庫岸路塹高邊坡自動化監測方案

崔秀宏 王立法 呂昌思

摘 要:依托某水庫庫岸路塹高邊坡內部開挖放水隧洞工程,根據現場勘測,對其危險區域進行安全監測方案設計。通過整合應用表面三維位移監測、土壓力監測、深層位移監測,利用遠程數據傳輸及控制技術,實現對該處庫岸高邊坡無人值守的實時安全監控,可為同類工程的安全監測設計提供了積極的工程參考。

關鍵詞:庫岸邊坡滑坡自動化監測

中圖分類號:TU35 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0116-01

滑坡是指在一定地形、地質條件下,受外界條件變化的影響,破壞了邊坡內部原有的力學平衡條件,使得邊坡上的不穩定巖土體在自重或其他荷載的共同作用下,沿一定的軟弱帶移動破壞的一種不良地質現象[1]。根椐不完全統計世界上70%的滑坡都不同程度地與人類工程建設活動有關[2]。近年來,隨著我國水利水電、公路、鐵路、采礦工程等基礎建設項目的不斷增加,發生在不良地質條件下的工程活動日益增多,加強對危險邊坡的安全監測、推動邊坡安全監測技術的發展,已成為工程領域的重要發展方向。本文依托山東某大型水庫施工期庫岸邊坡穩定監測項目,對該類工程的安全監測技術進行了探討。

1 工程概況

山東省某水庫,肩負著供水、灌溉、防洪、補源等重要任務。由于設施結構老化等因素,原放水洞已不能滿足實際需求,設計在水庫西北側的山體內部開挖新的水工隧洞。其上部為陡峭巖質邊坡,易發生碎石滾落;中部設有砌石路塹擋土墻,墻體較高(約7-9m);下部以破碎石灰巖及強風化破碎頁巖為主,局部區域存在明顯的剪切斜裂縫,受降雨、行車震動等因素的影響,時有表層破碎巖體滑落。同時,整個山坡地表植被破壞較重,大量地表水入滲,曾出現多次出現孤石滾落或局部滑坡現象,屬于重點監測滑坡體。

2 安全監測的必要性分析

支擋構造物通過提供外力支撐使邊坡達到一定的力學平衡,但邊坡內部巖土體力學作用復雜多變,從地質勘察到處治設計均難以完全考慮邊坡內部的真實力學效應,僅基于簡化計算進行的設計,安全性難以保證。因此,為達到消除工程隱患和減少重大工程事故發生的目的,加強邊坡工程穩定性監測具有極其重要的意義[3]。

針對本工程,由于新水工隧洞施工不僅會產生較大的震動應力,同時還會破壞邊坡內部原有的應力平衡條件,山體在力學平衡調整的過程中極易產生局部滑塌或崩落;同時,受交通荷載等附加應力的影響,易誘發下級坡體產生推動式滑坡。針對上述情況,單靠理論分析很難把握其穩定狀態,必須建立實時的監測體系,隨時掌握邊坡的位移、內力變化情況和發展趨勢,為工程加固和安全預警提供及時可靠地基礎資料。

3 監測內容及技術方案

秉承整體穩定性監測為主,兼顧局部區域的穩定性監測的設計原則,根據邊坡地質構造特點和潛在危險程度的大小,設計對該處庫岸路塹高邊坡以表面三維變形監測為主,同時進行土壓力和深層位移監測,并根據施工進度及水文條件的變化,對監測內容和監測頻率進行相應調整。該監測系統能勝任多測點、密測次的監測任務,可實現數據采集、分析及報警等實時監控功能。

3.1 表面三維變形監測

現場監測系統由全站儀、基準控制點及變形監測點組成。通過TCA2003自動監測全站儀對監測點棱鏡按照設定周期進行觀測,實時的把變形控制點的三維坐標傳送至系統控制中心進行自動處理、分析和反饋。

3.2 墻后土壓力監測

擋土墻土壓力監測采用三層“分層分布式”結構。第一層由分布在擋土墻后的土壓力盒傳感器組成;第二層由數據采集儀(MCU-32)組成;第三層由PC微機和服務器構成的計算機局域網絡組成。數據采集裝置對土壓力盒按照設定周期采集信號,并實時的把土壓力值傳送至系統控制中心進行處理、分析和反饋。

3.3 深層位移監測

邊坡整體滑動主要表現為深層蠕動變形,在初期變形量小、蠕動速度慢,但當位移累積到一定程度后,則表現為大面積、快速率的滑動,其引起的后果不堪想象。因此,在下部滑坡體內埋設五根測斜導管,由測斜儀根據設定周期對坡體深層位移進行量測,并實時的將監測數值傳輸回控制中心,對其進行分析、處理。

4 監測系統遠程自動化集成

本監測方案中:表面位移監測系統、土壓力監測系統及深層位移監測系統的數據采集終端與上位機(臺式、手提電腦,服務器等)均能實現無線數據傳輸,以實現整個監測系統的遠程無人值守的自動化監測,可通過合理設置預警閥值[4],實現對監測工程的危險預警。(如圖1)

5 建議與結論

(1)通過監測終端、通訊方式及遠程控制技術的整合,可實現工程運營安全遠程無人值守的自動化監測,利于在工程項目中實現物聯網,并能極大的優化資源配置。

(2)文中應用的安全監測系統,可廣泛應用于設有抗滑(如抗滑樁等)或其他支擋結構(如擋土墻等)的危險高邊坡的穩定性監測,具有施工簡便、安全可靠的特點。

參考文獻

[1] 向俊紅.概論滑坡穩定性影響因素[J].鐵道勘察,2009(4).

[2] 韓建設.巖土工程中滑坡監測的主要技術方法簡述[J].西北水電,2002(2).

[3] 南京水利科學研究院勘察設計院,常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監測手冊(第二版)[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[4] 周小文,包偉力,吳昌瑜,等.現代化堤防安全監測與預警系統模式研究[J].水利學報,2002(6).