高速公路通过不稳定堆积体监控量测技术.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER16第 40卷第 1期0 引言凯 里 环 城 高 速 公 路 北 段 堆 积 体 位 于K33+445.3-K33+678.8桩号，堆积体覆盖区域较大，面积 83 000 m2，最大厚度 31 m，平均厚度 12 m，体积约 99.6104m3，高速公路右幅是桥梁通过该堆积体，左幅从 K33+445.3 K33+678.8 为路基通过，路基通过长度为 233.5 m。坚持遵循从整体到局部控制、从大到小、分级控制的原则，堆积体覆盖区域较大（面积83 000 m2），堆积体整体监测采用自动化监测对整个堆积体位移情况进行监测。根据地质情况，钻孔埋设传感器，尽量利用边坡地质钻孔及抗滑桩施工时一同埋设位移传感器，将传感器监测的数据集成到模块上，再由主机将观测资料侟储在高速公路通过不稳定堆积体监控量测技术唐德平（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）摘要：目前，我国高速建设的快速发展，国家对生态环境、施工安全等方面要求较高，在复杂地质条件下施工，经常会碰到大面积滑坡体，给施工和附近环境造成较大安全隐患及破坏。该监测方法采用全自动化监测和常规监测相结合，全自动化监测系统不受气候条件的限制全天候进行连续监测，实时上传数据，系统可以人工设置监测极限值、变化速率，能在超出极限值时自动报警，还可通过该系统的子模块视频监控系统实时的观测边坡区域的现实场景，第一时间了解现场情况。为动态设计边坡加固提供了有力的依据，大大降低了施工及运营安全风险。关键词：高速公路;通过不稳定堆积体;多种监测技术组合；监控量测技术中图分类号：P642.2文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)01-0016-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.01.004Monitoring and Measurement Technology of Expressway Passing Through Unstable AccumulationTANG Deping(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:At present,with the rapid development of high-speed construction in China,the country has high requirements for ecological environment,construction safety,and other aspects.Under complex geological conditions,large-scale landslides are often encountered during construction,causing significant safety hazards and damage to the construction and surrounding environment.This monitoring method combines fully automated monitoring with conventional monitoring.The fully automated monitoring system is not limited by climate conditions and continuously monitors 24/7,uploading data in real-time.The system can manually set monitoring limits and change rates,and automatically alarm when the limit value is exceeded.It can also observe the real scene of the slope area in real time through the sub module video monitoring system of the system,and understand the on-site situation in the first time.It provides a strong basis for dynamic design of slope reinforcement,greatly reducing construction and operational safety risks.Keywords:expressway;through unstable accumulation;multiple monitoring technology combination;monitoring and measurement technology收稿日期：2023-11-07作者简介：唐德平（1972-），男，云南曲靖人，工程师，主要从事技术、施工测量、监控量测管理工作。*唐德平 高速公路通过不稳定堆积体监控量测技术17磁盘上，由专业软件进行数据模块化处理分析，能全天候实时对堆积体位移情况进行监控。连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。可自行设定数据采集时间间隔、预警值，能在超出预警值时自动报警1，利用云平台实时发布监测情况。对堆积体区域高速公路路基基础、开挖边坡、桥墩、周边村庄建筑物采用位移边桩、测斜管、沉降管、沉降监测、差异沉降、倾斜监测、裂缝监测等方法进行监控量测，及时对监测数据进行分析、预警，通过日（周、月）报、网络（QQ、微信群）、电话等手段将监测信息及时传递到相关方，用于正确指导施工。几种监测方法的组合应用，为动态设计加固提供了可靠的数据依据，大大的降低了施工及运营安全风险，该成果在凯里环城高速公路北段的监控量测过程中得到了成功应用。该技术适用于所有高速公路堆积体、滑坡体、软土地基、高边坡、桥涵等监控量测。1 主要监控量测方法特点1.1 自动化监控量测采用自动化监测对堆积体大范围区域进行整体监测，利用自动化模块自动分析监测情况，受气候条件影响小甚至没有影响，能在大风、大雾、暴风、暴雨等极端恶劣条件下全天候进行工作，可准确记录失事事件时间，使之与外部因素相关联，比如降雨、地震、人工建造活动，能全天候实时对堆积体位移情况进行监视，连续监测能快速检测到临界变化。通过该系统的子模块视频监控系统可以实时的观测边坡区域的现实场景，能够在该区域出现突变时第一时间掌握现场情况，为决策者制定决策提供可靠的依据以便及时采取相关救援或者其他措施。避免山体滑坡、泥石流、道路沉降及边坡垮塌给社会带来的极大经济损失，有效的预防堆积体大面积跨塌等地质灾害。1.2 高速公路结构物监控量测采用常规监测手段对高速公路结构物进行监测，独立监测网的建立与测设、位移边桩法、测斜管法、沉降管法、桥梁墩柱沉降监测，监测点位的布置和监测方法的选定在监测工作中极为重要，能为结构物施工现场提供准确的位移情况，及时采取加固措施，降低施工成本和安全风险。通过几种监测方法的组合进行监测，取得的大量可靠监测资料，可以动态监视工程建筑物及堆积体区域的状态变化和工作情况，在发生异常情况时，及时分析原因，采取加固措施，为动态设计加固提供可靠的数据依据，以保证施工及运营安全。2 施工工艺流程及操作要点2.1 施工工艺流程监控量测工艺流程见图 1。2.2 堆积体自动化监测此堆积体面域大，当周围有大规模施工时，土体破坏及施工震动会引起地应力释放，极易诱图 1 监控量测工艺流程图?18云南水力发电2024 年第 1 期发滑坡，对周边环境危害较大，选择对整个堆积体的现场监测采用自动化监测系统对滑坡体进行全天候实时安全监测。堆积体共埋设 9 个深层位移监测点，2 个地下水位监测，1 个降雨量监测点对堆积体进行监测。点位布置断面见图 2，自动化监测项目见图 3。?图 3 自动化监测系统图2.2.1 自动化监测工艺原理自动化监测系统装置由传感器、数字存储编码器、地质记录器和主机计算机组成，传感器检测地面位移、地下位移、降雨量等。数字存储编码器除控制传感器外，并装有存储观测资料的存储器，地质记录仪器根据设在远方的主机的指令，控制数字存储编码器和传送观测资料，主机控制整个装置，将观测资料存储在软磁盘上并进行数据处理，点位埋设严格安设计要求埋设。深层位移传感器概况如下。1）深层位移传感器主要是采用固定式测斜仪，固定式测斜仪是一种高精度传感器，由安装卡板、数据电缆、连接杆、测杆、导向轮等组成。2）固定式测斜仪工作原理：水平位移是通过测量测斜仪测斜管轴与铅垂线之间的夹角变化量来计算的，当测孔较深时，可采用多个固定式测斜仪组装在测斜管内，通过装在不同高程上的倾斜仪传感器，测出被测结构物不同高程的不同时段的倾斜角度，把结构物的变化情况用变形曲线描述出来2。3）固定式测斜管的安装。安装第 1 根测斜管时端头要装上管底盖，固定密封好，防止水或泥进入管中，测斜管与测斜管之间用管接头连接，且用螺丝固定后涂填缝密封。测斜管在安装时要注意测斜管导槽的方向，导槽方向必须与设计保持一致，安装时将装好接头的测斜管顺序放入钻孔中，直至接到设计深度的孔底为止，然后进行钻孔与测斜管间的空隙回填，采用膨润土或沙土进行回填，每回填 2 4 m 注水 1 次，让回填料与孔壁结合密实，以保证测量精度，一直回填至孔口。外露孔口测斜管要盖上管盖，做好防护措施，防止杂物灌入，测斜管孔口外露段采用混凝土固定，做成混凝土墩台保护管口，并设置测绘标识。测斜管安装完成后用模拟测斜仪试放，试放时测斜管要在互成 180的 2 个导槽从下到上试放图 2 自动化监测点位布置断面图?唐德平 高速公路通过不稳定堆积体监控量测技术19到底，确保模拟测斜仪在测斜管导槽内从管底到管口平稳顺畅通过。4）测斜仪传感器安装。传感器安装前，要对测斜管完好性、管口稳定性、测管十字导槽“A+”轴向和“A-”轴向的永久标记、导向轮的灵活性、扭簧的弹力进行检查，检查传感感器是否工作正常（以铅垂线为基准倾向高端导向轮一侧读数增大，倾向另一侧读数减小），且按设计高程截取连接杆长度，用钢丝绳固定测斜仪首尾相连，确认完好后以备安装。当测孔内只安装 1 套测斜仪器时，只要把固定测斜仪头部与钢丝绳相连，要根据被测体需要观测的偏移方向进行安装，首先将传感器和轮架导轮的正方向（高轮方向）对准测斜管的“A+”轴向的导轮槽，慢慢放入测管内，理顺仪器电缆线，每放一段长度用自锁扎带把电缆线和吊装钢丝绳绑在一起固定，不要绑在固定测斜仪的原件上，当放到设计高程后将吊装钢丝绳固定在测孔孔口装置上用锁扣锁紧，然后将电缆按方案设计线路进行埋设。如果测孔内安装 2 套机以上测斜仪的方法和1 套的基本一致。首先将固定测斜仪的串联起来，采用钢丝绳把测斜仪首尾相连，按设计要求的数量把测斜仪用连接杆分装成各个测量单元，检查合格后进行安装，安装按测量单元的顺序放入测斜管内，并连接稳固，各个测量单元的所有导向轮方向必须一致。每套固定测斜仪必需按顺序作好编号记录，安装时电缆要逐个理顺，电缆要松弛不能拉紧，一起用自锁扎和钢丝绳绑在一起，最后 1 个连接杆固定在测孔孔口装置上，电缆用锁扣绑紧，安装完成后检查仪器高程，拉动连接杆用读数仪检查传感器是否工作正常，然后将连接杆固定到设计位置，记录测斜仪稳定的初始读数，以上任何 1 个环节出现问题，都须取出重新安装检查。按方案对孔口电子元件做好保护措施，对观测电缆按规定走向埋设固定。32.2.2 自动化监测系统结构组成与功能自动化监测系统分为：GNSS数据采集单元（也叫传感器系统，包含设备的安装平台、物理防护、供电及避雷子系统）、数据通讯单元、数据处理与控制单元，以上各部分为一个有机的整体。GNSS 变形监测硬件部分结构和功能如下。1）传感系统是 GNSS 的监测单元，是用 GNSS技术来反馈被监测物体、结构物变形的实时三维数据的变化。2）数据通讯系统:GNSS 天线到 GNSS 主机由同轴电缆通讯，GNSS 主机和其它传感器与控制中心的通讯可采用有线和无线的通讯方式4。3）数据处理和控制系统包括数据自动化采集、精密解算、数据库管理、数据分析预警发布模块，实现自动接收、处理工作站系统采集的数据，且对原始数据和系统处理后的数据进行显示和实时在线评估及预警。4）预警系统是指监测数据超过一定限值，或是监控系统发生突变时以短信的方式或者在监控服务器上显示出预警信息，预警数据限值可根据规范和设计要求自己设置。55）避雷系统是为了保护设备及人员的安全，避雷系统主要采用避雷针和浪涌保护器。GNSS 变形监测软件的结构和功能：监测软件的结构和功能主要由数据采集工作站软件、数据采集工作站软件、数据存储组成。2.2.3 自动化监测系统的优点1）该系统是全自动化监测系统，节省大量的人力、财力和物力。2）受气候条件影响小甚至没有影响，能在大风、大雾、暴风、暴雨等极端恶劣条件下全天候进行工作。3）监测过程不受视线影响，不需要考虑监测点与参考点之间的通视情况，直接测定监测点的三维坐标。4）全过程自动化，能不间断地进行实时动态监测，不同监测点可进行同步测量。5）避免人工读数和记录引起的人工误差，采用太阳能供电，可每天 24h 连续监测。6）可准确记录失事事件时间，使之与外部因素相关联，比如降雨、地震、人工建造活动。7）连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施，并可设自行设定数据采集时间间隔、预警值，能在超出预警值时自动报警6。20云南水力发电2024 年第 1 期8）通过该系统的子模块视频监控系统可以实时的观测边坡区域的现实场景，能够在该区域出现突变时第一时间掌握现场情况，为决策者制定决策提供可靠的依据以便及时采取相关救援或者其他措施。2.2.4 操作要点1）传感器埋设位置要按设计要求埋设，设计无要求时要根据地形、地质情况，选择在易发生位移的地方。2）为减少钻孔成本，尽量选择原有地质钻孔经处理后埋设和在有抗滑桩施工的地方埋设选择同抗滑桩同步埋设。3）传感器连接线采用套管保护埋设，智能采集基站、自动化智能采集终端等外露设备采用围栏保护。2.3 高速公路结构物监测为了减少监测成本，自动化监测传感器埋设密度不能顾及具体施工部位，只能反映堆积体区域整体位移情况，施工工作面开挖边坡、路基基础、桥墩监控制量测采用位移边桩法、测斜管法、沉降管法、沉降监测法进行组合监测7。监控量测点位置的选择及监测方法在监控量测中优为重要，监测点必须选在既有代表性的部位，也就是最易发生变形的部位。2.4 监测成果编制根据要求，及时向施工、设计、监理、业主提供监测成果资料，做到信息化施工。一般情况，提交周成果报告、月成果报告，特殊情况每天提交 1 次，并根据业主的要求定期提交专题分析报告（上述报告均应提交书面报告和电子文档报告）。当发生突变、异常或达到预警、报警值时，立即通过手机、电话、微信、QQ、云平台等网络形式向业主及相关部门汇报情况，同时提交书面预警和报警成果报告，并深入现场同施工单位共同分析原因，形成专题分析报告，协助设计提出相应技术对策，以便采取处理措施。当监测工作结束后 1 个月内，提交监测分析总报告9。2.5 信息化管理为了第一时间将施工过程中得到的由监测成果所反映出的重要信息反馈给施工等相关单位，充分利用电子网络等现代高科技手段，结合口头、微信、QQ、电话、监测信息平台等手段，力争将监测成果准确、及时地进行反馈，充分发挥施工监测工作的作用。3 结束语目前，我国高速公路建设在迅速发展，施工过程中难免有不同范围的不稳定地质影响施工及运营安全，监控量测工作是施工的重点，自动化监测方法操作简单，工作量小，通过几种监测方法的合理组合，取得的大量可靠监测资料，可以全天候动态监视工程建筑物及堆积体区域的状态变化和工作情况，在发生异常情况时，及时分析原因，采取加固措施，为动态设计加固提供可靠的数据依据，以保证施工及运营安全。参考文献：1高华，刘建华.GNSS 监测系统在伊敏露天矿的应用J.露天采矿技术，2014,（1）:60-61.2南京葛南实业有限公司.GN-1B 固定式测斜仪使用说明书Z.2010.3汤超华.基于测斜技术的地质灾害深部位移监测系统设计J.中国金属通报，2022,（11）:219-221.4宫泽.西湾露天矿边坡变形监测与参数优化研究D.西安：西安科技大学，2018.5池君洲.排矸场边坡 GPS 变形监测系统J.煤炭工程，2010,（9）:116-118.6胡仲春，任高峰，崔云龙.软土基坑支护体系监测的自动化管理A.第 2 届全国工程安全与防护学术会议论文集C.2010.7四川葛南仪器.GN-1B 固定式测斜仪说明Z.2020.8上海司南卫星导航技术有限公司.上海司南 GNSS 自动化大坝在线监测技术方案Z.2013.9陈刚,赵保川.山区高速公路施工安全问题的原因分析及对策研究J.云南水力发电，2023,（2）:233-236.