謝群勇，趙元憶，張少林

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙 410000）

1 引言

傳統(tǒng)的監(jiān)測方法多使用全站儀等監(jiān)測設(shè)備， 但是有諸多缺點(diǎn)， 如無法實(shí)時(shí)監(jiān)測、 人力成本大等， 隨著GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）技術(shù)的不斷發(fā)展，由于其具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、高精度、節(jié)省人力的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的公路、露天礦場、庫岸等邊坡工程中使用GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)來進(jìn)行邊坡的監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)測。 屈戰(zhàn)輝等[1]將GNSS 監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于G312 國道邊坡，監(jiān)測位移變化情況，并通過數(shù)值模擬進(jìn)行擬合驗(yàn)算；姜泉泉等[2]監(jiān)測新疆凍土區(qū)滑坡體，通過分析提出了該地區(qū)基于GNSS 監(jiān)測的優(yōu)化方案； 張利朋和胡世士等[3-4]將GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于露天礦場邊坡，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對礦場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了評價(jià)。

本文主要研究某抽水蓄能電站暗涵段邊坡GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用情況，并通過監(jiān)測結(jié)果，對該邊坡的穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析，及時(shí)進(jìn)行邊坡的治理，為該地區(qū)今后的施工安全提供保障。

2 工程概況

某抽水蓄能電站位于湖南省某縣福壽山鎮(zhèn)境內(nèi)， 裝機(jī)容量為1 400 MW，上水庫正常蓄水位1 062 m、下水庫正常蓄水位415.5 m，具備日調(diào)節(jié)性能。 上水庫集雨面積為5.03 km2，大壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高為52.50 m，壩頂高程為1 067.00 m；下水庫集雨面積為12.06 km2，主壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，副壩采用混凝土心墻堆石壩。

3 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)

3.1 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測的必要性

傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測手段通常以全站儀為主， 獲得監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，再將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，分析邊坡變形情況。 這種邊坡監(jiān)測方式存在一些問題：（1）易受環(huán)境影響。 全站儀受環(huán)境因素影響較大，在霧天、雨天、大風(fēng)及工程揚(yáng)塵等環(huán)境下，其工作狀態(tài)較差，監(jiān)測效果不理想。（2）無法實(shí)時(shí)監(jiān)測。 由于邊坡災(zāi)害的發(fā)生具有瞬時(shí)性的特點(diǎn)， 全站儀數(shù)據(jù)的處理過程在時(shí)間維度上具有滯后性，不能對邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。 （3）人力成本大。 邊坡數(shù)據(jù)的獲取及處理均需人員手動(dòng)進(jìn)行，而且在邊坡樹林密集等區(qū)域，通常要人工調(diào)整全站儀才能達(dá)到觀測目的，另外，邊坡作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，無法保障人員安全。

隨著GNSS 技術(shù)、 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了以GNSS 技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為輔助，用于邊坡自動(dòng)化的一種監(jiān)測方法。

3.2 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測原理

GNSS 是全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其工作原理是使用內(nèi)置接收機(jī)得到空中的衛(wèi)星信號， 同時(shí)通過基準(zhǔn)站接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)， 專用軟件解析后可得到監(jiān)測站精確的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，還可進(jìn)一步計(jì)算監(jiān)測地點(diǎn)的變形、位移等，及時(shí)進(jìn)行預(yù)測，為工程的安全提供保障。

GNSS 的結(jié)構(gòu)組成主要包括5 部分：測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及防雷系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)通常使用內(nèi)置接收機(jī)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；通信系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸；供電系統(tǒng)主要使用太陽能電池板保障系統(tǒng)能夠正常工作； 軟件系統(tǒng)則具有數(shù)據(jù)的后期處理、災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，防雷系統(tǒng)可以保障GNSS 設(shè)備的安全。

3.3 某暗涵段邊坡GNSS 監(jiān)測方式

該邊坡2022 年3 月下旬存在一定滑坡，公路中間部位存在裂縫，進(jìn)行實(shí)地勘察后確定GNSS 設(shè)備安裝的可行性后，于2022 年4 月18 日在某抽水蓄能電站暗涵段邊坡設(shè)計(jì)安裝了5 臺GNSS 設(shè)備。設(shè)計(jì)布點(diǎn)原則為滑坡體最大坡高處和下游靠近軸線空曠區(qū)域。 4 臺基準(zhǔn)點(diǎn)GNSS 接收機(jī)分別為G01、G02、G03 和G04， 其中G01 和G02 布置在山坡段，G03 和G04 布置在公路段，基準(zhǔn)站的1 臺GNSS 接收機(jī)遠(yuǎn)離邊坡變形區(qū)域。另外，設(shè)備安裝前，保證儀器的供電和通信系統(tǒng)正常，配備對應(yīng)的IP 地址，安裝軟件并對測點(diǎn)準(zhǔn)確性進(jìn)行測試，確保獲得的三維坐標(biāo)信息精度可達(dá)到3 mm 內(nèi)，滿足規(guī)范要求，保證監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，為該邊坡的災(zāi)害預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

4 監(jiān)測結(jié)果與處治措施

某抽水蓄能電站暗涵段邊坡GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)通過調(diào)試后， 于2022 年4 月19 日得到測點(diǎn)的初始位置三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)， 并在2022 年4 月20 日~2022 年12 月31 日的監(jiān)測期間，得到了暗涵段邊坡4 個(gè)測點(diǎn)的2976 個(gè)有效數(shù)據(jù)，其中，X方向以向東變化為位移的正方向，向西變化為位移的負(fù)方向；Y 方向以向北變化為位移的正方向， 向南變化為位移的負(fù)方向； 豎向則以向上的位移為正方向， 向下變化的位移為負(fù)方向。 以下對邊坡位移變化最大量、日均變化速率、累計(jì)位移量等邊坡位移變化規(guī)律進(jìn)行分析，并在邊坡變形量較大時(shí)，及時(shí)制定邊坡處治措施，預(yù)防滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

4.1 暗涵段邊坡累計(jì)位移值與變形速率

4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)從2022 年4 月20 日~2022 年12 月31 日累計(jì)位移最大值和變形速率見表1，方位標(biāo)示見圖1。 X 方向最大累計(jì)位移量發(fā)生在G01，為-104.88 mm；Y 方向最大累計(jì)位移量發(fā)生在G01， 為-198.6 mm；H 向位移最大累計(jì)位移量發(fā)生在G02，為-117.2 mm。從表1 中可以發(fā)現(xiàn)，測點(diǎn)G01 和G02三個(gè)方向的累計(jì)位移比較大， 其他兩個(gè)測點(diǎn)位移變化相對較小，需要對G01 和G02 兩個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

圖1 方位標(biāo)示

表1 監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)最大位移值與變形速率

4.2 暗涵段邊坡位移變化曲線

4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變化如圖2 所示，可以看出，邊坡的位移變化量主要集中在4 月20 日~6 月20 日，后幾個(gè)月的位移變化量很小，G01（圖2a）和G04（圖2d）兩個(gè)測點(diǎn)的X 向和豎向位移變化曲線非常接近，G02（圖2b）和G03（圖2c）兩個(gè)測點(diǎn)的X 向和豎向位移變化曲線相對較大，4 個(gè)測點(diǎn)Y 方向變化量均為最大，整體往西方向位移（臨空面方向）。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)年累計(jì)位移變化曲線

從12 月份監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，Y 向變形速率2 mm/d 以下，其他測點(diǎn)位移也相對較小。 表明該暗涵段邊坡逐漸趨于穩(wěn)定。

4.3 暗涵段邊坡變形處治措施

工作人員及時(shí)監(jiān)測到前兩個(gè)月邊坡變形量大， 并于2022年6 月21 日制訂了邊坡加固方案，采用在邊坡增設(shè)鋼筋樁的方法。 于6 月30 日完成鋼筋樁的施工，分析加固后GNSS 的監(jiān)測結(jié)果可知，鋼筋樁的加固減少了邊坡的滑動(dòng)，可預(yù)防滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

5 結(jié)語

GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、高精度、自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)，本文通過將其應(yīng)用于某抽水蓄能電站暗涵段邊坡，得出以下結(jié)論：

1）使用GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于某抽水蓄能電站暗涵段邊坡， 在2022 年4 月19 日進(jìn)行了4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的首次記錄，進(jìn)行了長達(dá)8 個(gè)多月的持續(xù)監(jiān)測，并于2022 年6 月21 日制定邊坡增設(shè)鋼筋樁的加固措施。 期間設(shè)備狀態(tài)良好，無故障現(xiàn)象，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、準(zhǔn)確性高、節(jié)省人力、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

2）暗涵段邊坡Y 方向位移量比較大，X 方向和H 向位移相對較小，整體往西方向位移，G01 和G04 的X 方向和豎向位移變化趨勢接近，G02 和G03 的X 方向和豎向位移變化趨勢接近。

3）暗涵段邊坡前位移變形主要發(fā)生在前3 個(gè)月，增設(shè)鋼筋樁后，邊坡變形逐漸趨于穩(wěn)定。另外，9 月份出現(xiàn)的邊坡噴混凝土表面發(fā)生豎向裂縫，后期持續(xù)關(guān)注此處變形，至今未發(fā)現(xiàn)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展發(fā)育。