自動化監測預警系統在邊坡監測工程中的應用

路學愛

（甘肅第三建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

在巖土工程中，由于邊坡結構可能會受設計坡角和自然因素的影響，受到巖土重力或振動力的作用下可能會出現崩塌或滑坡等地質問題,因此，邊坡穩定性是關鍵問題之一。大范圍的邊坡巖和土體破壞可能會導致交通中斷、水庫淤填、建筑倒塌等嚴重的地質災害，因此為了提高巖土工程穩定性，有必要加強邊坡監測力度，針對項目區域高邊坡進行安全監測，但是傳統的監測手段大多利用全站儀或經緯儀等設備進行人為監測，耗費大量人力、物力和時間，但監測效果不盡如人意。自動化監測預警系統的應用，則可以有效地彌補傳統監測手段存在的不足，實現邊坡監測工程的自動化、動態化開展，能夠在確保監測精度的同時提高監測效率。

1.自動化監測預警系統

1.1 系統構成分析

主要結構：該邊坡自動化監測預警系統是一個以Web 為基準的多路分布式光纖故障監控系統，由現場多個監測單元與測試系統主控計算機構成，子站和主站利用無線通信GPRS 實現通信以及數據交互，客戶端選擇了瀏覽器界面，操作便利且方便后續的維護工作。

遠程監測站：其主要結構有測試單元RTU 與機箱機架等，RTU 的功能性主要表現在兩個方面。一方面，為運用OTDR 測試模塊來收集線路中的信息，并轉換為統一格式，之后利用無線網絡傳輸的方式發送到監測中心站，由主控計算機來接受并處理信息；另一方面，為執行監測中心站主控計算機下達的指令，根據有關標準實現部分測試任務，按照RTU 指令需要將待測試光纖轉到和OTDR 連接好的光路中，利用單個的OTDR實現多路光纖的自動化監測。

主控計算機：其一般功能模塊包含預警模塊、數據收集模塊、Web 服務模塊等，邊坡安全管理用戶能夠運用網絡來控制主控計算機，針對遠程監測站RTU 下達的命令，利用點名監測等方法來定位監測光纖的故障位置，掌握不同路光纖的具體運作信息[1]。

1.2 主要功能

光時域反射測試功能：光時域反射檢測是檢測有無光纖故障的關鍵方法，系統主要有點名監測與定期監測兩種方法，可以實現線路的實時預警。定期監測是結合邊坡工程基本特性以及安全管理需求，針對光纖制定的針對性監測方案，定期監測完成后RTU 可以將每個光纖OTDR 監測信息利用無線通信的方式傳輸到TSC，以供預警處理。而點名監測則是按照臨時需求設定一定的檢測參數，對檢測對象進行重點監測。

故障報警處理功能：遠程監測站RTU 在完成路由表檢測工作之后，RTU 可以將檢測出的數據傳輸到主控計算機，而主控計算機在接收到信息文件之后，再根據監測預警平臺將測試曲線及參考曲線進行比對分析，從而得出是否存在故障問題，若測試曲線存在較大偏差，那么系統會檢查故障位置和特點。根據預定的方法路徑發送故障報警，期間會將告警時間與告警等級等信息進行記錄，生成告警記錄信息。告警本身也能根據被檢測位置劃分為光纖或系統告警，并且根據故障的基本特征和嚴重程度劃分為3 個類別與4 個等級區間，比如通信故障告警、光纖故障告警、電源故障告警等。根據告警嚴重性發動對應的聲音與顏色反饋，在出現告警時，屏幕會將基本故障信息顯示出來，光纖拓撲圖中也會利用不同的顏色來表示告警等級，也可以利用信息提醒的方式告知維護人員。

數據查詢報表功能：運用數據庫可以構建監測站與主控計算機數據庫系統，服務器能夠提供光纖路數的信息資料存儲服務，有助于系統進行信息數據的分類和統計處理。并且系統還能提供監測邊坡光纖監測動態化告警信息，以及維護處理的統計報表。

系統配置功能：在主控計算機主站中，用戶能夠利用對應的軟件來配置或調整被監測光纖路線的名字和設備端口等，建立光纖端口和對應路由的關系，設定不同光纖路由和開關端口的對應關系。結合輸入到數據庫中的信息自動構建邊坡監測站RTU 分布圖和不同RTU 的監測分布圖，以及被監測光纖故障點分布圖等，也能夠針對這些視圖進行修改調整，包含監測站和光纖等，可以設計警告限制條件和測試周期等。五是用戶管理功能。為確保系統能夠穩定運作，系統用戶權限設計為分級制，用戶權限劃分為普通操作員與管理員，分別具有不同的權限內容，相比之下管理員具備更高的權限，而且可以對普通用戶權限進行調整，明確用戶操作權限的范圍，從而確保邊坡安全監測預警網絡的運行穩定性[2]。

2.邊坡監測工程中自動化監測預警系統應用的重要意義

邊坡監測工程在實際開展的過程中，由于涉及內容相對較多，而且具有復雜性特點，為實現對各項工作的優化，則應該加強創新的同時，充分認識到自動化監測預警系統運用的重要意義，進而制定針對性應用方案，分析各個環節運行效果，進而實現有效創新與優化，為后續工作的順利進行提供幫助。在實踐應用過程中，自動監測預警系統在實踐應用環節能夠將自身的優勢發揮，需要得到廣泛重視，進而對光時域反射測試功能、故障報警處理功能、數據查詢報表功能、系統配置功能、用戶管理功能有著充足了解，將其貫穿到邊坡監測工程的各個環節，并適當地對功能進行調整，將其優勢更加全面地發揮。與此同時，在實踐探究工程中應用時，還應該圍繞各項工作展開分析，并對某項公正影響效果進行探討，對系統存在的問題制定針對性解決方案，實現有效創新的同時，保證系統運行的穩定性。但仍要注意由于受地質環境的影響，導致檢測效果會有不確定因素，所以必須完善技術應用，并創新多樣化應用方案，遵循實踐工程展開原則，有效控制實踐數據檢測誤差，保證監測點布置的合理性，并通過子系統的創新應用，為后續監測工作的順利進行奠定基礎。

3.自動化監測預警系統在邊坡監測工程中的具體應用

3.1 地表巡視情況

某邊坡監測工程于2019 年9 月初正式進場實施，在當天地表巡視期間發現ZK5 周圍沿路基方向1 m 位置出現了一條裂縫，后緣滑壁貫通良好，長度在120 m 左右，大里程端和垮塌破口貫通，錯高10 cm 寬15 cm，剪出口在B 匝道附近，順著剪出口上緣地面能夠發現一個扇形的裂縫，勘查過程中也了解到這一剪出口裂縫仍然處于不斷發展的階段。之后在滑坡壁后20 cm 的位置也發現了新的牽引裂縫，觀測縫寬度只有3 mm左右，可見長度只有3 m，這也能夠證明滑坡中上段存在牽引式滑坡現象。在當月月底時，滑坡后壁發生了顯著變化，裂縫寬度達到了30cm，錯高在10～40 cm，剪出口也出現了嚴重的膨脹現象，滑坡前方存在推移特點[3]。

3.2 深部位移監測結果

測斜管底部位于穩定地層，作為水平位移零點，不同點的累積位移便是相對孔底位移的累加值，按照測斜管測槽的具體位置和方向，位移設定為x 主滑方向、y 平行線走向及合位移方向，兩者皆為方向的矢量和。位移方向標準有以下：x 方向作為垂直線路的主要方向，正方向指向坡體正下位置，也是主滑方向。Y 方向便是平行線走向，正方向指向起點方向，結合兩種位移情況能夠經過分析來找到合位移方向的累積位移情況。按照三種位移情況，能夠推斷出滑動面的深度和位移速度，又結合深部位移檢測結果進行分析，能夠了解到不同部位的檢測孔累積位移情況。將9 月1 日作為起始日期，計算1 日至30日整月的檢測孔周期累積位移，并根據監測結果來繪制實踐曲線圖，為后續的分析工作打下基礎。

3.3 深部位移監測分析

在檢測工作開始之初，滑坡周邊的監測孔部分因坡體位移情況較為明顯，滑動變形較大，且在成孔后一段時間內受到不同程度破壞。監測孔在當月5 號時便開始深部位移監測，經監測得到的數據信息能夠了解到孔深15 m 左右的深度便開始出現位移突變的現象，由此能夠判斷該位置周邊的滑動面積深度在15 m 左右。在10 號時，該監測孔的x 方向累積位移最大已經達到了130 mm，y 方向累積位移也達到了65 mm 以上，合位移累積量最大達到了146.6 mm。

3.4 綜合性分析

根據上述的地表巡視和深部位移，以及該地區的地下水監測情況和已有的地質信息進行綜合性分析，其結果如下：滑坡機理表現為邊坡開挖主要為從上至下的程序，但卸荷疏松導致了開挖路塹邊坡向著臨空面的方向發生形變。邊坡開挖揭露至泥巖部位，在與空氣充分接觸后其強度也發生明顯變化，強度不斷降低，同時泥巖層面屬于外傾順層面，路塹邊坡開挖時不斷滑動從而形成了泥巖層面局部滑坡現象，而前緣部分滑坡牽引上部坡體的形變，導致滑坡現象越來越嚴重。滑坡會形成一定推力，帶動前部巖土體移動，在前滑坡邊沿位置產生推移滑坡，并且滑坡從最初開挖時，前沿低面反翹剪出，前沿推動滑坡滑動，使得后沿滑坡多為牽引滑坡，對前緣產生的推移滑坡，之后轉變為牽引和推移滑坡共存且相互影響，導致滑坡問題越來越嚴重；邊坡穩定性亟需加強，至月底時滑坡依然在不斷變形[4]。

4.結語

對于邊坡監測工程來說，自動化監測預警系統的應用相較于傳統監測系統具有顯著優勢，能夠實現邊坡形變情況的比對分析，并且清晰地反饋出變形位置和變形情況，分析滑動面的深度，保證邊坡安全性和穩定性的同時提高了滑坡監測工程智能化、信息化水平。自動化監測預警系統有效改善了以往監測手段精度差、成本高、效率不佳等現狀，監測數據更加準確，對后續施工設計帶來了可靠的設計依據。