何 領(lǐng) 軍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

開頂滑坡體位于四川省丹巴縣格宗鄉(xiāng)開繞村格宗背斜的北東翼，距離猴子巖水電站壩址約15 km，S211省道從滑坡體下通過，道路以下為猴子巖水電站水庫?；麦w地區(qū)為高山峽谷地貌，地形呈西高東低，總體向大渡河傾斜，自然地面橫坡坡角為30°～35°?；麦w沿S211省道橫河方向?qū)挾燃s為460 m，順河方向長490 m，滑坡體分布高程為2 080～1 840 m，滑坡體淺表部分為崩坡積層大孤石和碎石土，下伏基巖為志留系綠片巖、含有千枚巖，初步分析推測滑坡體變形機(jī)制為基巖順層滑移拉裂破壞，滑動斷層深度約25 m，滑坡體前緣高程位于庫水位以下，總體積約為400萬m3。

2 開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的布置

2017年8月，猴子巖水電站巡庫人員發(fā)現(xiàn)開頂區(qū)域高擋墻出現(xiàn)變形， 11月后變形增大，省道路面與路肩墻間裂縫變大，路面出現(xiàn)多條縱向裂縫與斜向裂縫。為監(jiān)測開頂滑坡體的變形情況，2017年11月底，水電七局安全監(jiān)測項(xiàng)目部開始在開頂滑坡體建設(shè)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)，2017年12月完成GNSS土建工作，2018年1月6日，GNSS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)投入運(yùn)行。

開頂GNSS監(jiān)測系統(tǒng)共布置6個(gè)GNSS測點(diǎn)和一個(gè)基準(zhǔn)站，編號分別為GPS-1～GPS-6以及GPS-JZ。 GPS-1、GPS-2位于Ⅱ區(qū)邊坡，GPS-3位于變形體后緣山脊上；GPS-4、GPS-5位于Ⅰ區(qū)上游側(cè)邊坡；GPS-6位于Ⅰ區(qū)沖溝下游邊坡上； GPS-JZ位于上游變形區(qū)外TB-02外觀監(jiān)測墩旁。

開頂GNSS監(jiān)測系統(tǒng)采用的主要設(shè)備為徠卡公司出品的GM10接收機(jī)和 AR10天線，系統(tǒng)采用靜態(tài)測量[1，2]模式，采樣間隔為5 s，24 h連續(xù)觀測，30 min解算1次數(shù)據(jù)，標(biāo)稱精度(1 h解算誤差范圍)：平面位移3 mm，沉降5 mm；GNSS天線到GNSS主機(jī)采用有線傳輸,主機(jī)到服務(wù)器的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用4 G無線手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸[1]到15 km外的GNSS服務(wù)器，通過互聯(lián)網(wǎng)對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、查看、下載數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)供電采用180 W太陽能板和12 V150 Ah免維護(hù)膠體蓄電池供電。

開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)布置情況見圖1,系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

圖1 開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)測點(diǎn)布置圖

圖2 開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

GNSS監(jiān)測系統(tǒng)于2018年1月6日投運(yùn)后，開頂變形體變形持續(xù)快速增大。

1月8日，開頂滑坡體下游1#沖溝發(fā)生坡面滾石；

1月17日，開頂滑坡體多次發(fā)生坡面滾石，塌方量約600 m3；

1月28日，GPS-4號測點(diǎn)單日變形量水平位移為32.5 mm，沉降11.8 mm，超過20 mm/d的三級預(yù)警限值；

1月30日，GPS-4號測點(diǎn)單日變形量水平位移為63.1 mm，沉降87.8 mm，超過50 mm/d的一級預(yù)警限值；

2月5日，GPS-4號測點(diǎn)單日變形量水平位移為70.9 mm，沉降29.7 mm，超過50 mm/d的一級預(yù)警限值；

2月10日，GPS-4號測點(diǎn)單日變形量達(dá)1 167.7 mm，沉降977.8 mm，單日變形量超過1 000 mm/d;

2月11日，GPS-4號測點(diǎn)單日變形量達(dá)4 162.3 mm，沉降3 364.9 mm，山體整體滑坡，后緣沉降達(dá)20多m，S211省道開頂段整體沉降10多m，S211省道斷道。

開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)變形數(shù)據(jù)過程線見圖3，滑坡體滑坡后的現(xiàn)場情況見圖4。

圖3 開頂滑坡體快速滑移期GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

圖4 開頂滑坡體快速滑移后現(xiàn)場航拍圖

3 GNSS監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及原因分析

開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)在建設(shè)期間和監(jiān)測過程中出現(xiàn)的問題為：

(1)GNSS測點(diǎn)的建設(shè)問題。GNSS測點(diǎn)建設(shè)難度大。原因?yàn)殚_頂GNSS測點(diǎn)標(biāo)桿采用Φ219鋼管，長度為3.75 m，加上角鋼制作的電陽能板支架，整體重量很大，滑坡體危石、孤石多，地勢陡峻，GNSS測點(diǎn)標(biāo)桿笨重，現(xiàn)場又無任何道路，只能采取人力搬運(yùn)，運(yùn)上滑坡體的難度和危險(xiǎn)性很大。

(2)GNSS衛(wèi)星信號問題。該項(xiàng)目個(gè)別點(diǎn)位接收衛(wèi)星信號差，個(gè)別時(shí)段GNSS系統(tǒng)接收到的信號不滿足最少4顆衛(wèi)星的要求，多路徑效應(yīng)影響大[1]。經(jīng)分析得知其原因?yàn)椋夯麦w搶險(xiǎn)工期緊，系統(tǒng)選點(diǎn)與建造倉促，未在現(xiàn)場進(jìn)行長時(shí)間的信號測試；滑坡體地勢險(xiǎn)要，危險(xiǎn)性較大，鑒于地形限制，個(gè)別點(diǎn)位于信號較差的地方；個(gè)別點(diǎn)位的植被茂密，未進(jìn)行植被清理，進(jìn)而影響到衛(wèi)星信號的接收。

(3)現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)問題。開頂GNSS監(jiān)測系統(tǒng)采用4 G通訊，在選點(diǎn)與建設(shè)時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)弱情況選用了電信的4 G通信卡。但在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，該滑坡片區(qū)電信基站信號不穩(wěn)定，或因斷電經(jīng)常性出現(xiàn)無信號情況，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法傳輸回服務(wù)器。

(4)GNSS測點(diǎn)的壽命問題。在滑坡體變形過程中，經(jīng)常性滾石極易損壞GNSS測點(diǎn)的太陽能電池板和數(shù)據(jù)采集箱，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)中斷。如2018年2月11日GPS-4號點(diǎn)被落石砸壞，GPS-6號點(diǎn)于3月12號被落石砸壞。

(5)GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)解算問題。開頂滑坡體在快速滑移期間，因位移量急劇增大，每小時(shí)的變形量最大甚至達(dá)到173 mm/h(GPS-4號點(diǎn))。而開頂GNSS監(jiān)測系統(tǒng)采用靜態(tài)解算[1，2]，觀測時(shí)間越長，解算精度越好，但當(dāng)GNSS測點(diǎn)變形速率很大時(shí)，或一些GNSS測點(diǎn)處于周圍遮擋(如建筑物、樹木等)及多路徑效應(yīng)影響時(shí)，靜態(tài)解算[1，2]數(shù)據(jù)表現(xiàn)為浮動解，數(shù)據(jù)會被徠卡自動化分析軟件默認(rèn)為是粗差而自動舍棄，導(dǎo)致在規(guī)定的觀測時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)不返回監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況，從而導(dǎo)致部分時(shí)段觀測數(shù)據(jù)的缺失，在滑坡體快速滑移期間不能及時(shí)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于這種情況是難以接受的。

(6)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警問題。開頂滑坡體變形值在短時(shí)間內(nèi)即突破了預(yù)警等級。雖然GNSS監(jiān)測系統(tǒng)為自動化監(jiān)測系統(tǒng)，但仍需人工在服務(wù)器值守，觀察和分析數(shù)據(jù)的變化，從數(shù)據(jù)處理、分析、判別到預(yù)警信息[4]的發(fā)出需要一定的時(shí)間，存在滯后性。

(7)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)問題。GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的查看、處理和分析是通過人員值守在數(shù)據(jù)服務(wù)器旁進(jìn)行本地操作或通過遠(yuǎn)程控制軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。開頂滑坡體GNSS監(jiān)測系統(tǒng)采用的萊卡Spider和GeoMoS軟件界面為全英文界面，其系統(tǒng)界面復(fù)雜，對數(shù)據(jù)查看、處理和分析人員的素質(zhì)要求很高，一般人員難以很快掌握，數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)和表達(dá)復(fù)雜。

4 解決的方法、取得的經(jīng)驗(yàn)和建議

針對開頂滑坡體GNSS系統(tǒng)建設(shè)和監(jiān)測過程中出現(xiàn)的問題，項(xiàng)目部技術(shù)人員總結(jié)出一些解決辦法、經(jīng)驗(yàn)并提出了相應(yīng)的建議，分述如下：

(1)GNSS測點(diǎn)建設(shè)難度大問題。建議：在類似滑坡體GNSS測點(diǎn)設(shè)計(jì)上采用分體式設(shè)計(jì)，可以將GNSS測點(diǎn)標(biāo)桿輕量化并設(shè)計(jì)為分體組裝結(jié)構(gòu)，減少零件的單重，進(jìn)而降低GNSS測點(diǎn)建設(shè)的難度。

(2)GNSS衛(wèi)星信號問題。在類似滑坡體GNSS測點(diǎn)建設(shè)前，必須進(jìn)行長時(shí)間的信號測試，檢測24 h內(nèi)各個(gè)時(shí)段、各個(gè)測點(diǎn)的最少衛(wèi)星數(shù)量，對于單點(diǎn)信號測試時(shí)間，建議不小于24 h，所選點(diǎn)位的衛(wèi)星數(shù)量不得少于4顆[1，2]。

GNSS測點(diǎn)的選擇必須保證一定的衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度,因此，測站周圍高度角15°以上不能有障礙物;需要遠(yuǎn)離高壓線、無線電臺、微波中繼站等大功率信號收發(fā)物體以降低原始數(shù)據(jù)的信噪比;測站周圍亦不允許有圍墻、廣告牌、山坡、大面積水域等信號反射物, 避開山體凹角、建筑物、樹木、高壓電線和信號基站，以減少多路徑效應(yīng)的影響[1]。如果測點(diǎn)布置無法避開，可采取適當(dāng)加高測點(diǎn)標(biāo)桿[3]、清理影響該型號儀器障礙物的方法，確保GNSS測點(diǎn)的信號滿足監(jiān)測要求。

(3)現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)問題。首先，應(yīng)在現(xiàn)場充分調(diào)研通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，或采取工程措施保證滑坡體現(xiàn)場手機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)度，如增設(shè)通訊基站；亦可采用4 G雙卡雙待無線路由器(通訊模塊)，避免采用單卡4 G無線路由器(通訊模塊)導(dǎo)致的單一手機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)GNSS測點(diǎn)數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)膯栴}出現(xiàn)。

(4)GNSS測點(diǎn)的壽命問題?；麦wGNSS測點(diǎn)太陽能電池板如能在滿足太陽照射角度的情況下可將太陽能板主面朝向凌空側(cè)，如太陽能板朝向無法調(diào)整，建議在太陽能板山體側(cè)上方加裝被動防護(hù)網(wǎng)或主動防護(hù)網(wǎng)，以減少滾石損壞太陽能板的幾率；數(shù)據(jù)采集箱亦應(yīng)安裝在測點(diǎn)鋼管標(biāo)桿的背面并盡量減小數(shù)據(jù)采集箱的寬度，避免滾石直接沖擊數(shù)據(jù)采集箱并減少被滾石砸中的幾率，從而提高GNSS監(jiān)測測點(diǎn)在監(jiān)測滑坡體變形過程中的壽命，減少維修和維護(hù)頻率，降低GNSS監(jiān)測人員的作業(yè)危險(xiǎn)性。

(5)GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)解算問題。在變形量不大時(shí)(如變形量未超過3 mm/h)，GNSS監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)采用靜態(tài)解算，其觀測時(shí)間越長，解算精度越好。但當(dāng)GNSS測點(diǎn)變形速率很大時(shí)(如變形量超過3 mm/h)，應(yīng)將GNSS監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)設(shè)置為動態(tài)結(jié)算[3]，從而避免監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)浮動解算的情況。監(jiān)測分析軟件誤認(rèn)為每小時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)為粗差，從而導(dǎo)致滑坡體快速滑移期間有效的、真實(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)被軟件自動錯誤的舍棄而導(dǎo)致滑坡體快速滑動期間關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失。

萊卡的GNSS 監(jiān)測系統(tǒng)采用Spider軟件解算，該軟件解算模式分為兩種：靜態(tài)解算和動態(tài)解算。在靜態(tài)解算模式下的數(shù)據(jù)精度可以達(dá)到毫米級[3]，而動態(tài)解算[4]模式下的數(shù)據(jù)只能達(dá)到厘米級。對于已經(jīng)快速滑移的邊坡，靜態(tài)解算難以快速、實(shí)時(shí)的呈現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，且其毫米級的監(jiān)測精度已失去意義，但采用動態(tài)解算可以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，雖然其精度較差，但監(jiān)測頻率可達(dá)5 s一個(gè)數(shù)據(jù),在滑坡體快速滑移期間，GNSS監(jiān)測動態(tài)解算的意義重大，可實(shí)時(shí)、快速地反映滑坡體的運(yùn)動狀況，為應(yīng)急搶險(xiǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。

(6)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警問題。通過對GeoMoS[6]數(shù)據(jù)分析軟件的設(shè)置，對超過限差的點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警，開頂滑坡體主要采用了應(yīng)用程序和郵件兩種預(yù)警方式，對開頂滑坡體現(xiàn)場安全管制人員的預(yù)警采用郵件預(yù)警方式，告知相關(guān)部門人員提前做好相關(guān)安全工作。

根據(jù)開頂滑坡體變形應(yīng)急預(yù)案設(shè)置的預(yù)警等級，GeoMoS[6]數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)置了三級預(yù)警閾值，預(yù)警信息內(nèi)容主要包括時(shí)間、點(diǎn)號、儀器、預(yù)警等級、位移量、限值等。

在開頂GNSS監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)位移變化大于一級限差時(shí)均會觸發(fā)二、三級郵件預(yù)警；大于二級限差時(shí)軟件均會觸發(fā)二、三級郵件預(yù)警。此郵件預(yù)警的弊端在于：如果現(xiàn)場超出限差的點(diǎn)位較多且變形值較大，每個(gè)超限的點(diǎn)都會不斷給我們發(fā)多條預(yù)警信息，預(yù)警接收人的郵箱會被這種預(yù)警郵件占滿，針對此問題，我們對GeoMoS[6]數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行了設(shè)置，減少了重復(fù)的郵件預(yù)警信息，如每10條發(fā)出一次預(yù)警或者每隔1 h進(jìn)行一次預(yù)警，從而解決了短時(shí)間內(nèi)軟件重復(fù)觸發(fā)郵件預(yù)警的問題。

(7)GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)問題。筆者建議對GNSS監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)相應(yīng)的手機(jī)APP軟件，簡化數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和查看界面，豐富數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式，改善用戶體驗(yàn)。

5 結(jié) 語

筆者針對在開頂滑坡體GNSS系統(tǒng)建設(shè)和監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題，提出了具體的解決辦法和建議，以及在滑坡體快速滑移期間針對如何快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測滑坡體變形過程，及時(shí)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出預(yù)警信息指導(dǎo)應(yīng)急搶險(xiǎn)，以及提高GNSS系統(tǒng)測點(diǎn)在滑坡過程中的壽命總結(jié)了一些工程經(jīng)驗(yàn)，希望能為類似快速滑坡體GNSS監(jiān)測提供借鑒。