鲍雅军1 张招金2
1.杭州市交通工程质量安全监督局 浙江杭州 310003
2.杭新景高速公路（衢州段）工程建设指挥部 浙江衢州 324000
摘要：根据杭新景高速公路（衢州段）七里连接线滑坡体的具体特征、影响因素，建设单体滑坡全生命周期自动化监测系统，为坡体建立起地表位移变化和内部位移变化实时动态监测网络，以探明潜在滑坡的滑动方向、滑裂面位置及滑坡体范围，及边坡长期安全稳定性保驾护航；搭建数据管理云平台，向相关管理部门提供可靠的决策依据，实时了解坡体的安全状况，并采取积极的防治措施；兼顾气象和水文监测信息，建立二者与滑坡体位移之间的关联模式，完善并优化地质灾害预警预报系统。
关键词：滑坡体 动态监测 数据应用 预警预报
一、工程概况
杭新景高速公路（衢州段）项目七里连接线位于常山县新桥乡和衢州市柯城区七里乡交界处，起点站常山县新桥乡东北侧约3Km接七里、新桥互通出入口，终点接衢州市柯城区七里乡。路基宽度10.0m，路线全长7.725km。七里连接线6＃工点、10＃工点和12＃工点高边坡自2013年9月开挖施工以来，先后历经了坡面坍塌、局部滑塌和山体拉裂等多期、多处和多次变形破坏，于2015年11月出现较大范围且裂缝基本贯通的圈椅状山体滑坡变形病害。指挥部、设计方和施工方等参建单位提出通过专业监测对边坡进行整体性实时监测。2016年4月20日起，施工单位开始进行七里连接线滑坡体专项处治工程，施工内容包括边坡卸载、10#工点路基抬高填筑、仰斜式挡墙施工、方形锚杆框格施工、系统锚杆+锚喷支护、锚索格构施工等。如下图示。
二、监测项目及动态监测系统的组成技术特点功能
1、构建自动化监测系统的意义和作用
（1）可不受地域限制随时掌握滑坡体的监测情况。
（2）及时发布预警信息，可通过手机、邮件、现场报警等方式释放预警信息。
（3）为设计及动态设计提供技术参数。
（4）随时掌控滑坡体监测危险源动态，可通过网络动态查看滑坡体的相关实时数据和图像信息。
（5）随时监控滑坡体监测系统的运行情况，可通过综合监管系统全面、及时、准确了解各项监测工作情况，在突发情况下，迅速调阅第一手资料，及时指挥应急处置与救援。监测体系的建立对业主、设计单位、施工单位的工作开展提供真实、可靠的数据支持。
（6）预留外网访问该监测系统的功能，如果需要可以开放该端口，可提供给上级安全监督主管单位。
2、动态监测项目
从杭新景高速衢州段七里连接线边坡现场情况看，边坡危险等级较高。边坡在切坡卸荷、上部施工加载等工程活动以及今后公路运营负荷后均存在整体性下滑的风险。监测方案构建的三维立体无线监测网络覆盖整个坡体，并兼顾局部敏感部位信息的获取，解决了恶劣环境下边坡数据采集困难、人工采集数据不准确、实时性低、监测范围小等诸多问题。监测网络的监测内容包括地表位移、地表裂缝扩展、路堑挡墙裂纹扩展、地表倾斜、路堑挡墙倾斜、钻孔深部位移、地下水位、降雨信息、及部分监测孔的人工测斜。各项监测内容基于移动通信网络实时传输至数据中心服务器平台，通过网页端实时发布监测数据和报警信息（如下表所示）。
（1）地表位移监测：边坡的地表位移监测采用GPS卫星定位测量。GPS测量能够获取监测点的三维坐标、绝对位移变形方位、变形量及变形速率，每小时采集的数据水平精度可达2mm+1ppm，垂直精度可达3mm+1ppm；日变量经由一天24个数据的差分运算，水平精度可达1mm+1ppm，垂直精度可达2mm+1ppm。地表位移测量采集频率：1次／2小时。
（2）裂缝扩展：在边坡表面及路堑挡墙已发现裂缝处安设有高精度振弦式位移计，实时测量不同时间点的裂缝宽度，可以得出绝对变形值、变形速率，监测精度为0.1～0.2mm。监测频率：1次/1小时。
（3）表面倾斜：边坡表面及路堑挡墙敏感位置的倾角变化由二轴倾斜传感器采集，瞬时动态响应由加速度传感器捕捉，监测精度可分别达到0.01°和0.001g。监测频率：1次/1分钟（高频动态采集）。
（4）深部位移监测：边坡深部位移监测采用固定式测斜仪，可以实时、自动、长期获取滑坡体内部不同深度的位移信息。固定式测斜仪的安装数量与安装位置应根据钻孔描述记录以及人工测斜数据而定，做到最少的成本还原钻孔深部位移信息。监测精度：0.5mm，监测频率：1次/4小时。
（5）地下水位动态监测：采用扬压水位计监测滑体内地下水位的变化。监测精度：2mm。监测频率为：1次/1小时。
（6）降雨监测：降雨作为崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害的最重要的诱发因素，采用自动翻斗式雨量计进行实时监测，监测精度可以达到0.5mm。监测频率：1次/1小时。
发现异常情况时，可加密监测频率，不少于上述频率设定。
（7）应急期钻孔人工测斜：采用移动式测斜仪，人工进行测量，在应急期每孔每日观测一次，为治理设计提供深部位移信息（滑动面确定），并且为固定式自动化测斜的优化设计累积数据。观测时，将测斜仪探头从孔底自下而上，每提升0.5m测读一次，正测完毕后将导轮方向转180度自下而上按原测位再测一遍，根据设备给定的计算公式计算孔内各深度水平位移。在应急期及天气及环境条件允许的情况下，人工测斜频率为每日每孔1次。
3、监测布点设计及实施
（1） 监测网络设计
《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZT0221-2006）要求滑坡变形监测网的布设应综合考虑滑坡体的地质特征、规模、形态及视通条件（信号通信条件）等影响因素。结合七里连接线高陡边坡风险等级、现场踏勘结果和既有地勘与设计资料，监测方设计的监测网络（如下图所示）包含GPS地表位移监测站、裂缝计、二轴测斜仪、深部位移系统、水位计、雨量计等监测内容，兼顾坡体局部和整体变形特征，对坡体稳定性状态进行立体式动态监测。
图：监测点现场平面布设图
（2）系统构建
系统数据云平台上已经发布上线的监测内容有：12个GPS监测点、9个裂缝/位移监测点、6个双轴倾斜监测点、5个水位监测点、1个雨量监测点、深部位移监测孔包括JC1～13，其中在JC1、3、4、6、7、9、10监测孔中进行人工测斜工作，另外JC2、5、8、11、12、13安装有固定式测斜仪。云平台提供地表变形矢量分析与预警功能。如下表所示：
三、监测数据的应用
根据治理工程的施工情况和监测数据的变化情况，结合施工组织管理的要求，监测人员定期和不定期地以日报、周报、月报、及异常报告的形式将监测资料和相关信息反馈给指挥部、设计、施工等相关单位，对施工设计和决策的调整提供数据支持。
1、GPS地表位移监测
GPS地表位移监测站主要安装在潜在滑坡主体及其外围，可以获取监测点绝对位移量（3D）、水平位移量（2D）、位移方向和变形速率，监测数据可以从整体上反映坡体的变形情况各变形的因素。从提取2015年12月25日至2018年5月14日的监测数据进行分析处理。说明由降水导致的地表浸水对于该部位的稳定性影响很大，数据显示该区域具有明显的局部变形特点。如2016年度各GPS站点监测数据显示：6#工点地表位移基本稳定；10#工点位移变形较为明显，在4-6月降雨量较大的月份，变形速率明显提升，进入7月，变形速率放缓。12#工点上部基本稳定，中下部位在处治施工前，位移变形明显，处治施工以及雨季结束后，变形速率减缓。为设计及动态设计和施工措施提供依据。
2、裂缝扩展监测
位移裂缝计主要布设在已发现的地表裂缝和路堑挡墙裂缝处，用于观察贯通性裂缝在施工活动和季节变化等因素影响下的发展状况。
如2016年度各裂缝计统计图表显示：6号裂缝计位于6#工点东侧挡墙上，主要受热胀冷缩影响，无明显发展。位于地表的裂缝计（除6号裂缝计以外）都有相当的位移增长（20-50mm左右），并且发展趋势较为一致：1月受融雪影响；4、5、6月受降雨影响，发展速率较快，其余时段稳定缓慢增长。其中，10#工点回头弯上方裂缝发展最为典型，变形发展大、受降雨影响明显；另外，10#工点回头弯进行锚索施工，锚索孔在从上述裂缝计下方通过，钻孔震动引起一定的裂缝扩展。如2017年度数据显示除2号裂缝计外，其余裂缝计均有较小扩展变形（相对于年初累计变形≤10mm）。通过数据关联系分析，裂缝变形速率受降雨天气影响也十分明显，2017年4月20日至6月底雨季期间，多数裂缝变形提速明显。当日降雨量达到暴雨级别（≧50mm）或实时降雨量超过25mm/h时，局部裂缝宽度会在某一时段内发生突变现象。相对2016年度裂缝数据，2017年度明显平缓。因此为设计永久性排水设施和施工期间地表排水措施提供参考。
3、地下水位监测
地下水位监测点采用扬压水位计，监测滑体内地下水位的变化。分析水位变化与坡体位移的关系。为设计永久性排水设施、永久性加固设计和施工期间地表排水措施提供参考。
4、深部位移监测
用于监测坡体内部的位移情况，掌握最大扰动变形和潜在滑动面的深度。为设计永久性排水设施、永久性加固设计抗滑桩深度、截面、钢筋配筋提供参数。
也为施工在施工期间地表排水措施和抗滑桩施工顺序提供参考。
5、提供预警预报
系统监测网络的稳定性和监测数据的精度应满足连接线在应急期、施工期和后续运营期的安全监测需求。根据治理工程的施工情况和监测数据的变化情况，结合施工组织管理的要求，监测人员定期和不定期地以日报、周报、月报、及异常报告的形式将监测资料和相关信息反馈给指挥部、设计、施工等相关单位，对施工设计和决策的调整提供数据支持。
当监测数据达到监测报警值的累计值或者变形速率超出限值时，系统平台将自动进行危险报警，预警预报信息可通过中心平台、短信以及现场声光装置向相关负责人及时发送。监测单位应立即通知业主、设计、施工与监理方，并提交异常报告；施工方应立即停止施工，并在现场条件允许前提下组织巡查人员对险情进行复核。应急处理领导小组根据现场人员实际复核情况决定是否全面发布预警信息。接到预警通知后，项目部各应急机构应当按照处置方案的规定加强现场监控、核实抢险救援设备、物资、人员准备情况，并及时将现场救援情况及时报告应急处理领导小组，以便小组进行进一步的决策。在信息报告程序上，坚持贯彻报告制度，灾情发生后，逐级向主管单位和相关部门报告，事故发生单位负责人接到事故报告后，应当根据灾情大小决定是否启动相应应急救援预案，立即采取有效措施，组织抢险，减少人员伤亡和财产损失，并向相关业主领导报告，视现场救援情况决定是否启动上一级的应急救援预案。
图：应急响应流程图
四、总结与建议
监测成果总结如下：
（1）2018年1月1日-2018年5月14日的监测数据表明，12#工点、10#和6#工点目前整体处于稳定状态，2017年较2016年的位移（变形）趋势缓慢，说明本项目各类处置施工措施成效明显。
不论是临近区域，还是同一点位，监测数据都呈现出较为一致的变化趋势，说明监测方案中设备布设较为合理，监测数据可以做到相互补充、相互验证；
（3）经分析判断杭新景七里连接线6＃、10＃和12＃高边坡滑坡类型属于推移式滑坡，变形破坏机理主要是各工点的切坡卸载以及中后部边坡坡度大，在重力和降雨作用下沿着潜在滑移面移动所导致。
（4）影响滑坡整体稳定性的主要原因，除滑坡自身的地质缺陷（如软弱夹层、裂隙、结构面较为发育等）之外，受降雨及其带来的地表水渗透和施工活动等外在因素的影响较大。因此，在处治施工过程中，控制坡体内部水位（包括地表径流的有效引导和地下水的有效排水措施），降低地表和地下水的渗透作用。同时，合理组织施工活动，能够很好的降低坡体失稳风险。
最后建议自动化监测服务在运营期继续进行：
（1）整个滑坡规模较大，连接线分布于滑坡的前后缘之间的整个滑坡范围，即使完成排水隧洞、抗滑桩等处置施工，在运营期仍不能完全排除潜在的失稳隐患。自动化监测系统的继续使用检验加固措施的有效性，可为七里连接线的安全运营提供技术支撑；
（2）七里连接线高陡边坡在浙江省内属于大型边坡，其自动化监测系统内容丰富，监测技术先进，在浙江省极具代表性。监测服务的继续跟进，数据的持续累积，可为浙江省边坡类地质灾害的机理分析和预测预报研究提供宝贵经验和坚实基础。
参考文献：
[1]《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZT0221-2006）
[2]《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）
[3]《公路工程地质勘察规范》（JTG C20－2011）
[4]《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）
[5]《公路排水设计规范》（JTG /T D33—2012）
[6]《岩土工程勘察规范》（GB50021－2009）
[7]七里连接线相关地质勘察报告、施工图设计文件
作者简介：鲍雅军（197110-）女 汉族 专业：土木工程 职称：高级工程师 研究方向：公路工程
论文作者: 鲍雅军1,张招金2
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第10期
论文发表时间:2019/5/22
标签：位移论文; 裂缝论文; 滑坡论文; 地表论文; 数据论文; 连接线论文; 七里论文; 《建筑模拟》2019年第10期论文;