余 忠，梅宗明，吳 博

（浙江省地礦建設(shè)有限公司，浙江·杭州 310012）

滑坡是我國常見的地質(zhì)災害之一，浙江省地處東南沿海，由于各種自然和社會經(jīng)濟原因，滑坡地質(zhì)災害危害較大[1-2]。近年來，浙江省發(fā)生多起重大滑坡災害，均造成巨大的人員傷亡與經(jīng)濟損失[3-4]。2017年初，浙江省開展地質(zhì)災害隱患綜合治理“除險安居”三年行動，提出要積極完善地災防控體系建設(shè)，加強動態(tài)監(jiān)測預警，強化避災場所規(guī)范化建設(shè)管理，加強群眾基本生活保障措施[5]。

通常采用經(jīng)緯儀、全站儀等技術(shù)來實施對邊坡的監(jiān)測，然而傳統(tǒng)監(jiān)測方法往往只能以人工方式間斷監(jiān)測，耗費大量人力物力，受到氣候地形地貌等條件限制，而且數(shù)據(jù)處理工作量大，結(jié)果反饋滯后[6]。近年來，GPS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等飛速發(fā)展，使得邊坡監(jiān)測越來越向全天候、高精度、自動化方向發(fā)展[7-8]。本文結(jié)合桐廬縣某地災隱患治理工程施工過程中的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)的具體應用并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果。

1 工程概況

2015年3月，桐廬縣分水鎮(zhèn)城西村西塢后山出現(xiàn)滑坡隱患，坡腳擋土墻、格構(gòu)梁等變形，局部發(fā)生剪切破壞；邊坡后緣及兩側(cè)有斷續(xù)的拉張裂縫，坡腳多幢民房墻體開裂、地面上拱開裂，滑坡變形跡象明顯。后期在施工過程中，滑坡體局部也出現(xiàn)裂縫和垮塌。

根據(jù)設(shè)計文件該滑坡在極端天氣引起的強降雨作用下，易發(fā)生失穩(wěn)下滑。該滑坡總方量26.73萬m3，為中型滑坡，主滑方向140，正對著城西村，滑坡一旦失穩(wěn)，將威脅城西村56幢民居，村民62戶共計233人，直接威脅城西村小學，潛在經(jīng)濟損失在5000萬元以上。在治理施工過程中，要監(jiān)測坡體的變形狀況，預測、預報坡體的發(fā)展趨勢，及時為施工提供預報數(shù)據(jù)，保證人員的安全和治理工程的順利進行，對可能出現(xiàn)的險情及時發(fā)出警報，保障坡下居民的生命財產(chǎn)安全。

根據(jù)設(shè)計文件，本滑坡采用：分級削坡減載+坡腳擋墻+墻后回填反壓+局部邊坡錨桿護坡+系統(tǒng)截排水工程+綠化生態(tài)防護。對滑坡體進行削坡減載，自上而下共分為六級邊坡，削坡總方量20.44萬m3，回填壓腳使用0.2萬m3，外運20.24萬m3[9]?，F(xiàn)場情況見圖1。

圖1 施工現(xiàn)場圖片F(xiàn)ig.1 Aerial view (a) and picture (b) of construction site

2 項目自動化監(jiān)測系統(tǒng)

本項目監(jiān)測內(nèi)容為邊坡表面位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測以及邊坡裂縫監(jiān)測。項目前期主要采用傳統(tǒng)的全站儀、測斜儀測量方法進行位移監(jiān)測，但實踐表明，前期的人工監(jiān)測受天氣等因素影響大，需耗費大量的人力物力，監(jiān)測結(jié)果反饋滯后，監(jiān)測精度也不如自動化監(jiān)測高。后期邊坡平臺形成后采用自動化監(jiān)測方法[10]。

2.1 表面位移自動監(jiān)測

（1）自動化監(jiān)測

采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）自動化監(jiān)測方式對邊坡表面位移進行實時自動化監(jiān)測。其工作原理為：各GNSS監(jiān)測點與參考點接收機實時接收GNSS信號，控制中心根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)算出各監(jiān)測點三維坐標，并與初始坐標進行對比而獲得該監(jiān)測點變化量，同時分析軟件根據(jù)事先設(shè)定的預警值而進行報警。

自動化監(jiān)測的優(yōu)勢在于：可不受地域限制隨時掌握滑坡體的監(jiān)測情況，及時掌握滑坡體監(jiān)測預警信息；當危險源預警時，可通過手機接收預警信息，及時指揮應急處置與救援；預留外網(wǎng)訪問該監(jiān)測系統(tǒng)的功能，如果需要可以開放該端口，給上級安全監(jiān)督主管單位。

（2）設(shè)備選型

根據(jù)系統(tǒng)的實際情況及所要達到的技術(shù)指標，并參照《全球定位導航系統(tǒng)測量規(guī)范》，表面位移監(jiān)測系統(tǒng)選擇上海某公司產(chǎn)監(jiān)測專用接收機和配套天線罩。該設(shè)備能長時間連續(xù)工作，能夠最大限度地滿足滑坡體、水庫大壩、尾礦壩、沉降等變形監(jiān)測的需要。

（3）施工安裝

開挖基礎(chǔ)：在選定地址開挖到堅實土層（根據(jù)當?shù)厍闆r確定），具體施工嚴格按照圖紙和規(guī)范要求施工。

鋼筋籠綁扎：鋼筋的加工、連接及安裝應按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》標準進行施工；底座框架的尺寸為：高0.5m 1.2m見方的長方體，底座鋼筋籠為兩層結(jié)構(gòu)，間距為30cm。

主體澆筑：觀測墩采用現(xiàn)澆混凝土加315mm高強度PVC套管施工工藝，混凝土強度等級C30，水泥、石子、砂、水等須符合要求。

設(shè)備安裝：立柱澆筑結(jié)束時要安裝強制對中標志，并嚴格整平，并且預埋PVC管要貫通。立柱澆筑一周時間凝固后，進行GNSS和機柜的安裝，采用全封閉式GNSS專用天線罩。觀測墩頂部裝強制對中器，頂端加工有5/8英制螺旋以固定GNSS天線。在機柜中，按數(shù)據(jù)傳輸路徑，分別安裝天線轉(zhuǎn)換器、GNSS接收機、串口服務器等。現(xiàn)場設(shè)備完成效果見圖2。

圖2 現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備Fig.2 Monitoring equipment

2.2 深部位移監(jiān)測

（1）深部位移自動化監(jiān)測

深部位移采用全自動化觀測，由多支固定式測斜儀（由測桿、導向輪、連接軟纜、傳輸電纜等組成）串聯(lián)裝在測斜管內(nèi)，通過裝在每個高程上的傾斜傳感器，測量出被測結(jié)構(gòu)物的傾斜角度，以此將結(jié)構(gòu)物的變形曲線描述出來。同時其測值可計算出測桿標距長度500mm范圍內(nèi)的水平位移。固定式測斜儀可多支串聯(lián)組裝，亦可布設(shè)為一個測量單元獨立工作，并可回收重復使用。固定式測斜儀能方便地實現(xiàn)傾斜測量自動化。軟件亦接入華測自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺。

（2）施工安裝

測斜管的埋設(shè)的方法采用鉆機鉆孔。鉆孔：采用工程鉆探機，采用φ108mm鉆頭鉆孔，為了使管子順利地完裝到位一般都需比安裝深度深一些，它的原則是每10m多鉆深0.5m，以此類推。

清孔：鉆頭鉆到預定位置后，不要立即提鉆，需把泵接到清水里向下灌清水，直至泥漿水變成清混水為止，再提鉆后立即安裝。

測斜管埋設(shè)：測斜管的安裝質(zhì)量是測試效果的關(guān)鍵，管子一般長度為2m/根，連接的方法是采用插入連接法。管子安裝到位后，需要調(diào)正方向后才能回填。露在地表上的測斜管要注意做好保護，蓋上管蓋，防止物體落入。安裝完成后的測斜管要先用模擬測斜儀試放，保證模擬測斜儀順測斜管能順暢通過。

2.3 自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺

監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺軟件是由上海某公司針對滑坡、泥石流特征開發(fā)的系統(tǒng)軟件。該監(jiān)測軟件web端為B/S架構(gòu)設(shè)計，通過網(wǎng)頁即可查詢監(jiān)測情況；軟件功能多樣化，有表面位移監(jiān)測、內(nèi)部位移監(jiān)測、水位監(jiān)測等19個監(jiān)測項目，用戶可根據(jù)具體情況在系統(tǒng)管理中選擇功能項目；軟件中監(jiān)測變化數(shù)據(jù)將直觀的用曲線的顯示出來。

監(jiān)測系統(tǒng)能自動采集數(shù)據(jù)、變形自動分析、自動預報預警、自動給出單次和累計測量數(shù)據(jù)動態(tài)曲線圖及變形速率變化動態(tài)曲線圖，并可對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歷史回放、趨勢分析等。

根據(jù)監(jiān)測體的類型、設(shè)計限差等設(shè)置不同級別的報警參數(shù)，自動評估監(jiān)測體的安全狀況，按預先設(shè)定的時間系統(tǒng)自動生成各監(jiān)測手段的報表，同時通過短信、郵件等方式自動發(fā)給相關(guān)人員。

3 監(jiān)測點布設(shè)及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 表面位移自動監(jiān)測分析

（1）監(jiān)測點位布置

根據(jù)本項目實際情況結(jié)合設(shè)計方案布設(shè)點位，共設(shè)計7個監(jiān)測點+1個基準點，GNSS監(jiān)測點選址應滿足監(jiān)測要求。由于施工階段影響，監(jiān)測點布設(shè)在已成型平臺上?，F(xiàn)階段已完成3個地表自動監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集（114m平臺一個，90m平臺兩個監(jiān)測點），編號分別為GNSS1、GNSS2、GNSS3，并在滑坡區(qū)外布設(shè)了一個基準點（JZ01），如圖3所示。

圖3 表面位移與深部位移監(jiān)測點位布置圖Fig.3 Arrangement diagram of monitoring points of surface displacement and deep displacement

（2）數(shù)據(jù)及分析

監(jiān)測點GNSS1、GNSS2、GNSS3于2017年11月4日開始取得數(shù)據(jù)，每間隔一小時采集一次數(shù)據(jù)，截至2018年1月12日，監(jiān)測點GNSS1 GNSS2 GNSS3水平方向累計位移分別為1.2mm 0.8mm 1.4mm，垂直方向累計位移為1.0mm 0.6mm -1.6mm。總的來說，數(shù)據(jù)變化值較小，很多變化點可能是由于設(shè)備的系統(tǒng)誤差形成的。

從地表自動監(jiān)測點位移—時間曲線（水平位移）來看（見圖4a），監(jiān)測期間最大水平位移量不超過8mm，數(shù)據(jù)最大值未超過預警值（設(shè)計報警值為30mm）。從地表自動監(jiān)測點位移—時間曲線（垂直位移）來看（見圖4b），數(shù)據(jù)在曲線水平軸上下擺動，監(jiān)測期間最大垂直位移量不超過14mm。

圖4 地表監(jiān)測點位移-時間曲線（垂直位移）Fig.4 Surface monitoring points displacement - time curve

3.2 深部位移自動監(jiān)測分析

（1）監(jiān)測點位布置

根據(jù)邊坡的主滑方向，共布設(shè)2個深部位移自動化監(jiān)測點，一個點位于66平臺，另一個點位于58平臺下部，編號分別為：Inmv4，Inmv1，于2017年10月24日組網(wǎng)成功，并開始接收數(shù)據(jù)。監(jiān)測點點位布置如圖3。

（2）數(shù)據(jù)及分析

監(jiān)測點Inmv1，Inmv4每間隔一小時采集一次數(shù)據(jù)，截止2018年1月12日20:00，監(jiān)測點Inmv1最大累計位移出現(xiàn)在20m孔深處，最大位移量為-2.3mm，監(jiān)測點Inmv4最大累計位移均較小，這些數(shù)據(jù)均未超過報警值(監(jiān)測報警值為±5mm·15m-1)。見表1。

從監(jiān)測點Inmv1、Inmv4時間—位移曲線看（圖5）：12月中旬開始，深部位移孔Inmv1在10m深度開始出現(xiàn)較小的位移，位移量均未超過4mm，其余深度在監(jiān)測時段內(nèi)均未出現(xiàn)明顯位移；位移孔Inmv1在10m、20m深度有較小位移量。

表1 深部位移監(jiān)測點不同深度位移量Table 1 Displacement of deep displacement monitoring point in different depth

圖5 監(jiān)測點不同深度時間—位移曲線Fig.5 Time-displacement curve of different depth in monitoring points

4 結(jié)語

邊坡位移自動監(jiān)測系統(tǒng)在本項目中的應用，實現(xiàn)了全天候監(jiān)測預警，大大減輕了測量人員的工作量，減少數(shù)據(jù)處理等過程中的錯誤。

總體來看，監(jiān)測點數(shù)據(jù)在監(jiān)測期內(nèi)較為穩(wěn)定，表面位移監(jiān)測點及深部位移監(jiān)測點位移量均在設(shè)計允許范圍內(nèi)，位移無整體變大，曲線無明顯上翹，滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性較好，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)成果及現(xiàn)場經(jīng)驗，對今后其他山體滑坡施工及監(jiān)測提出如下建議：（1）在山體滑坡施工過程中，即使采用自動監(jiān)測系統(tǒng)，遇到臺風或強降雨天氣或出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時也要加強對山體巡視、觀察，繼續(xù)開展對滑坡的群測群防工作，密切關(guān)注滑坡體的變形趨勢；（2）監(jiān)測結(jié)果的輸出表現(xiàn)形式需要進一步優(yōu)化，特別是需要減少系統(tǒng)誤差對監(jiān)測結(jié)果的影響，或者通過對數(shù)據(jù)結(jié)果的處理減少曲線圖上的微小波動；（3）在山體滑坡施工過程中應注意對監(jiān)測單位布設(shè)的監(jiān)測點保護，以免使變形值產(chǎn)生人為因素影響，使監(jiān)測數(shù)據(jù)能真正反映坡體變形實際狀況。