路塹高邊坡施工動態監測在施工中的應用

（中冶（貴州）建設投資發展有限公司，貴州 貴陽 550003）

一、前言

貴州省地貌多以山地為主，地形多變、地質構造復雜、部分地區巖質松軟且含水量高，高速公路設計中橋、隧占比較高，路基多以高填深挖為主。為了確保施工期和運營期路塹高邊坡的安全，必須采取技術措施對路塹高邊坡進行施工動態監控。

已有的路塹高邊坡主要進行三方面內容的監測：一是地表位移監測，通過全站儀、光電測距儀進行水平位移監測，通過水準儀進行垂直變形監測，通過標樁、直尺或裂縫針進行裂縫監測，達到觀測地表位移、變形的目的；二是通過測斜儀進行地下深部位移監測，達到探測相對于穩定地層的地下巖體位移，證實和確定正在發生位移的構造特征，確定潛在滑動面深度，判斷滑動方向，定量分析評價邊坡的穩定狀況，評判邊坡加固效果的目的；三是通過人工測量進行地下水位監測，達到觀測地下水位變化與降雨關系，評判邊坡排水措施的有效性的目的。

中冶（貴州）建設投資發展有限公司聯合北京浩坤科技有限公司以工程設計圖紙要求及《建設用地地質災害危險性評估報告》內容為依據，在對貴州三施高速、三荔高速、紫望高速公路全線地質災害進行詳細調查的基礎上，結合傳感器子系統（傳感器、采集儀）、通訊子系統（無線和有線通訊方式）、供電防雷子系統（太陽能供電或市電供電）、數據中心子系統（數據接收、數據處理、數據存儲、數據分析）、大數據云平臺系統等，綜合運用現代化技術監測手段，建立起一套地質災害監測預警系統，對路塹高邊坡進行施工動態監測。

二、工藝原理及特點

（一）工藝原理

根據高邊坡地質勘查資料進行科學的測點布設，通過測點傳感器系統（拉線式位移傳感器、激光測距傳感器、測斜儀、數據采集儀、雨量計、土壤水分計）進行數據自動采集，采集影響公路安全的感應器信息匯總到中心軟件處理平臺進行云計算自動分析，迅速、及時評估邊坡安全,實現遠程實時監控各個關鍵節點的安全動態，提醒現場人員迅速做出應對措施，真正實現信息化、自動化監測，達到動態監控的目標。

（二）工藝特點

1.全天候監控。通過傳感器子系統、通訊子系統、供電防雷子系統三者結合，對重大危險區域進行動態實時數據采集，能有效避免人工測量誤差，實現24小時不間斷監控。

2.數據及時準確。利用數據分析處理技術分析各類傳感器采集的技術，并進行預報報警及趨勢分析，從而指導施工，動態修正邊坡支護參數，確保施工及運營安全。

3.提前預警。利用數據通訊系統將數據上傳至互聯網，通過閾值的設置，做到有任何問題能夠第一時間報警，及時排除隱患疏導人流，避免可能出現的重大安全事故。

三、施工工藝流程及操作要點

圖1 無線GPRS數據傳輸服務器系統框圖

（一）施工工藝流程

施工準備→測點布置→設備安裝→設備調試→數據采集→數據分析→數據反饋→動態設計。

（二）操作要點

1.施工準備

測量準備：實地查看現場情況，確定每個傳感器、數據采集箱支架安裝位置及太陽能電池板朝向，計算拉線位移計、激光位移傳感器、傾角測斜儀及雨量計線纜長度。

材料、機具準備：提前準備好安裝用的器具，扶梯、十字鎬、安裝設備等通過人工搬運抵現場，電鉆、螺絲刀、扳手等工具備置齊全，確保材料供給與施工順暢。

設備基礎施工：根據測量確定的安裝位置在平臺位置利用鐵鍬、十字鎬等工具施工太陽能支架基礎并預埋錨栓，澆筑或砌筑50cm×50cm×40cm的水泥墩4個作為拉線位移計、激光測距儀、雨量計、傾角測斜儀的設備基礎。

施工人員崗前培訓：施工前，對所有項目部管理人員、現場指揮人員、作業人員等實行“三級安全培訓教育”，著重進行施工安全知識的講解與案例分析，切實提高安全意識。所有施工人員未經考核合格不得上崗。項目部選派考核合格、有豐富經驗的職工擔任駐站聯絡員，負責調度聯系。

2.測點布置

實地查看安裝現場情況，根據項目特點，結合邊坡的總體布局及邊坡施工交叉影響，結構安全為關注重點，進行針對性的測點布置。

拉線式位移傳感器、激光位移傳感器、傾角測斜儀、數據采集箱按組布置，布置在邊坡平臺上，一般同一級平臺布置每隔50m布置一組，輻射上一級平臺。

雨量計布置在邊坡穩定開闊處。

傾角測斜儀布置在混凝土支擋結構或邊坡平臺上。

土壤水分計插入滑坡體中實時監測土體內部含水量。

報警燈為磁鐵吸附式可安裝在數據采集箱上。

3.設備安裝

在確保太陽能支架基礎混凝土強度達到要求后安裝支架立柱并用螺栓固定牢固，太陽能電池板支架固定于支架立柱上部并調整支架朝向保證日間采光充足后安裝太陽能電池板，蓄電池安裝好保護罩后預埋于靠近太陽能支架處。

在澆筑好的觀測樁上打孔固定拉線位移計于水泥墩上，鋼絲繩拉線于拉線位移計端分出三條覆蓋坡面并將另一端固定于邊坡平臺水泥墩觀測樁上。

將雨量計、傾角測斜儀、激光測距儀分別利用手電鉆打孔安裝于水泥墩觀測樁，確保安裝穩固可靠。

各傳感器的數字信號傳輸線纜匯集成一束后采用保護管保護，并固定于坡面最后接入采集箱。

各傳感器及太陽能供電系統接線準備工作完成后介入采集箱內。供電利用太陽能220V電源接入，進行AD/DC轉換后對設備進行供電。

項目部駐地安裝視頻顯示器或顯示屏，及信號接收裝置，將顯示屏（顯示器）固定于室內或室外有遮擋位置。

4.設備調試

所有線纜均接入采集箱后現場查看各傳感器指示燈確保所有傳感器處于工作狀態。利用萬能表查看各設備電壓電流確保設備正常運轉。安裝完畢后先連接調試用的PC電腦，打開專用軟件，選擇調試功能，輸入相關參數查看電腦的數據。同時通過網絡查看服務器數據是否有異常。如數據正常則拆下電腦，該系統調試完畢。如數據不正常，查看數據線是否連接正確，數據線連接正確數據仍不正常則拆下設備返廠維修檢查。

電腦或者手機有互聯網的前提下登錄服務商云平臺系統，查看實時監測數據，并設置報警參考值。使用人工干預的方式使采集數據超過警戒線并查看報警情況是否正常，數據報警異常的情況發生后及時查找分析報警原因并解決問題。

圖2 數據處理

對項目部信號接收裝置及顯示屏（顯示器）進行連接后查看數據接收及顯示情況。

5.數據采集

本項目采用各類傳感器的監測方式。利用傳感器監測的數據，對邊坡現場重點監測部位的安全狀況做出準確、直觀判斷。傳感器采集的數據通過數據采集箱、DTU等設備通過移動運營商網絡傳輸至云平臺，通過登陸了云平臺可實時查看各項檢測數據。

6.數據處理

服務端與設備通信采用xsocket接收，服務器后臺配置多個數據源，數據庫以主從形式配置，確保數據安全，提升數據讀寫效率。系統統計采樣highcharts,能快速、簡單的做出各種諸如柱狀圖、餅狀圖、曲線圖等多種形式的統計圖或者走勢圖，跨語言跨平臺支持多種瀏覽器，數據靈活。

7.數據反饋

經系統處理完成的數據，在聯網的情況下，在任何時間、地點可通過網頁登錄云平臺系統，進行數據查看?？稍O置警戒值，超過警戒值自動報警，報警方式為以下三種：聲光一體報警；軟件數據紅色報警；短信群發報警（可設置10人手機號碼）。

8.動態設計

觀測動態設計原則，通過高邊坡監控加強施工地質工作，根據數據反饋情況適當修改完善設計。在施工過程中一旦發現現場情況與圖紙不符，及時與監理、業主、設計單位聯系，對原設計進行校核、修改和補充。

四、保證措施

根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員及工地負責人參加的安全生產管理網絡，落實安全生產責任制，明確各級人員的職責。

施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。

對現場施工作業人員進行安全教育培訓。針對預案措施對現場作業人員進行交底，制定發生災害后的現場處置預案，進行現場處置預案演練，明確發生警報時現場撤離指揮人員、撤離路線、現場急救措施、傷員急救措施等。安排專人每天對坡頂及坡面級設備進行檢查，必須保證傳感器的拉線在布設途徑上無雜物干擾、打結或松弛現象。

五、應用實例

（一）貴州省天柱至黃平高速公路三穗至施秉段K18+600～K18+900七級挖方邊坡

1.工程概況

K18+600～K18+900段為七級挖方邊坡，第七、六、五級邊坡為錨索框架梁，第四級、第二級邊坡為錨桿框架梁，第三級邊坡為抗滑樁+錨索框架梁，第一級邊坡為抗滑樁+樁板墻結構。

圖3 K18+600～K18+900左側邊坡立面設計圖

2.施工情況

工程施工過程中，嚴格按照“逐級開挖、逐級防護”進行施工，將雨量計布置在邊坡開闊地帶，每施工兩級邊坡平臺，立即安裝拉線式位移傳感器、激光測距傳感器、測斜儀、數據采集儀、土壤水分計，實時動態對邊坡進行監控。

3.工程監測及評價結果

采用高邊坡實時監測后，2017年12月6日12時左右，施工第四級邊坡時，滑坡自動監測儀發出預警，項目部立即響應，現場所有人員全部撤離，經業主、設計、監理現場勘查后，初步判定該邊坡存在重大風險隱患，通過及時調整施工參數及方案，成功避免了一起重大安全事故的發生，施工安全處于可控狀態。

（二）貴州省天柱至黃平高速公路三穗至施秉段K39+600～K39+820左側挖方五級邊坡

1.工程概況

K39+600～K39+820左側挖方五級邊坡，中心最大挖高：K39+730斷面，H=42.5m，最大邊坡高度：K39+700，H=42.5m。每級邊坡高度10m，平臺寬2m，邊坡坡率1:0.75～1:1，采用灌木護坡和框架錨索進行坡面防護。其中第一二三級邊坡坡率為1:0.75，第四季為1:1，第二三級設框架錨索，其余為灌木護坡。

圖4 K39+600-K39+820左側邊坡立面設計圖

2.施工情況

工程施工過程中，嚴格按照“逐級開挖、逐級防護”進行施工，四級五級邊坡施工完成后將雨量計布置在邊坡平臺處，立即安裝拉線式位移傳感器、激光測距傳感器、傾角測斜儀、數據采集箱、土壤水分計，實時動態對邊坡進行監控。

3.工程監測及評價結果

采用高邊坡實時監測后，錨索框架梁及時施工，確保了邊坡穩定。

（三）貴州省紫云至望謨高速公路三分部駐地

1.工程概況

紫望高速公路三分部駐地三面環山，通過地質災害危險性評估為二級，嚴重威脅著項目部人員及設施安全。

2.測點布置

結合邊坡的總體布局，考慮在邊坡的各個位置，以有效性為前提，重點對傾斜、橫縱向位移、降雨量、環境及土壤溫濕度變化為監測對象。

3.工程監測及評價結果

在系統運行期間，邊坡在2017年汛期出現過1次報警情況，在大雨傾盆的夜晚，項目部人員在聽到監測系統警報聲響起后，項目部人員在門衛值班人員的提醒下，撤離了駐地，派人觀測邊坡狀況，聯系后方單位分析數據，經觀察及數據對比，雨量超過報警值導致系統報警，在排除隱患后才返回項目部，保障了項目部人員的生命及財產安全。

六、結語

路塹高邊坡施工動態監測是當前施工與大數據結合的產物，與傳統人工監測方式相比，能最大限度的節約勞動量，且消除了人工監測的誤差，提前進行危險預警，將危險消于萌芽狀態，確保了施工人員及財產安全。由于在數據自動采集、傳輸、存儲、預警等功能上優勢明顯，具有顯著的社會效益和經濟效益。

駐地邊坡測點布置圖