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摘要：边坡表面变形监测作为大坝变形监测的重要组成部分，贯穿了大坝的整个建设运行周期。通过对边坡进行表面变形观测可以确定边坡表面滑动方向和位移，对分析边坡稳定性、确定滑坡动态具有十分重要的作用。本文结合龙开口电站实际，简要阐述了边坡表面变形监测的观测过程，并通过改造实现自动化测量。
关键词：边坡；人工观测；表面变形观测；超限；自动化
1必要性
由于工程规模大、范围广、影响因素多，边坡失稳滑坡又是一个长期的量变引起质变的过程，单纯依靠人工巡视检查有较大的局限性，不能发现其中的微小形变而造成隐患。即使是前期对边坡变形已经采取了一些削坡截水，补强加固等综合处理控制措施，但由于目前尚不能对影响边坡变形的各种因素都进行精确计算，采取处理措施也是通过一些理论加经验得出的结论，包括所做模型试验都存在一些假定或简化，无法对所做措施的效果进行定量的反馈。为了能全面掌握边坡的性态，分析和预测预报库区两岸边坡的变化趋势，据此来采取措施维护边坡稳定，保证电站安全运行，表面变形观测是一种必不可少的安全监测手段。
2边坡表面变形观测网布置情况
2.1平面监测控制网
龙开口水电站共设置了8个平面控制点，构成了平面变形监测控制网，于2012年9月完成埋设工作。平面监测控制网为一等控制网。平面监测控制网的坐标系统与龙开口水电站施工测量控制网坐标系统均采用1954年的北京坐标系。编号从PK01至PK08，其中PK02、PK4、PK06、PK08位于左岸，PK01、PK03、PK05、PK07位于右岸。
2.2表面变形观测网
龙开口电站边坡表面变形监测共有96个测点，其中右岸H4滑坡体有11个，右岸边坡有47个，左岸缆机平台以上边坡有21个，左岸缆机平台以下边坡有17个。
3人工观测情况
在平面变形监测控制网的基础上，采用全站仪对两岸边坡进行观测。
边坡表面变形观测使用的是多测回测角法中的后方交会法。根据测量要求和地理位置将3-4个待测的表面变形观测点分为一组，依次摆设棱镜在对岸使用全站仪进行测量，测量顺序为：先对准控制网后视点，再沿库区俯视图的顺时针方向依次对准该组的三或四个点，即左岸为沿上游到下游的顺序，右岸为下游到上游。人工对准确认无误后就可以开始使用全站仪自动进行盘左盘右测量，进行3个测回。测量前用专用卷尺量棱镜高，两个方向各测量一次，读数到0.1mm。温度读数到0.2℃，气压读数到0.5hPa。棱镜摆放完成后，若气泡受到太阳照射影响产生偏移，也严禁重新整平棱镜。
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按照《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178-2016）要求，近坝区岸坡稳定的监测项目测次为初蓄期为1次/月，运行期为1次/季，可以根据实际情况例如汛期来临或边坡不稳定等适当增加测次。
在测量过程中，容易出现的问题是可能由于植物树木生长，挡住了观测点位，观测人员对点时或仪器在自动测量时找不到点，所以在测量开始前司镜人员对测点周围有可能挡住观测点位的物体进行清理。还有在强光下仪器自动测量出现错误或找不到点的几率更大一些，所以观测人员要实时关注仪器的测量状态，在仪器测量出错误后要及时进行处理，保证观测过程的正常进行。在测量时可以对全站仪进行遮阳，减少阳光直射仪器带来的影响。
外业完成后，检查验算各测站半测回归零差、同方向各测回方向值互差、一测回内2C互差、最大三角形闭合差、按照菲列罗式计算的测角中误差等指标是否超限，超限的部分按照超限重测标准进行重测。
边长观测完成后进行气象改正、斜距改平距、投影改正，计算边长对向观测不符值是否满足限差要求，超限的部分按规范进行重测。
在外业观测数据检查无误，三角形闭合差、边长对向观测等各项限差符合规范要求后，对进行监测网严密平差，平差前需进行粗差探测与定位，平差处理后计算变形量。即可与以往观测成果对比进行稳定分析。
4自动化测量
由于边坡测点点多面广，由于人力投入大、测量耗时长，不能实时取得边坡表面观测数据，不利于实时掌握边坡性状，及时地发现边坡安全隐患，同时，在暴雨、地震等特殊工况下监测人员赴边坡工作开展测量作业存在较大的人身安全隐患。故现在已用测量机器人代替人工进行表面变形观测。
自动化测量方案使用了2台徕卡TM50测量机器人及96套圆棱镜，配合GeoMoS监测软件完成周期测量及数据管理，将人工观测频次1次/月提高到1次/天，单次测量时间缩短到40分钟，大大提高了观测效率。在大坝处于特殊工况下可以及时开展测量，获取边坡实时工况，评估边坡稳定及大坝工况。
根据实际运行情况，自动化系统仍存在部分问题：
表面变形观测受到天气影响较大，前期已考虑阳光直射带来的影响，将测量时间调整到夜间，但在雨季夜间降雨较多，导致测量机器人无法照准棱镜，或即使照准棱镜，测量误差较大，当次测点缺失或超限较多，成果不可用。需人工选择合适时间进行远程巡测。在编制报告过程中，还需对成果进行筛选分析，选取测量稳定时段的成果。
系统维护复杂，成本较高。在非封闭边坡，种植及放牧活动频繁，即使安装了保护罩防止棱镜丢失，但仍无法避免棱镜被人为损坏或遮挡，导致测量不全，同样需要人工更换棱镜及清理，并进行人工补测。
5结论
边坡表面变形人工观测方案已经成熟，测量精度高，维护成本低，但单次测量较为复杂，在特殊工况下人工无法满足实时测量的要求，并且在管理单位人员编制有限的情况下，实现自动化是未来的趋势，现阶段自动化在完成测量过程上较为完善，用时较短，但在由于整个系统为国外进口，前期投入较高，且软件因版权问题全封闭，没有本土化，缺少个性定制，例如无法接入其他传感器排除天气对精度的影响，测量周期单一，系统不带平差等等，还需要时日加以完善。
参考文献：
[1]南京水利科学研究院勘测设计院，岩土安全监测手册 2008.3；
[2]混凝土坝安全监测技术规范，DL/T5178-2016。
论文作者:熊聪,李加裕,邹圣增
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/21
标签：测量论文; 棱镜论文; 表面论文; 工况论文; 平面论文; 大坝论文; 实时论文; 《防护工程》2018年第20期论文;