于遠亮，靳 靜

(河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

結(jié)合邢汾高速公路工程實際，綜合運用理論分析［1-4］，對公路邊坡進行災(zāi)害安全監(jiān)測預(yù)報，并編制了具體的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)方案。通過對公路項目邊坡災(zāi)害安全監(jiān)測預(yù)報，能準(zhǔn)確掌握其變形和運動規(guī)律，優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計與施工，保證治理措施的安全可靠和經(jīng)濟合理，避免因地質(zhì)災(zāi)害造成的工程人員傷亡等事故［5-7］。

1 工程概況

邢汾高速公路邢臺至冀晉界段位于河北省邢臺市、邢臺縣、沙河市境內(nèi)，場地屬剝蝕構(gòu)造丘陵地貌，地形起伏略大，高填方、深挖方、半填半挖路段多。依據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2004)，土質(zhì)挖方邊坡切坡高度超過20 m、巖質(zhì)挖方邊坡切坡高度超過30 m以及不良地質(zhì)、特殊巖土地段的挖方邊坡，應(yīng)進行個別勘察設(shè)計［8］。在邢汾高速公路山區(qū)段選擇有代表性的5個邊坡斷面埋設(shè)遠程監(jiān)控設(shè)備，進行邊坡的地質(zhì)災(zāi)害安全監(jiān)控工作。具體的邊坡里程和高度情況見表1。

表1 邊坡斷面里程及切坡高度統(tǒng)計表Tab.1 Tables of the slope length and slope cutting

2 監(jiān)測項目和內(nèi)容

根據(jù)邢汾高速公路項目現(xiàn)場情況，擬采取邊坡巖體深層位移動態(tài)監(jiān)測，并利用小型氣象站進行降水量監(jiān)測。邊坡巖體深層位移監(jiān)測是通過在邊坡上深層鉆孔，孔內(nèi)放置測管，利用管內(nèi)不同深度處埋設(shè)的固定式測斜儀以及邊坡頂部設(shè)置DSC無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行的。在每個監(jiān)測斷面位置安裝一套翻斗式雨量計進行降水量監(jiān)測。

遠程監(jiān)測的特點是無人值守自動化監(jiān)測，并可以根據(jù)觀測結(jié)果和現(xiàn)場環(huán)境情況在控制中心遠程調(diào)整觀測頻率。初步設(shè)定現(xiàn)場監(jiān)測頻率見表2。

表2 邊坡施工各階段穩(wěn)定性監(jiān)測頻率Tab.2 Stability monitoring frequency in each stage of slope construction

警戒值應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場具體地質(zhì)和周邊環(huán)境情況而定，表3是依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況設(shè)定，并參考國內(nèi)外滑坡監(jiān)測的變形速率資料［9-11］，借鑒陜西隴縣李家下滑坡中滑坡表面觀測點位移監(jiān)測項目［12］，最終確定邊坡深部水平位移變形速率為監(jiān)測項目警戒值的參考值，供監(jiān)測工作初期參考，在施工過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況予以修正。

表3 邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測警戒值Tab.3 Alert value of slope stability monitoring

當(dāng)邊坡位移速率突然增大或者達到表3的警戒值時應(yīng)對邊坡的安全性及時預(yù)警并采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

3 監(jiān)測點布置及措施

3.1 測管埋設(shè)

埋設(shè)測管時注意管內(nèi)導(dǎo)槽所對方向。管內(nèi)導(dǎo)槽是個十字型，埋設(shè)時保證導(dǎo)槽一方開口垂直路基，尤其注意接頭處導(dǎo)槽要對齊，如圖1所示。等測管穩(wěn)定一段時間至測管周圍的砂不再沉降時再安裝傳感器，如圖2所示。注意控制埋設(shè)第1個傳感器的位置，傳感器之間用不銹鋼加長桿連接，測桿之間用萬向節(jié)相連，最上面一個傳感器可用一根鋼絲連接到管口方便以后對儀器維護的檢查。

圖1 測斜管的埋設(shè)和接頭Fig.1 Burying and joint of the inclinometer

圖2 固定測斜儀Fig.2 Fixed inclinometer

3.2 雨量計埋設(shè)

在邊坡監(jiān)測斷面周圍穩(wěn)定的位置澆筑一個混凝土平臺，用膨脹螺栓將雨量計固定在平臺上。雨量計安裝好后，將傳感器連接到采集系統(tǒng)上，進行調(diào)試。調(diào)試完畢后，可正常投入使用。

3.3 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的安裝

將圖3的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(DTU)兩顆螺釘擰開，安裝SIM卡。天線應(yīng)從密封箱外，引入接頭接到模塊上。天線主體放置在有手機信號的地方。上網(wǎng)手機模塊可放置在密封箱中，并固定，見圖4。

圖3 SIM卡安裝圖Fig.3 Installation diagram of SIM card

圖4 GPRS天線連接圖Fig.4 Connection diagram of GPRS antenna

3.4 安裝注意事項

所有采集、發(fā)送裝置盡量隱蔽安裝。對于測試元件，將派專人保護，定期巡查現(xiàn)場測試元件是否破壞或是發(fā)生不穩(wěn)情形。一旦破壞，及時整修，確保監(jiān)測工作的連續(xù)穩(wěn)定進行。

4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的建立

借鑒鐵路部門交通災(zāi)害預(yù)警管理模式［13］，山區(qū)高邊坡安全遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測現(xiàn)場站、移動通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測中心站3部分組成?，F(xiàn)場站主要由現(xiàn)場信號傳感模塊、采集模塊、遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊、小型氣象站、供電模塊、儀器保護箱等組成，監(jiān)測中心站主要由服務(wù)器、無線信號接收儀、若干客戶查詢計算機和打印機組成?，F(xiàn)場站和監(jiān)測中心站之間通過移動通信GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS方式進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸，如圖5所示。邊坡的安全監(jiān)控工作流程如圖6所示。

圖5 遠程監(jiān)控系統(tǒng)各模塊功能Fig.5 Function of each module in the remote monitoring system

圖6 邊坡安全監(jiān)控工作流程圖Fig.6 Flow chart of slope safety monitoring work

本自動監(jiān)測系統(tǒng)變形測試量程為300 mm，在此量程范圍內(nèi)，變形測試誤差小于1 mm?，F(xiàn)場信號采集模塊能夠同時采集32路電感調(diào)頻類智能數(shù)碼傳感器的輸出信號;采樣周期可人工控制與調(diào)整，同時根據(jù)小型氣象站傳遞信息，及時調(diào)整數(shù)據(jù)采集周期，如雨雪天氣監(jiān)測中心可隨時調(diào)整數(shù)據(jù)采集周期;測試儀器能按照規(guī)定的時間實現(xiàn)自動測量和數(shù)據(jù)存儲功能。為防止數(shù)據(jù)丟失，現(xiàn)場信號采集模塊能存儲1年的采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)場信號采集模塊具有在測試現(xiàn)場與筆記本電腦相連下載采集數(shù)據(jù)的功能，能夠在室內(nèi)完成數(shù)據(jù)的下載。

能夠利用GSM網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)街鞅O(jiān)測中心，并具有自動傳送、實時傳送、系統(tǒng)預(yù)約、系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送的功能。主監(jiān)測中心能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動接收、修改系統(tǒng)參數(shù)、控制系統(tǒng)的采集時間間隔和傳輸時間等;并根據(jù)需要進行實時采集與傳輸、自動診斷現(xiàn)場采集終端的工作狀態(tài);實現(xiàn)多臺現(xiàn)場采集終端的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析處理工作;實現(xiàn)溫度采集結(jié)果的自動分析處理功能;控制現(xiàn)場采集終端進行系統(tǒng)的自校準(zhǔn)。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用DSC無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件進行儲存與處理。軟件定時接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可生成各種報表以及每個測點、每個測孔的位移變化曲線。在數(shù)據(jù)達到警戒值時及時發(fā)出警報。

在監(jiān)測過程中，實時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理和分析，以監(jiān)測通報、周報的形式送達有關(guān)各方。工程結(jié)束后，提交完整的監(jiān)測總報告及電子文檔。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，超出預(yù)警值或位移-時間曲線出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時，在監(jiān)測完成24 h內(nèi)發(fā)出監(jiān)測通報，及時向有關(guān)部門和人員報告。在工程監(jiān)測過程中，實時對監(jiān)測結(jié)果進行整理。在施工完成后，及時對監(jiān)測工作進行總結(jié)，在要求時間內(nèi)將監(jiān)測總報告提交給相關(guān)部門。

6 結(jié)語

本文闡述了邢汾高速公路深挖路塹邊坡地質(zhì)災(zāi)害安全監(jiān)控技術(shù)的原理和實現(xiàn)過程。依據(jù)邢汾高速公路現(xiàn)場勘察資料和相關(guān)規(guī)范選取30 m以上高挖方邊坡中5個地質(zhì)條件不穩(wěn)定的較危險邊坡進行地質(zhì)災(zāi)害遠程監(jiān)控，確定了監(jiān)測項目為深部位移和環(huán)境降雨量監(jiān)測，介紹了監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝步驟及保護措施，提出了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能和工作流程。研究成果對保障深挖路塹邊坡的安全穩(wěn)定具有一定的指導(dǎo)意義。

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