（中冶（貴州）建設(shè)投資發(fā)展有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550003）

一、前言

貴州省地貌多以山地為主，地形多變、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、部分地區(qū)巖質(zhì)松軟且含水量高，高速公路設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)期路塹高邊坡的安全，必須采取技術(shù)措施對(duì)路塹高邊坡進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

已有的路塹高邊坡主要進(jìn)行三方面內(nèi)容的監(jiān)測(cè)：一是地表位移監(jiān)測(cè)，通過全站儀、光電測(cè)距儀進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，通過水準(zhǔn)儀進(jìn)行垂直變形監(jiān)測(cè)，通過標(biāo)樁、直尺或裂縫針進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，達(dá)到觀測(cè)地表位移、變形的目的；二是通過測(cè)斜儀進(jìn)行地下深部位移監(jiān)測(cè)，達(dá)到探測(cè)相對(duì)于穩(wěn)定地層的地下巖體位移，證實(shí)和確定正在發(fā)生位移的構(gòu)造特征，確定潛在滑動(dòng)面深度，判斷滑動(dòng)方向，定量分析評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定狀況，評(píng)判邊坡加固效果的目的；三是通過人工測(cè)量進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)，達(dá)到觀測(cè)地下水位變化與降雨關(guān)系，評(píng)判邊坡排水措施的有效性的目的。

中冶（貴州）建設(shè)投資發(fā)展有限公司聯(lián)合北京浩坤科技有限公司以工程設(shè)計(jì)圖紙要求及《建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告》內(nèi)容為依據(jù)，在對(duì)貴州三施高速、三荔高速、紫望高速公路全線地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感器子系統(tǒng)（傳感器、采集儀）、通訊子系統(tǒng)（無線和有線通訊方式）、供電防雷子系統(tǒng)（太陽(yáng)能供電或市電供電）、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析）、大數(shù)據(jù)云平臺(tái)系統(tǒng)等，綜合運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)監(jiān)測(cè)手段，建立起一套地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)路塹高邊坡進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

二、工藝原理及特點(diǎn)

（一）工藝原理

根據(jù)高邊坡地質(zhì)勘查資料進(jìn)行科學(xué)的測(cè)點(diǎn)布設(shè)，通過測(cè)點(diǎn)傳感器系統(tǒng)（拉線式位移傳感器、激光測(cè)距傳感器、測(cè)斜儀、數(shù)據(jù)采集儀、雨量計(jì)、土壤水分計(jì)）進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，采集影響公路安全的感應(yīng)器信息匯總到中心軟件處理平臺(tái)進(jìn)行云計(jì)算自動(dòng)分析，迅速、及時(shí)評(píng)估邊坡安全,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安全動(dòng)態(tài)，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員迅速做出應(yīng)對(duì)措施，真正實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)控的目標(biāo)。

（二）工藝特點(diǎn)

1.全天候監(jiān)控。通過傳感器子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)、供電防雷子系統(tǒng)三者結(jié)合，對(duì)重大危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，能有效避免人工測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)控。

2.數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確。利用數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)分析各類傳感器采集的技術(shù)，并進(jìn)行預(yù)報(bào)報(bào)警及趨勢(shì)分析，從而指導(dǎo)施工，動(dòng)態(tài)修正邊坡支護(hù)參數(shù)，確保施工及運(yùn)營(yíng)安全。

3.提前預(yù)警。利用數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)，通過閾值的設(shè)置，做到有任何問題能夠第一時(shí)間報(bào)警，及時(shí)排除隱患疏導(dǎo)人流，避免可能出現(xiàn)的重大安全事故。

三、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

圖1 無線GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器系統(tǒng)框圖

（一）施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)點(diǎn)布置→設(shè)備安裝→設(shè)備調(diào)試→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)分析→數(shù)據(jù)反饋→動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

（二）操作要點(diǎn)

1.施工準(zhǔn)備

測(cè)量準(zhǔn)備：實(shí)地查看現(xiàn)場(chǎng)情況，確定每個(gè)傳感器、數(shù)據(jù)采集箱支架安裝位置及太陽(yáng)能電池板朝向，計(jì)算拉線位移計(jì)、激光位移傳感器、傾角測(cè)斜儀及雨量計(jì)線纜長(zhǎng)度。

材料、機(jī)具準(zhǔn)備：提前準(zhǔn)備好安裝用的器具，扶梯、十字鎬、安裝設(shè)備等通過人工搬運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，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(shè)備基礎(chǔ)施工：根據(jù)測(cè)量確定的安裝位置在平臺(tái)位置利用鐵鍬、十字鎬等工具施工太陽(yáng)能支架基礎(chǔ)并預(yù)埋錨栓，澆筑或砌筑50cm×50cm×40cm的水泥墩4個(gè)作為拉線位移計(jì)、激光測(cè)距儀、雨量計(jì)、傾角測(cè)斜儀的設(shè)備基礎(chǔ)。

施工人員崗前培訓(xùn)：施工前，對(duì)所有項(xiàng)目部管理人員、現(xiàn)場(chǎng)指揮人員、作業(yè)人員等實(shí)行“三級(jí)安全培訓(xùn)教育”，著重進(jìn)行施工安全知識(shí)的講解與案例分析，切實(shí)提高安全意識(shí)。所有施工人員未經(jīng)考核合格不得上崗。項(xiàng)目部選派考核合格、有豐富經(jīng)驗(yàn)的職工擔(dān)任駐站聯(lián)絡(luò)員，負(fù)責(zé)調(diào)度聯(lián)系。

2.測(cè)點(diǎn)布置

實(shí)地查看安裝現(xiàn)場(chǎng)情況，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，結(jié)合邊坡的總體布局及邊坡施工交叉影響，結(jié)構(gòu)安全為關(guān)注重點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)點(diǎn)布置。

拉線式位移傳感器、激光位移傳感器、傾角測(cè)斜儀、數(shù)據(jù)采集箱按組布置，布置在邊坡平臺(tái)上，一般同一級(jí)平臺(tái)布置每隔50m布置一組，輻射上一級(jí)平臺(tái)。

雨量計(jì)布置在邊坡穩(wěn)定開闊處。

傾角測(cè)斜儀布置在混凝土支擋結(jié)構(gòu)或邊坡平臺(tái)上。

土壤水分計(jì)插入滑坡體中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部含水量。

報(bào)警燈為磁鐵吸附式可安裝在數(shù)據(jù)采集箱上。

3.設(shè)備安裝

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

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

將雨量計(jì)、傾角測(cè)斜儀、激光測(cè)距儀分別利用手電鉆打孔安裝于水泥墩觀測(cè)樁，確保安裝穩(wěn)固可靠。

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

各傳感器及太陽(yáng)能供電系統(tǒng)接線準(zhǔn)備工作完成后介入采集箱內(nèi)。供電利用太陽(yáng)能220V電源接入，進(jìn)行AD/DC轉(zhuǎn)換后對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電。

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

4.設(shè)備調(diào)試

所有線纜均接入采集箱后現(xiàn)場(chǎng)查看各傳感器指示燈確保所有傳感器處于工作狀態(tài)。利用萬(wàn)能表查看各設(shè)備電壓電流確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。安裝完畢后先連接調(diào)試用的PC電腦，打開專用軟件，選擇調(diào)試功能，輸入相關(guān)參數(shù)查看電腦的數(shù)據(jù)。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)查看服務(wù)器數(shù)據(jù)是否有異常。如數(shù)據(jù)正常則拆下電腦，該系統(tǒng)調(diào)試完畢。如數(shù)據(jù)不正常，查看數(shù)據(jù)線是否連接正確，數(shù)據(jù)線連接正確數(shù)據(jù)仍不正常則拆下設(shè)備返廠維修檢查。

電腦或者手機(jī)有互聯(lián)網(wǎng)的前提下登錄服務(wù)商云平臺(tái)系統(tǒng)，查看實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并設(shè)置報(bào)警參考值。使用人工干預(yù)的方式使采集數(shù)據(jù)超過警戒線并查看報(bào)警情況是否正常，數(shù)據(jù)報(bào)警異常的情況發(fā)生后及時(shí)查找分析報(bào)警原因并解決問題。

圖2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)項(xiàng)目部信號(hào)接收裝置及顯示屏（顯示器）進(jìn)行連接后查看數(shù)據(jù)接收及顯示情況。

5.數(shù)據(jù)采集

本項(xiàng)目采用各類傳感器的監(jiān)測(cè)方式。利用傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)邊坡現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的安全狀況做出準(zhǔn)確、直觀判斷。傳感器采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集箱、DTU等設(shè)備通過移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺(tái)，通過登陸了云平臺(tái)可實(shí)時(shí)查看各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

6.數(shù)據(jù)處理

服務(wù)端與設(shè)備通信采用xsocket接收，服務(wù)器后臺(tái)配置多個(gè)數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)庫(kù)以主從形式配置，確保數(shù)據(jù)安全，提升數(shù)據(jù)讀寫效率。系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)采樣highcharts,能快速、簡(jiǎn)單的做出各種諸如柱狀圖、餅狀圖、曲線圖等多種形式的統(tǒng)計(jì)圖或者走勢(shì)圖，跨語(yǔ)言跨平臺(tái)支持多種瀏覽器，數(shù)據(jù)靈活。

7.數(shù)據(jù)反饋

經(jīng)系統(tǒng)處理完成的數(shù)據(jù)，在聯(lián)網(wǎng)的情況下，在任何時(shí)間、地點(diǎn)可通過網(wǎng)頁(yè)登錄云平臺(tái)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)查看?？稍O(shè)置警戒值，超過警戒值自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警方式為以下三種：聲光一體報(bào)警；軟件數(shù)據(jù)紅色報(bào)警；短信群發(fā)報(bào)警（可設(shè)置10人手機(jī)號(hào)碼）。

8.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

觀測(cè)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，通過高邊坡監(jiān)控加強(qiáng)施工地質(zhì)工作，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋情況適當(dāng)修改完善設(shè)計(jì)。在施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況與圖紙不符，及時(shí)與監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行校核、修改和補(bǔ)充。

四、保證措施

根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定、條例，結(jié)合施工單位實(shí)際情況和工程的具體特點(diǎn)，組成專職安全員和班組兼職安全員及工地負(fù)責(zé)人參加的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級(jí)人員的職責(zé)。

施工現(xiàn)場(chǎng)按符合防火、防風(fēng)、防雷、防洪、防觸電等安全規(guī)定及安全施工要求進(jìn)行布置，并完善布置各種安全標(biāo)識(shí)。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。針對(duì)預(yù)案措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行交底，制定發(fā)生災(zāi)害后的現(xiàn)場(chǎng)處置預(yù)案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處置預(yù)案演練，明確發(fā)生警報(bào)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)撤離指揮人員、撤離路線、現(xiàn)場(chǎng)急救措施、傷員急救措施等。安排專人每天對(duì)坡頂及坡面級(jí)設(shè)備進(jìn)行檢查，必須保證傳感器的拉線在布設(shè)途徑上無雜物干擾、打結(jié)或松弛現(xiàn)象。

五、應(yīng)用實(shí)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(jí)挖方邊坡

1.工程概況

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

圖3 K18+600～K18+900左側(cè)邊坡立面設(shè)計(jì)圖

2.施工情況

工程施工過程中，嚴(yán)格按照“逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù)”進(jìn)行施工，將雨量計(jì)布置在邊坡開闊地帶，每施工兩級(jí)邊坡平臺(tái)，立即安裝拉線式位移傳感器、激光測(cè)距傳感器、測(cè)斜儀、數(shù)據(jù)采集儀、土壤水分計(jì)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)控。

3.工程監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果

采用高邊坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后，2017年12月6日12時(shí)左右，施工第四級(jí)邊坡時(shí)，滑坡自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀發(fā)出預(yù)警，項(xiàng)目部立即響應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)所有人員全部撤離，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)勘查后，初步判定該邊坡存在重大風(fēng)險(xiǎn)隱患，通過及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)及方案，成功避免了一起重大安全事故的發(fā)生，施工安全處于可控狀態(tài)。

（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(cè)挖方五級(jí)邊坡

1.工程概況

K39+600～K39+820左側(cè)挖方五級(jí)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(jí)邊坡高度10m，平臺(tái)寬2m，邊坡坡率1:0.75～1:1，采用灌木護(hù)坡和框架錨索進(jìn)行坡面防護(hù)。其中第一二三級(jí)邊坡坡率為1:0.75，第四季為1:1，第二三級(jí)設(shè)框架錨索，其余為灌木護(hù)坡。

圖4 K39+600-K39+820左側(cè)邊坡立面設(shè)計(jì)圖

2.施工情況

工程施工過程中，嚴(yán)格按照“逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù)”進(jìn)行施工，四級(jí)五級(jí)邊坡施工完成后將雨量計(jì)布置在邊坡平臺(tái)處，立即安裝拉線式位移傳感器、激光測(cè)距傳感器、傾角測(cè)斜儀、數(shù)據(jù)采集箱、土壤水分計(jì)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)控。

3.工程監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果

采用高邊坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后，錨索框架梁及時(shí)施工，確保了邊坡穩(wěn)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(huán)山，通過地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估為二級(jí)，嚴(yán)重威脅著項(xiàng)目部人員及設(shè)施安全。

2.測(cè)點(diǎn)布置

結(jié)合邊坡的總體布局，考慮在邊坡的各個(gè)位置，以有效性為前提，重點(diǎn)對(duì)傾斜、橫縱向位移、降雨量、環(huán)境及土壤溫濕度變化為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

3.工程監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，邊坡在2017年汛期出現(xiàn)過1次報(bào)警情況，在大雨傾盆的夜晚，項(xiàng)目部人員在聽到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)警報(bào)聲響起后，項(xiàng)目部人員在門衛(wèi)值班人員的提醒下，撤離了駐地，派人觀測(cè)邊坡狀況，聯(lián)系后方單位分析數(shù)據(jù)，經(jīng)觀察及數(shù)據(jù)對(duì)比，雨量超過報(bào)警值導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警，在排除隱患后才返回項(xiàng)目部，保障了項(xiàng)目部人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全。

六、結(jié)語(yǔ)

路塹高邊坡施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前施工與大數(shù)據(jù)結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)方式相比，能最大限度的節(jié)約勞動(dòng)量，且消除了人工監(jiān)測(cè)的誤差，提前進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警，將危險(xiǎn)消于萌芽狀態(tài)，確保了施工人員及財(cái)產(chǎn)安全。由于在數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、預(yù)警等功能上優(yōu)勢(shì)明顯，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

駐地邊坡測(cè)點(diǎn)布置圖