于远亮，靳 静

(河北科技大学建筑工程学院，河北石家庄 050018)

结合邢汾高速公路工程实际，综合运用理论分析［1-4］，对公路边坡进行灾害安全监测预报，并编制了具体的地质灾害监测技术方案。通过对公路项目边坡灾害安全监测预报，能准确掌握其变形和运动规律，优化设计方案，实现动态设计与施工，保证治理措施的安全可靠和经济合理，避免因地质灾害造成的工程人员伤亡等事故［5-7］。

1 工程概况

邢汾高速公路邢台至冀晋界段位于河北省邢台市、邢台县、沙河市境内，场地属剥蚀构造丘陵地貌，地形起伏略大，高填方、深挖方、半填半挖路段多。依据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，土质挖方边坡切坡高度超过20 m、岩质挖方边坡切坡高度超过30 m以及不良地质、特殊岩土地段的挖方边坡，应进行个别勘察设计［8］。在邢汾高速公路山区段选择有代表性的5个边坡断面埋设远程监控设备，进行边坡的地质灾害安全监控工作。具体的边坡里程和高度情况见表1。

表1 边坡断面里程及切坡高度统计表Tab.1 Tables of the slope length and slope cutting

2 监测项目和内容

根据邢汾高速公路项目现场情况，拟采取边坡岩体深层位移动态监测，并利用小型气象站进行降水量监测。边坡岩体深层位移监测是通过在边坡上深层钻孔，孔内放置测管，利用管内不同深度处埋设的固定式测斜仪以及边坡顶部设置DSC无线数据系统进行的。在每个监测断面位置安装一套翻斗式雨量计进行降水量监测。

远程监测的特点是无人值守自动化监测，并可以根据观测结果和现场环境情况在控制中心远程调整观测频率。初步设定现场监测频率见表2。

表2 边坡施工各阶段稳定性监测频率Tab.2 Stability monitoring frequency in each stage of slope construction

警戒值应根据工程现场具体地质和周边环境情况而定，表3是依据现场地质情况设定，并参考国内外滑坡监测的变形速率资料［9-11］，借鉴陕西陇县李家下滑坡中滑坡表面观测点位移监测项目［12］，最终确定边坡深部水平位移变形速率为监测项目警戒值的参考值，供监测工作初期参考，在施工过程中应根据现场情况予以修正。

表3 边坡稳定性监测警戒值Tab.3 Alert value of slope stability monitoring

当边坡位移速率突然增大或者达到表3的警戒值时应对边坡的安全性及时预警并采取相应的技术措施。

3 监测点布置及措施

3.1 测管埋设

埋设测管时注意管内导槽所对方向。管内导槽是个十字型，埋设时保证导槽一方开口垂直路基，尤其注意接头处导槽要对齐，如图1所示。等测管稳定一段时间至测管周围的砂不再沉降时再安装传感器，如图2所示。注意控制埋设第1个传感器的位置，传感器之间用不锈钢加长杆连接，测杆之间用万向节相连，最上面一个传感器可用一根钢丝连接到管口方便以后对仪器维护的检查。

图1 测斜管的埋设和接头Fig.1 Burying and joint of the inclinometer

图2 固定测斜仪Fig.2 Fixed inclinometer

3.2 雨量计埋设

在边坡监测断面周围稳定的位置浇筑一个混凝土平台，用膨胀螺栓将雨量计固定在平台上。雨量计安装好后，将传感器连接到采集系统上，进行调试。调试完毕后，可正常投入使用。

3.3 无线数据收发模块的安装

将图3的无线数据收发模块(DTU)两颗螺钉拧开，安装SIM卡。天线应从密封箱外，引入接头接到模块上。天线主体放置在有手机信号的地方。上网手机模块可放置在密封箱中，并固定，见图4。

图3 SIM卡安装图Fig.3 Installation diagram of SIM card

图4 GPRS天线连接图Fig.4 Connection diagram of GPRS antenna

3.4 安装注意事项

所有采集、发送装置尽量隐蔽安装。对于测试元件，将派专人保护，定期巡查现场测试元件是否破坏或是发生不稳情形。一旦破坏，及时整修，确保监测工作的连续稳定进行。

4 远程监控系统的建立

借鉴铁路部门交通灾害预警管理模式［13］，山区高边坡安全远程自动监测系统主要由监测现场站、移动通讯网络、监测中心站3部分组成。现场站主要由现场信号传感模块、采集模块、远程数据传输模块、小型气象站、供电模块、仪器保护箱等组成，监测中心站主要由服务器、无线信号接收仪、若干客户查询计算机和打印机组成。现场站和监测中心站之间通过移动通信GSM网络的GPRS方式进行数据的发送和传输，如图5所示。边坡的安全监控工作流程如图6所示。

图5 远程监控系统各模块功能Fig.5 Function of each module in the remote monitoring system

图6 边坡安全监控工作流程图Fig.6 Flow chart of slope safety monitoring work

本自动监测系统变形测试量程为300 mm，在此量程范围内，变形测试误差小于1 mm。现场信号采集模块能够同时采集32路电感调频类智能数码传感器的输出信号;采样周期可人工控制与调整，同时根据小型气象站传递信息，及时调整数据采集周期，如雨雪天气监测中心可随时调整数据采集周期;测试仪器能按照规定的时间实现自动测量和数据存储功能。为防止数据丢失，现场信号采集模块能存储1年的采集数据，现场信号采集模块具有在测试现场与笔记本电脑相连下载采集数据的功能，能够在室内完成数据的下载。

能够利用GSM网络将现场的采集数据自动传输到主监测中心，并具有自动传送、实时传送、系统预约、系统状态信息发送的功能。主监测中心能够实现数据的自动接收、修改系统参数、控制系统的采集时间间隔和传输时间等;并根据需要进行实时采集与传输、自动诊断现场采集终端的工作状态;实现多台现场采集终端的数据接收、数据转换、数据分析处理工作;实现温度采集结果的自动分析处理功能;控制现场采集终端进行系统的自校准。

5 监测数据处理

数据采用DSC无线数据系统软件进行储存与处理。软件定时接收监测数据，并可生成各种报表以及每个测点、每个测孔的位移变化曲线。在数据达到警戒值时及时发出警报。

在监测过程中，实时对监测数据进行整理和分析，以监测通报、周报的形式送达有关各方。工程结束后，提交完整的监测总报告及电子文档。当监测数据异常，超出预警值或位移-时间曲线出现不稳定征兆时，在监测完成24 h内发出监测通报，及时向有关部门和人员报告。在工程监测过程中，实时对监测结果进行整理。在施工完成后，及时对监测工作进行总结，在要求时间内将监测总报告提交给相关部门。

6 结语

本文阐述了邢汾高速公路深挖路堑边坡地质灾害安全监控技术的原理和实现过程。依据邢汾高速公路现场勘察资料和相关规范选取30 m以上高挖方边坡中5个地质条件不稳定的较危险边坡进行地质灾害远程监控，确定了监测项目为深部位移和环境降雨量监测，介绍了监测仪器的埋设安装步骤及保护措施，提出了远程监控系统的功能和工作流程。研究成果对保障深挖路堑边坡的安全稳定具有一定的指导意义。

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