趙志忠，楊宗橙，蘇 濤，黎付安

（1.廣西百寧高速公路有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，更多的高速公路延伸至山區(qū)。山區(qū)高速公路對(duì)既有巖土進(jìn)行開挖，形成新的坡面，造成應(yīng)力的重分布，若開挖處治不當(dāng)將有失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的甚至造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為此，需要對(duì)邊坡開挖風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，并根據(jù)分級(jí)結(jié)果采用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。關(guān)于高邊坡風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)和邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，國內(nèi)外有部分專家和學(xué)者進(jìn)行了研究。林俊勇運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評(píng)判法建立路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)模型，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和分級(jí)［1］。馬吉磊等提出公路邊坡野外北斗自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)優(yōu)化方案［2］。國內(nèi)外專家做了一些相關(guān)的研究，并取得了應(yīng)用成果，但是缺乏智能型的綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 工程概況

依托工程位于廣西區(qū)內(nèi)某高速公路工程K68+365-K68+590段，處于高速公路右側(cè)，為路塹邊坡，覆蓋層為含碎石粉黏土，下伏薄～中厚層全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖，中厚層中風(fēng)化砂巖，見頁巖夾層，反向土石二元結(jié)構(gòu)邊坡，坡體為5級(jí)開挖，小里程段和坡體中部出現(xiàn)明顯溜滑。

2 邊坡風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

專家調(diào)查評(píng)估法是以專家作為索取信息的對(duì)象，依靠專家對(duì)路塹高邊坡的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性對(duì)高邊坡做出評(píng)估和預(yù)測(cè)的一種方法。專家應(yīng)具備高級(jí)及以上技術(shù)職稱，評(píng)估負(fù)責(zé)人具有10年以上、成員需具有5年以上工程管理經(jīng)驗(yàn)，以及高邊坡勘察、設(shè)計(jì)、施工工作經(jīng)歷。本次評(píng)估成立專家組成員3人，根據(jù)各個(gè)高邊坡建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性5個(gè)分項(xiàng)，按4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別給出分項(xiàng)評(píng)定分值Ri，即等級(jí)Ⅳ（極高風(fēng)險(xiǎn)）（4分）、等級(jí)Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）（3分）、等級(jí)Ⅱ（中度風(fēng)險(xiǎn)）（2分）、等級(jí)Ⅰ（低度風(fēng)險(xiǎn)）（1分）。在此基礎(chǔ)上，專家對(duì)分項(xiàng)評(píng)估分值給出專家信心指數(shù)Wi，再根據(jù)各專家成員評(píng)分Dr值及平均評(píng)分值，最終確定邊坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘獲得的資料，采用專家調(diào)查評(píng)估法，依靠專家對(duì)路塹高邊坡的專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合邊坡所在地巖層的節(jié)理、軟弱夾層、巖性、產(chǎn)狀、坡度與坡高等因素，按4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，即等級(jí)Ⅳ（極高風(fēng)險(xiǎn)）、等級(jí)Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）、等級(jí)Ⅱ（中度風(fēng)險(xiǎn)）、等級(jí)Ⅰ（低度風(fēng)險(xiǎn)）。最終確定該邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度風(fēng)險(xiǎn)，需制訂專項(xiàng)的邊坡監(jiān)測(cè)方案，選取合適的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警，準(zhǔn)確把握邊坡動(dòng)向［3］。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方案

3.1 “北斗+監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”

北斗形變監(jiān)測(cè)站是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、GNSS解算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由測(cè)量型接收機(jī)、供電系統(tǒng)、安裝防護(hù)系統(tǒng)組成。其中，測(cè)量型接收機(jī)采用高精度測(cè)量型GNSS接收模塊，融合自主開發(fā)的信噪過濾處理程序，確保獲得高質(zhì)量原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：采用GPRS 無線傳輸技術(shù)，通過獨(dú)有的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和斷線補(bǔ)傳功能，確保了數(shù)據(jù)完整性。GNSS解算系統(tǒng)：采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度連續(xù)實(shí)時(shí)解算。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程配置、調(diào)試、故障排查、升級(jí)等操作全部集成于數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)真正的集成化與智能化［4］。

3.2 監(jiān)測(cè)方案

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)方案選擇人工監(jiān)測(cè)和智能監(jiān)測(cè)相結(jié)合，人工監(jiān)測(cè)包括現(xiàn)場(chǎng)定期巡查和儀器測(cè)量地表位移，巡查以目視為主，可輔以量尺、放大鏡等工具及影像等手段進(jìn)行，主要巡檢邊坡地表新裂縫、坍塌、地表變形，地下水出露點(diǎn)和水流量大小，支擋結(jié)構(gòu)變形、裂縫和后側(cè)巖土體的裂縫、下陷或滑移、植物傾斜方向等情況，地表及地下排水系統(tǒng)的完好、暢通情況，坡腳民房變形、裂縫等，并應(yīng)做好巡檢記錄。儀器測(cè)量地表位移通過布設(shè)永久性變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用高精度測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)測(cè)。智能監(jiān)測(cè)主要是布設(shè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)地表位移監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能雨量計(jì)和視頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.3 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、治理工程布設(shè)和現(xiàn)狀坡面變形狀況，監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)數(shù)量：GNSS監(jiān)測(cè)斷面3個(gè)，GNSS測(cè)點(diǎn)6個(gè)，深層位移測(cè)點(diǎn)2個(gè)，視頻監(jiān)控測(cè)點(diǎn)1個(gè)，機(jī)器人周期性監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)5個(gè)。

4 監(jiān)測(cè)預(yù)警

根據(jù)本滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、治理工程和邊坡變形狀況，依據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，初步確定監(jiān)測(cè)頻率和周期（見表 1），遇到雨季和突發(fā)強(qiáng)降雨，監(jiān)測(cè)頻率適當(dāng)加密。

表 1 監(jiān)測(cè)頻率與周期

達(dá)到告警閾值后，需進(jìn)一步分析確認(rèn)，綜合研判，確定預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分為紅色、橙色、黃色、藍(lán)色預(yù)警。

紅色預(yù)警：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性很大，各種短臨前兆特征顯著，在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)大規(guī)模發(fā)生的概率很大。

橙色預(yù)警：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大，有一定的宏觀前兆特征，在幾天內(nèi)或數(shù)周內(nèi)大規(guī)模發(fā)生的概率大。

黃色預(yù)警：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較大，有明顯的變形特征，在數(shù)周內(nèi)或數(shù)月內(nèi)大規(guī)模發(fā)生的概率較大。

藍(lán)色預(yù)警：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性小，有一定的變形特征，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性不大。

當(dāng)出現(xiàn)如下情況之一，立即進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警：①抗滑樁、擋墻或坡面巖土體位移突然明顯增大；②邊坡及其影響范圍內(nèi)路面、坡面、建筑物出現(xiàn)隆起、滑塌和嚴(yán)重滲漏；③坡面裂縫明顯擴(kuò)展、擴(kuò)大。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

5.1 地表位移

5.1.1 GNSS監(jiān)測(cè)

GNSS 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)位移量是以第一期監(jiān)測(cè)坐標(biāo)值作為初始值來計(jì)算總位移值的，分為 X 方向（東方向）位移、Y 方向（北方向）位移和 H 方向（高程） 沉降。監(jiān)測(cè)結(jié)果分析如下。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)1位移變化異常，其位移變化在9月1號(hào)開始便呈現(xiàn)緩慢遞增的趨勢(shì)，在9月13日18：00發(fā)生了急速增長，至9月15日其間在不斷變化，變化速率最高達(dá)到了40 mm/d，9月16日之后逐漸穩(wěn)定在150 mm變形量范圍內(nèi)，可判斷其位置處發(fā)生了明顯的滑坡變形，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查確實(shí)發(fā)生了邊坡明顯變形。

監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2 累計(jì)合位移達(dá)到了 14 mm，9月周期內(nèi)垂直位移變化了 3 mm，水平位移量變化了 1.5 mm，合位移變化了 1 mm，合位移速率在 0～3 mm/d，垂直及水平變形較為穩(wěn)定。

監(jiān)測(cè)點(diǎn) 3 累計(jì)合位移達(dá)到了 13.5 mm，9 月周期內(nèi)垂直位移變化了 3 mm，水平位移變化了 1.5 mm，合位移變化了 3.5 mm，合位移速率在 0～7 mm/d，位移時(shí)間曲線整體比較平穩(wěn)，趨向一條水平直線。

監(jiān)測(cè)點(diǎn) 4 累計(jì)合位移達(dá)到了 17 mm，9月周期內(nèi)垂直位移變化了 1 mm，水平位移增大了 2.5 mm，合位移變化了 2 mm，合位移速率在 0～3.50 mm/d，時(shí)間位移曲線趨向一條水平直線。

監(jiān)測(cè)點(diǎn) 5 累計(jì)合位移達(dá)到了 13 mm，9月周期內(nèi)垂直位移增加了 1 mm，水平位移增大了 1.5 mm，合位移變化了 2.5 mm，合位移速率在 0～6.50 mm/d，9 月周期其位移變化微小，時(shí)間位移曲線變化平緩。

由以上結(jié)果得知：監(jiān)測(cè)點(diǎn)1于9月13日18：00發(fā)生了明顯變形，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)9月周期內(nèi)變形量在4 mm范圍內(nèi)，并且主要變形集中在垂直方向上，可判斷是受1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置處的變形影響，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1位置處的觀測(cè)，預(yù)防其后續(xù)再次變形引發(fā)災(zāi)害。

5.1.2 高精度機(jī)器人監(jiān)測(cè)

對(duì)數(shù)據(jù)異常點(diǎn)位采用徠卡TM50高精度監(jiān)測(cè)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)［5］，對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行加密，并對(duì)變形區(qū)域進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)。各測(cè)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表 2 周期性監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表2 可知：各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置處的變形在持續(xù)增長，速度變緩。監(jiān)測(cè)點(diǎn) 1 與監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2 變形較快，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形緩慢增長。水平向變形量要普遍略高于垂直變形量。

由以上結(jié)果可知：在3 d的觀測(cè)周期內(nèi)，所布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形在逐日緩慢增加，可判斷其邊坡變形并未停止，后續(xù)可能還會(huì)出現(xiàn)較大的變形，需要加強(qiáng)后期的監(jiān)測(cè)。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)巡查結(jié)果

技術(shù)人員對(duì)邊坡進(jìn)行了全面巡查，發(fā)現(xiàn)異常 3 處：①格梁裂縫；②一級(jí)平臺(tái)裂縫；③排水溝開裂。

5.3 深層位移

根據(jù)本期深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，邊坡JCK01號(hào)孔，滑面深度為15 m，峰值深度為11.5 m，峰值累計(jì)位移為3.67 mm，本月位移為 0 mm，位移速率為 0 mm/d。

6 結(jié)語

6.1 表面及深層位移

機(jī)器人應(yīng)急監(jiān)測(cè)點(diǎn)速率變緩，GNSS 各測(cè)點(diǎn)均達(dá)到預(yù)警值，邊坡地表存在變形蠕動(dòng)，深層位移監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)右側(cè)坡體無明顯滑動(dòng)面［6］。

6.2 現(xiàn)場(chǎng)巡查分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡查發(fā)現(xiàn)，排水溝、擋墻、一級(jí)平臺(tái)、格梁均存在不同程度的開裂，邊坡整體存在變形，有整體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)邊坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握邊坡變形體的動(dòng)態(tài)變化信息，出現(xiàn)較大變形時(shí)及時(shí)做出預(yù)警。同時(shí)，采用高精度機(jī)器人監(jiān)測(cè)及人工現(xiàn)場(chǎng)巡查監(jiān)測(cè)對(duì)預(yù)警進(jìn)行深入分析，結(jié)果表明邊坡地表位移存在較大變形，深部巖土體比較穩(wěn)定，邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)存在多處開裂，達(dá)到黃色預(yù)警，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性較大，有明顯的變形特征。通過運(yùn)用基于BDS高精度定位技術(shù)、遙感測(cè)繪技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三維智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能及時(shí)做出預(yù)警和采取措施，保障高速公路運(yùn)營安全，提升防災(zāi)減災(zāi)能力，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。