筑物安全監測同等重要。水利工程棄渣場安全監測設計以《土石壩安全監測技術規范》作為主要規范依據，通過對資料進行及時的整理與分析，能夠正確掌握其運行情況。下文主要對某長距離輸水工程的棄渣場安全監測成果的應用進行研究。

1 概況

某水利工程具備長距離輸水工程的典型特點：“點狀”和“線型”兼具、跨越地貌類型多、土石方量大、沿線棄渣多等[1]。然而棄渣場位置的選擇受生態紅線、風景名勝區、基本農田、環保保護的制約，棄渣后還可能對周邊村莊、公路、鐵路、學校等安全帶來一定程度的影響，因此，可布設棄渣場的位置很有限，導致棄渣場規模越來越大、堆渣高度越來越高。為確保棄渣場運行期的穩定性，除了工程措施外，做好安全監測也是非常必要的，安全監測可實時監控棄渣場施工期及運行期的穩定性[2]，為工程安全運行提供有力的技術保障，為水利工程沿線的安全工作提供預警。為切實落實安全管理責任，確保棄渣場安全運行，做好安全監測工作非常重要，應用先進技術推進棄渣場安全監測預警建設勢在必行[3]。本文選取了兩座典型棄渣場安全監測應用情況進行相關分析[4]。

HBXSM 棄渣場位于引水工程的右側，與工程相鄰，渣場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m3，最大堆高21 m，屬坡地形3 級棄渣場，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m3，最大堆高21 m，屬于坡地形3 級棄渣場，地形自西北向東南傾斜，高差約10 m，渣體的物質來源于總干渠樁號79+360～83+554 段開挖棄土，主要巖性為泥礫、泥巖、砂巖等。

2 棄渣場監測布置情況

目前，棄渣場尚未有專用的監測設計規范，參照SL 551—2012《土石壩安全監測技術規范》[5]，HBXSM 和HBS4 兩座典型棄渣場安全監測工程主要設置的監測項目有表面變形監測、內部變形監測、地下水位監測、巡視檢查等。監測項目情況統計見表1，儀器典型布置示意圖見圖1-3。

圖1 HBXSM 南區典型監測布置圖

圖2 HBXSM 北區典型監測布置圖

圖3 HBS4 棄渣場典型監測剖面布置圖

表1 HBXSM HBS4 棄渣場各監測項目統計表

3 監測資料初步分析

3.1 表面變形監測

在近一年對HBXSM 棄渣場的觀測過程中，XSMGNSS03，XSMGNSS04，XSMGNSS06 測點受2021 年7 月、9 月降雨影響，測點位移變化速率明顯增加，產生突變，當時立即組織人員對現場進行了巡視，測點周邊未發現明顯的裂縫。2021年汛期過后，XSMGNSS04，XSMGNSS06 測點位移變化幅度明顯減小，2021年10月下旬及11月上旬組織人員對這兩處進行了重點巡視，發現現場渣體表面均出現明顯裂縫，從監測數據也可以看出棄渣場發生了明顯的沉陷。目前變形速率很小，測值在±1.00 mm內上下波動。典型過程線見圖4。

圖4 HBXSM 棄渣場典型表面過程線

在近一年對HBS4 棄渣場的觀測過程中，北區的S4GNSS01—03表面變形測點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；南區的S4GNSS004表面變形測點向北累積位移為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。北區測點位移較小，南區測點各向位移相對較大，對較大測點部位進行巡視檢查時未見顯裂縫。各測點位移在汛期增加明顯，汛期過后測值相對平穩，目前無明顯收斂趨勢，后續應加強巡視和監測。HBS4棄渣場典型過程線見圖5。

圖5 HBS4 棄渣場表面變形過程線（S4GNSS02）

3.2 內部變形監測

HBXSM 和HBS4 棄渣場堆渣體內部變形均采用測斜管進行監測，測斜管材質為ABS，管外徑為75.00 mm，采用鉆孔方式進行安裝，使用活動（滑動）測斜儀進行觀測。在HBXSM 棄渣場南區和北區、HBS4 棄渣場北區各布置2 套測斜管，測斜管于2020 年10 月下旬取得基準值。目前觀測到HBXSM 和HBS4 棄渣場的位移分別在±10.00 mm以內，位移量較小，無明顯趨勢性變化，表明棄渣場內部基本穩定。位移分布線見圖6。

圖6 各測斜管位移分布圖

3.3 地下水位監測

HBXSM 和HBS4 棄渣場均利用測斜管兼做測壓管使用，測斜管底部有2.00 m 制作成花管，作為測壓管進水管段，使用電測水位計進行觀測。測壓管伸入穩定土層2.00 m，在鉆孔施工過程中未發現地下水。目前，各測壓管處于無水狀態，表明地表水未滲入堆渣體建基面，地表滲流對渣場穩定影響性較小。

3.4 巡視檢查

由于渣場面積較大，在人工巡視檢查基礎上，HBXSM 和HBS4 棄渣場分別在可能發生地質災害和離村莊及工廠較近部位布設視頻監測監控站，進行實時監控，作為在極端天氣等情況下監測儀器設備和人工巡檢之外的重要補充。

通過近2 年的巡視檢查結果來看，堆渣體表面絕大部分區域無損傷、塌陷、開裂、沖刷；排截水溝無損傷、塌陷、開裂、堵塞；防護護欄無損壞；堆渣體坡腳擋墻無損傷、塌陷、開裂；監測設施無破壞。

4 結語

兩座典型的棄渣場表面變形均尚未收斂，各堆渣體內部變形量很小，無趨勢性位移，地表水無滲入堆渣體建基面，表明渣場內部總體穩定；應加強巡視與監測。通過研究棄渣場安全監測成果應用情況及安全運行情況，對同類工程具有一定的借鑒意義。