露天邊坡自動化變形監測技術概論

廣東省海洋地質調查院 廣東 廣州 510080

引言

邊坡因其高差較大，支護結構失穩或變形的危害性較大，因此常常作為工程的監測重點。然而傳統的人工監測費時費力，對于暴雨等突發狀況也不能及時快速地獲取實時的監測數據，暴露出不少缺陷。隨著自動化技術的進展，運用各種傳感器，物聯網等手段建立起來的自動化變形監測發展迅猛，本文主要介紹露天邊坡自動化變形監測相關技術。

1 監測項目及布設位置

邊坡監測的主要監測內容為邊坡表面位移、邊坡豎向位移、深層水平位移、雨量等項目。其中邊坡表面位移區別于傳統的全站儀設臨時站點觀測，使用實時的GNSS衛星定位接收機進行監測，表面位移監測點一般布設在坡頂及每級平臺上，沿豎向布置，布設在每段邊坡的最高、最陡處。邊坡豎向位移區別于傳統的水準沉降觀測，使用靜力水準儀進行監測，豎向位移監測點一般布設在坡頂及每級平臺、擋土墻頂部，布設間距視重要性確定，一般為10m，非重點區域可放寬至50m。深層水平位移一般布設在坡腳下方基坑支護樁內、邊坡一級平臺、擋土墻頂部，間距為30～50m左右。雨量監測使一體式雨量監測站布置，一般沿邊坡平臺布置[1]。

2 監測實施

2.1 邊坡表面位移監測

使用GNSS技術對邊坡進行表面監測，需要埋設基準點和監測點，其中基準點的埋設需要在場區南側、東側、北側開闊處各設置一個GNSS基準站，進行數據完整性測試、周跳測試、監測站時鐘測試、多路徑測試等工作，通過測試后與各條邊上的GNSS監測點組建變形監測網，監測點的埋設和基準點相同。

數據處理過程為，主機上保存的數據經數據無線傳輸上傳到遠程服務器，服務器上的解算軟件具有GNSS位移監測高精度解算功能模塊，可對接收的原始星歷等測量數據進行靜態高精度解算，從而獲取測點的累計變化量。

2.2 邊坡豎向位移監測

使用靜力水準儀對邊坡豎向位移進行監測，靜力水準儀是測量兩點間或多點間相對高程變化的精密儀器。兩個靜力水準儀之間用通水管、通氣管相連，當坡面基巖遇水軟化，在重力作用下，有向下崩滑的趨勢，帶動對應點處靜力水準儀產生豎直向下的位移，在線監測系統可自動記錄各靜力水準儀的沉降量。

靜力水準儀可實現自動化測試。配合總線采集模塊和安裝采集模塊的密封箱，即可組成最小的自動化測試系統。總線采集模塊可自動采集靜力水準儀的測試數據，并儲存在采集模塊內電子硬盤中，也可隨時下載測試數據，進行實時測量。

2.3 深層水平位移監測

在測斜管中沿一定的豎向間距埋設多只固定式測斜儀，組成深部位移監測系統。根據每個測斜儀測得傾角與測斜儀埋設間距計算得到邊坡內部不同深度相對于管底的偏斜量，通過每期觀測值與初始值的變化量，計算出每期樁體或墻體不同深度處的位移量。

2.4 雨量監測

通過布設一個雨量監測站實時監控邊坡區內的雨量情況。含太陽能板、電池、保護罩等，用于雨量監測。主要采集內容為：設備編號、雨量值、采集時間、上傳時間、傳輸方式、原始采集值、電池電壓等[2]。

3 集成系統及通訊、供電支持

3.1 集成系統支持

集成系統主要包括深層水平位移監測站和邊坡豎向位移監測站。深層水平位移監測站，主要完成測斜儀數據的采集，通過對多只傾斜儀的采集，更準確地監測建筑物的變形情況。邊坡豎向位移監測站，主要完成靜力水準儀數據的采集通常采用一體化模塊化自動測量單元采集數據，通過有線或無線通信與計算機連接，從而實現自動化觀測。

3.2 通訊、供電方案

無線通信系統主要指將各監測點采集的數據傳輸到數據處理單元的通信系統。系統各監控點均在野外，環境比較惡劣，所以不能采用傳統的有線方式進行傳輸，只能采取無線傳輸。根據現場實際情況選擇GPRS或4G的方式傳輸，各實時監測點將數據傳輸到距離用戶最近的通信網絡，并通過Internet得到傳回的實時數據信息，實現現場監測儀器數據采集傳輸，保證監測成果實時上傳。

室外設備統一采用太陽能供電。通過調整太陽板功率和蓄電池容量，來保證陰雨天氣下的不間斷供電時間。監控中心涉及設備用電較多，需提供多個電源接口，應采取中央統一供電，多級劃分的方式，保證對用電系統的統一管理和安排。在遭遇突發狀況下可立即將整個監測系統的供電切換到備用電源供電系統，保證監測系統連續運行[3]。

4 軟件支持

監測生產管理系統應是界面友好、運行穩定的Web端監測生產管理平臺，平臺整合項目綜合管理、人員、設備、數據分層管理，自動接入位移、沉降、降雨、水位、測斜等多類型設備數據，統一計算分析，自動判讀預警，適用于各類監測生產項目。

5 結束語

本文首先介紹了邊坡自動化監測常用的監測儀器以及儀器的布設位置，隨后著重介紹了具體的監測實施步驟，包括儀器埋設方法和數據接收處理相關過程，此外，還介紹了采用的相關集成系統和通信、供電設施等，最后介紹了數據處理所需的軟件要實現的功能等信息，為邊坡自動化監測提供了一些參考。