水利工程典型弃渣场安全监测数据应用探析

杨贵乾，郭雪峰，曾波，任海军

（1.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；2.中国南水北调集团中线有限公司，北京 100053）

弃渣场作为工程建设的重要组成部分，如何做好弃渣场运行工作，不仅关乎环境问题，更直接关系到周边人民的生命财产安全，因此，工程建设的弃渣场安全监测与其他建筑物安全监测同等重要。水利工程弃渣场安全监测设计以《土石坝安全监测技术规范》作为主要规范依据，通过对资料进行及时的整理与分析，能够正确掌握其运行情况。下文主要对某长距离输水工程的弃渣场安全监测成果的应用进行研究。

1 概况

某水利工程具备长距离输水工程的典型特点：“点状”和“线型”兼具、跨越地貌类型多、土石方量大、沿线弃渣多等[1]。然而弃渣场位置的选择受生态红线、风景名胜区、基本农田、环保保护的制约，弃渣后还可能对周边村庄、公路、铁路、学校等安全带来一定程度的影响，因此，可布设弃渣场的位置很有限，导致弃渣场规模越来越大、堆渣高度越来越高。为确保弃渣场运行期的稳定性，除了工程措施外，做好安全监测也是非常必要的，安全监测可实时监控弃渣场施工期及运行期的稳定性[2]，为工程安全运行提供有力的技术保障，为水利工程沿线的安全工作提供预警。为切实落实安全管理责任，确保弃渣场安全运行，做好安全监测工作非常重要，应用先进技术推进弃渣场安全监测预警建设势在必行[3]。本文选取了两座典型弃渣场安全监测应用情况进行相关分析[4]。

HBXSM 弃渣场位于引水工程的右侧，与工程相邻，渣场沿该引水工程分为南北两部分，占地面积32.61 hm2，弃方量376.09 万m3，最大堆高21 m，属坡地形3 级弃渣场，地形自西向东南倾斜，高差约15 m，渣体组成主要为粘土、壤土、含碎石壤土和碎石。HBS4 弃渣场位于该引水工程西约1.2 km，占地面积15.52 hm2，弃方量176.19 万m3，最大堆高21 m，属于坡地形3 级弃渣场，地形自西北向东南倾斜，高差约10 m，渣体的物质来源于总干渠桩号79+360～83+554 段开挖弃土，主要岩性为泥砾、泥岩、砂岩等。

2 弃渣场监测布置情况

目前，弃渣场尚未有专用的监测设计规范，参照SL 551—2012《土石坝安全监测技术规范》[5]，HBXSM 和HBS4 两座典型弃渣场安全监测工程主要设置的监测项目有表面变形监测、内部变形监测、地下水位监测、巡视检查等。监测项目情况统计见表1，仪器典型布置示意图见图1-3。

图1 HBXSM 南区典型监测布置图

图2 HBXSM 北区典型监测布置图

图3 HBS4 弃渣场典型监测剖面布置图

表1 HBXSM HBS4 弃渣场各监测项目统计表

3 监测资料初步分析

3.1 表面变形监测

在近一年对HBXSM 弃渣场的观测过程中，XSMGNSS03，XSMGNSS04，XSMGNSS06 测点受2021 年7 月、9 月降雨影响，测点位移变化速率明显增加，产生突变，当时立即组织人员对现场进行了巡视，测点周边未发现明显的裂缝。2021年汛期过后，XSMGNSS04，XSMGNSS06 测点位移变化幅度明显减小，2021年10月下旬及11月上旬组织人员对这两处进行了重点巡视，发现现场渣体表面均出现明显裂缝，从监测数据也可以看出弃渣场发生了明显的沉陷。目前变形速率很小，测值在±1.00 mm内上下波动。典型过程线见图4。

图4 HBXSM 弃渣场典型表面过程线

在近一年对HBS4 弃渣场的观测过程中，北区的S4GNSS01—03表面变形测点向北累积位移最大值为19.72 mm，向东累积位移最大值为17.82 mm，垂直方向即沉降位移最大值为80.27 mm；南区的S4GNSS004表面变形测点向北累积位移为9.89 mm，向东累积位移为142.72 mm，垂直方向即沉降位移为185.41 mm。北区测点位移较小，南区测点各向位移相对较大，对较大测点部位进行巡视检查时未见显裂缝。各测点位移在汛期增加明显，汛期过后测值相对平稳，目前无明显收敛趋势，后续应加强巡视和监测。HBS4弃渣场典型过程线见图5。

图5 HBS4 弃渣场表面变形过程线（S4GNSS02）

3.2 内部变形监测

HBXSM 和HBS4 弃渣场堆渣体内部变形均采用测斜管进行监测，测斜管材质为ABS，管外径为75.00 mm，采用钻孔方式进行安装，使用活动（滑动）测斜仪进行观测。在HBXSM 弃渣场南区和北区、HBS4 弃渣场北区各布置2 套测斜管，测斜管于2020 年10 月下旬取得基准值。目前观测到HBXSM 和HBS4 弃渣场的位移分别在±10.00 mm以内，位移量较小，无明显趋势性变化，表明弃渣场内部基本稳定。位移分布线见图6。

图6 各测斜管位移分布图

3.3 地下水位监测

HBXSM 和HBS4 弃渣场均利用测斜管兼做测压管使用，测斜管底部有2.00 m 制作成花管，作为测压管进水管段，使用电测水位计进行观测。测压管伸入稳定土层2.00 m，在钻孔施工过程中未发现地下水。目前，各测压管处于无水状态，表明地表水未渗入堆渣体建基面，地表渗流对渣场稳定影响性较小。

3.4 巡视检查

由于渣场面积较大，在人工巡视检查基础上，HBXSM 和HBS4 弃渣场分别在可能发生地质灾害和离村庄及工厂较近部位布设视频监测监控站，进行实时监控，作为在极端天气等情况下监测仪器设备和人工巡检之外的重要补充。

通过近2 年的巡视检查结果来看，堆渣体表面绝大部分区域无损伤、塌陷、开裂、冲刷；排截水沟无损伤、塌陷、开裂、堵塞；防护护栏无损坏；堆渣体坡脚挡墙无损伤、塌陷、开裂；监测设施无破坏。

4 结语

两座典型的弃渣场表面变形均尚未收敛，各堆渣体内部变形量很小，无趋势性位移，地表水无渗入堆渣体建基面，表明渣场内部总体稳定；应加强巡视与监测。通过研究弃渣场安全监测成果应用情况及安全运行情况，对同类工程具有一定的借鉴意义。