覃 事 河，周 全

(1.國(guó)電大渡河金川水電建設(shè)有限公司，四川 阿壩 624100；2.四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

1 概 況

滑坡體位于大渡河猴子巖水電站庫(kù)區(qū)，地處四川省甘孜藏族自治州丹巴縣格宗鄉(xiāng)開繞村大渡河右岸溪火溝(下游側(cè))與雜交溝(上游側(cè))之間。大渡河在該段總體凸向右岸，至S66°W流入滑坡體上游，再以S48°E流經(jīng)滑坡體前緣，以S70°E流出。下游溪火溝切割較深，上游雜交溝切割較淺。猴子巖水電站庫(kù)區(qū)省道211復(fù)建公路從該滑坡體中部1 860 m高程附近穿過，公路外側(cè)為3～10 m高的混凝土擋墻。滑坡體沿省道211復(fù)建公路長(zhǎng)約480 m，頂部高程為2 080 m，底部高程約1 840 m或更低，體積約450萬m3。高程2 080 m以上天然坡度約為45°～51°，植被發(fā)育稀疏。高程2 080 m以下一般為33°～40°，植被發(fā)育?；麦w下游側(cè)地形上為一突出山脊，溝梁相間，地形不完整，下游側(cè)沖溝切割相對(duì)較深，溝槽切割5～12 m，溝內(nèi)有崩坡積塊碎石?；麦w上游側(cè)沖溝切割不明顯，為一相對(duì)淺凹槽地形，地形相對(duì)完整。

該滑坡體上部為崩坡積堆積層，基巖巖性為綠片巖夾千枚巖，公路附近基巖巖層產(chǎn)狀N10°～30°W/NE∠40°～55°，走向與該庫(kù)段坡向基本一致，為順向邊坡。微新綠片巖、千枚巖為較軟巖，而強(qiáng)風(fēng)化或強(qiáng)卸荷綠片巖、千枚巖多為軟巖。滑坡體區(qū)域位置示意及巖層結(jié)構(gòu)見圖1。

2017年11月下旬，滑坡體下游沖溝部位公路外側(cè)擋墻及內(nèi)側(cè)坡面出現(xiàn)變形跡象。隨后，猴子巖公司立即組織設(shè)計(jì)單位開展了詳細(xì)的裂縫普查、地質(zhì)測(cè)繪及應(yīng)急處治施工，并按照大渡河智慧企業(yè)預(yù)警決策管控體系引入多種智能監(jiān)測(cè)手段管控滑坡體風(fēng)險(xiǎn)。2018年2月10日至14日，該滑坡體出現(xiàn)明顯滑移，因科學(xué)監(jiān)測(cè)、成功預(yù)警且措施到位，未造成任何傷亡事件。

圖1 滑坡體區(qū)域位置示意及巖層結(jié)構(gòu)圖

2 智能監(jiān)測(cè)手段

按照大渡河智慧企業(yè)預(yù)警決策管控體系[1]，采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化)、三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)、微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)等多種智能手段監(jiān)測(cè)預(yù)警，并與傳統(tǒng)的高精度全站儀監(jiān)測(cè)成果對(duì)比分析。為了綜合利用各監(jiān)測(cè)手段，監(jiān)測(cè)斷面總體上按照“四橫四縱”布置，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散于不同部位、不同高程，既滿足監(jiān)測(cè)范圍覆蓋整個(gè)滑坡區(qū)域，又便于監(jiān)測(cè)成果的系統(tǒng)性分析。同時(shí)，結(jié)合滑坡區(qū)域淺表層變形狀況，對(duì)主變形區(qū)適當(dāng)加密，次變形區(qū)適當(dāng)減弱。另外，還兼顧了不同監(jiān)測(cè)手段之間的相互驗(yàn)證，以提高監(jiān)測(cè)成果的可靠度。

2.1 高精度全站儀監(jiān)測(cè)

滑坡區(qū)域共布設(shè)表面變形監(jiān)測(cè)墩24個(gè)，滑坡區(qū)域外布設(shè)水平位移工作基點(diǎn)4個(gè)，工作基點(diǎn)組成大地四邊形網(wǎng)。由于受地形條件限制，觀測(cè)方法采用極坐標(biāo)法。測(cè)量?jī)x器選用徠卡TM30全站儀，按二等邊角測(cè)量精度觀測(cè)，平差計(jì)算采用專用平差軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，部分棱鏡直接安裝在觀測(cè)墩上。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)分兩次布設(shè)，第一次沿省道211復(fù)建公路附近布設(shè)外部變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)9個(gè)，于2017年12月14日開始觀測(cè)。第二次在邊坡上增設(shè)外部變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)15個(gè)，于2018年1月29日開始觀測(cè)。觀測(cè)頻次為24小時(shí)一次，變形加劇期間可適當(dāng)加密觀測(cè)頻次。

2.2 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化)

滑坡區(qū)域共布設(shè)GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化測(cè)點(diǎn)6個(gè)，變形區(qū)域外穩(wěn)定基巖處布設(shè)GNSS基準(zhǔn)站1個(gè)，搜星效果較好。數(shù)據(jù)觀測(cè)采用靜態(tài)測(cè)量模式，24小時(shí)連續(xù)觀測(cè)，能達(dá)到每30分鐘解算1次。儀器設(shè)備采用徠卡GM10接收機(jī)和AR10天線，供電系統(tǒng)采用180W太陽(yáng)能板和12V150AH膠體蓄電池供電，通過4G無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳送到15公里外的辦公室，借助互聯(lián)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、查看、下載和分析數(shù)據(jù)。

2018年1月上旬，啟動(dòng)GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化預(yù)測(cè)預(yù)警工作。為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量、穩(wěn)定性以及與高精度全站儀監(jiān)測(cè)成果對(duì)比分析，仍選用24小時(shí)的數(shù)據(jù)量進(jìn)行解算。變形加劇期間，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析頻次，作為滑坡體變形趨勢(shì)分析。

2.3 三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，可以快速地獲得被測(cè)物體表面密集的、全面的、關(guān)聯(lián)的、連續(xù)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)。因此，也被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”[2-4]。利用三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)可精確獲取該滑坡體的整體空間信息，通過不同時(shí)間段空間信息的數(shù)據(jù)掃描采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、融合、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等處理。最后，通過空間差值算法計(jì)算滑坡體不同間隔時(shí)間段的變形量值，從而達(dá)到了解滑坡體三維變形時(shí)空演化規(guī)律、掌握滑坡體主要變形區(qū)域和變形速率的目的。儀器設(shè)備采用奧地利瑞格公司生產(chǎn)的VZ-400三維激光掃描儀，掃描方式為沿省道211復(fù)建公路自下游往上游依次架站掃描，累計(jì)布設(shè)測(cè)站20個(gè)，原則上，每7天對(duì)滑坡區(qū)域全方位掃描一次。

2.4 微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

微芯樁智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由微芯采集終端、微芯測(cè)站、isafety云平臺(tái)、手機(jī)客戶端等部分構(gòu)成。應(yīng)用于該工程的微芯樁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件包含微芯樁14個(gè)、一桿式采集測(cè)站1個(gè)、應(yīng)急式測(cè)站1臺(tái)，軟件包括iSafety云平臺(tái)、工程安全衛(wèi)士APP等。在滑坡體表面布設(shè)整套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成整個(gè)滑坡體的傾斜監(jiān)測(cè)、傾向監(jiān)測(cè)、震動(dòng)監(jiān)測(cè)。通過位移、傾角、振動(dòng)指標(biāo)判斷邊坡是否發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，并評(píng)價(jià)測(cè)點(diǎn)所處區(qū)域發(fā)生垮塌的可能性。當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過預(yù)警值后，放置于現(xiàn)場(chǎng)的便攜式裝置就會(huì)立即報(bào)警預(yù)警，手機(jī)客戶端也會(huì)同步發(fā)出預(yù)警提示。微芯樁主要安裝在孤石群區(qū)域，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大孤石震動(dòng)與滑移情況。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 高精度全站儀監(jiān)測(cè)成果分析

根據(jù)2017年12月14日至2018年6月21日期間的監(jiān)測(cè)成果[5]，滑坡體的變形過程大致可分為以下五個(gè)階段：2017年12月14日至2018年1月17日期間為變形初始階段，日變形量均在20 mm以內(nèi)。2018年1月18日至2月8日期間為變形加速階段，截至2月3日，大于50 mm/d的監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)。2月8日，最大水平位移163 mm/d，最大沉降量294 mm/d。2月9日至2月22日期間為滑移變形階段，其中，2月9日，最大水平位移357 mm/d，最大沉降量630 mm/d。2月11日，最大水平位移3 101 mm/d，最大沉降量4 792 mm/d，為變形的最高峰值。隨后，日變形量稍有回落但量值依然較大，其中，2月16日，最大水平位移858 mm/d，最大沉降量938 mm/d。2月22日，最大水平位移235 mm/d，最大沉降量273 mm/d。2月22日至3月31日期間為變形趨緩階段，多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變形量在數(shù)十毫米，少數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變形量超過100 mm。截至3月13日，各測(cè)點(diǎn)變形量均小于50 mm/d。截至3月25日，各測(cè)點(diǎn)變形量均小于20 mm/d。4月1日實(shí)行應(yīng)急管制通行以來的持續(xù)變形階段，滑坡體總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但受汛期降雨等因素影響，滑坡體變形速率略有增大，日變形值集中在20～30 mm/d之間。

結(jié)合累計(jì)位移曲線分析，位移量超過10 m的測(cè)點(diǎn)11個(gè)，方向主要為垂直河道略偏向下游，且位移超過10 m的測(cè)點(diǎn)日變形最大值均發(fā)生在2018年2月11日，說明邊坡在當(dāng)日發(fā)生大規(guī)?；疲c滑坡體實(shí)際情況吻合。另外，監(jiān)測(cè)成果表明最大變形測(cè)點(diǎn)為滑坡體后緣的TP15測(cè)點(diǎn)，該點(diǎn)的累計(jì)水平合位移達(dá)18 383.1 mm，沉降量達(dá)23 972.3 mm，而滑坡前緣變形相對(duì)較小，說明滑坡體以后緣變形為主，向河床側(cè)滑移，前緣向河床側(cè)擠壓變形。特征點(diǎn)在河床臨空向與垂直方向的累計(jì)位移曲線見圖2。

注：Y表示垂直于臨空面，當(dāng)Y為正時(shí)，表示向臨空面(河中心方向)位移；H表示垂直方向，當(dāng)H為正時(shí)，表示沉降圖2 特征點(diǎn)在河床臨空向與垂直方向的累計(jì)位移曲線

3.2 GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化成果分析

2018年1月6日至2018年6月21日期間，滑坡體的監(jiān)測(cè)成果見表1。

表1 GNSS監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表 /mm

從表1可以看出，2018年1月6日至2018年6月21日期間，除GPS-3(布設(shè)于滑坡范圍外山體頂部)外，其他測(cè)點(diǎn)均發(fā)生了顯著位移。GPS-5測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量最大，其水平合位移12 489.1 mm，沉降量1 0432.9 mm。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的日變形峰值均出現(xiàn)在2018年2月11日，與全站儀監(jiān)測(cè)成果吻合。GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化成果客觀反映了滑坡體在變形初期、加速、滑移等各個(gè)階段的變形規(guī)律。

3.3 三維激光掃描監(jiān)測(cè)成果分析

將首期三維激光掃描成果與第16期(2018年6月21日)三維激光掃描成果進(jìn)行對(duì)比[6]，結(jié)果表明：滑坡區(qū)域外的參照物(如頂部鐵塔等不動(dòng)區(qū)域)完全吻合，說明三維激光掃描監(jiān)測(cè)精度滿足邊坡三維變形監(jiān)測(cè)分析要求。

采用三維網(wǎng)格重建技術(shù)，對(duì)三維掃描點(diǎn)云進(jìn)行三維模型重建，利用空間差值算法對(duì)兩期數(shù)據(jù)進(jìn)行差值處理。計(jì)算表明，截至2018年6月21日，滑坡體最大變形點(diǎn)發(fā)生在下游I區(qū)后緣頂部，累計(jì)滑移18.16 m，滑坡方向?yàn)榇怪焙拥缆云蛳掠巍Ｏ啾雀呔热緝x外觀監(jiān)測(cè)成果，三維激光掃描成果在同一位置的變形量值一致，變形程度最大的區(qū)域位置接近，均為滑坡后緣頂部。

對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，2018年1月27日至2018年3月25日期間，該滑坡體經(jīng)歷了復(fù)雜的大變形過程。3月26日至6月21期間變化率較小，但整個(gè)滑坡區(qū)域仍然可以分為破壞較為嚴(yán)重的下游I區(qū)與破壞程度相對(duì)較輕的上游Ⅱ區(qū)，Ⅰ區(qū)后緣與側(cè)緣滑面基本貫通，上游Ⅱ區(qū)后緣大部分貫通，側(cè)緣靠上游側(cè)未貫通?；麦w整體滑移后，原始邊坡遭到破壞，邊坡形態(tài)發(fā)生改變，與滑坡體現(xiàn)狀高度吻合。

3.4 微芯樁監(jiān)測(cè)成果分析

滑坡體變形初期至2018年6月期間，微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)成功預(yù)警險(xiǎn)情6次。

微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在該滑坡體中起到了至關(guān)重要的作用。其中，滑坡體整體滑移前的2018年2月8日，微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)感知較大傾斜，提前發(fā)出警報(bào)，及時(shí)撤出滑坡范圍內(nèi)先期用于應(yīng)急搶險(xiǎn)的機(jī)械設(shè)備與物資材料。應(yīng)急管制通行期間的2018年6月19日14時(shí)40分，微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)再次感知處在滑坡后緣的2號(hào)微芯樁連續(xù)發(fā)生較大振動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)值班人員立即封閉省道211交通要道。約3分鐘后，滑坡產(chǎn)生大量滾石，部分石頭滾落至路面。

4 結(jié) 語(yǔ)

監(jiān)測(cè)成果表明：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)與三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)等智能監(jiān)測(cè)手段揭示的變形規(guī)律與高精度全站儀監(jiān)測(cè)規(guī)律一致。不同監(jiān)測(cè)手段之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。盡管多種監(jiān)測(cè)手段在滑坡體監(jiān)測(cè)預(yù)警管控系統(tǒng)中均發(fā)揮了科學(xué)監(jiān)測(cè)、成功預(yù)警的作用，但優(yōu)劣勢(shì)明顯：高精度全站儀監(jiān)測(cè)精度高、成本低，但通視條件要求較高，易受地理?xiàng)l件、氣候條件等因素影響，臨滑階段的安全風(fēng)險(xiǎn)突出。該工程中，因提前將棱鏡固定在觀測(cè)墩上，消除了監(jiān)測(cè)人員進(jìn)出滑坡區(qū)域的安全隱患。GNSS監(jiān)測(cè)自動(dòng)化不受地面通視條件和距離限制，自動(dòng)化程度高，可全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)，作業(yè)人員無需經(jīng)常出入作業(yè)區(qū)。因此，臨滑階段的安全得到了保障。若GNSS信號(hào)受到地形地貌影響，監(jiān)測(cè)精度將降低。但隨著北斗技術(shù)的迅速發(fā)展，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度和可靠性將不斷提高，在水電工程滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用也會(huì)越廣泛。三維激光掃描技術(shù)具有非接觸測(cè)量、高采樣率、高分辨率、數(shù)字化采集等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，采樣點(diǎn)數(shù)多，可形成一個(gè)基于三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散三維模型數(shù)據(jù)場(chǎng)，可有效地避免以往基于變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果中所帶有的局部性和片面性，有利于滑坡體整體判斷與分析。其劣勢(shì)為如遇植被茂盛邊坡會(huì)對(duì)精度帶來一定影響，且設(shè)備較為昂貴，在一定程度上限制了該技術(shù)的普及使用。微芯樁監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具有無線傳輸、無需外部供電、安裝簡(jiǎn)便、無需配備機(jī)房中控設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)實(shí)時(shí)信息查詢，有助于參建各方協(xié)同管理。特別是孤石群或危巖體上的微芯樁，能全天候24小時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)局部區(qū)域危巖塊體的穩(wěn)定性，發(fā)揮了“哨兵”作用。

針對(duì)不同類型的滑坡體，采用單一監(jiān)測(cè)手段或多種智能監(jiān)測(cè)手段，需結(jié)合周邊環(huán)境、精度要求、安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)性等綜合分析。但隨著智慧產(chǎn)業(yè)的不斷深化發(fā)展以及在水電工程中的普及，智能監(jiān)測(cè)也是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

該工程中，綜合應(yīng)用多種智能手段有助于提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)監(jiān)測(cè)和成功預(yù)警，為滑坡體的風(fēng)險(xiǎn)管控提供了保障，可為類似工程的應(yīng)急管理提供參考和借鑒。