高速公路邊坡變形監測與分析

張杰

摘 要：高速公路是連接地區與地區之間的重要交通方式，在推進我國現代化經濟建設的過程中，高速公路的建設也是一直被作為一項重要的基礎設施建設任務，尤其對于一些邊遠山區來說，高速公路是當下最便捷、性價比最高的一種交通方式。但當前在山區進行高速公路建設仍然有一定的難度，尤其在邊坡工程的施工中，需要更高水平的施工技術和更精密的數據分析，從而維護高速公路邊坡工程的穩定性。本文通過對具體的高速公路邊坡變形問題進行分析，探討高速公路邊坡監測方法、監測標準等方面的具體內容，為利用監測數據分析邊坡變形狀態，維護高速公路邊坡的穩定性提供參考。

關鍵詞：高速公路;邊坡工程;變形監測

中圖分類號：U416.14 文獻標識碼：A

0 引言

高速公路邊坡變形產生的病害是引發公路交通安全事故的一項重要原因，尤其在我國的交通運輸網布局拓展到山地地區后，更復雜的地形地勢情況以及特殊的地質問題，使滑坡災害的發生更加頻繁，對我國社會經濟的發展造成了較大的破壞。因此，我們需要對高速公路邊坡變形情況展開監測與分析，實時了解邊坡的內部狀態、位置偏移和相應的地形變化規律，從而形成準確的滑坡災害預報、預警機制，保護人民生命安全和社會財產安全。

高速公路邊坡變形監測工作主要包括測定滑體的具體邊界、定期監測滑體的滑動量、確定滑動線的方向及其滑動速度，從而保障高速公路的交通安全。在具體的高速公路邊坡變形監測工作中，通常使用倒垂、引線等正軌技術手段，但在一些外部監測工作中，還會應用大地測量學原理，應用現代化測量方法和先進的精密測量儀器展開外部監測，而為了保障測量結果的準確性和真實性，減少測量誤差，需要進行多次的重復監測。目前，高速公路邊坡變形監測領域已經形成了較為成熟的監測體系，出現了多種監測方法，其中對位移變形測量效果較好的方法有前方交會和極坐標法。同時，隨著社會科技的快速發展，定位系統以及科技含量更高的全站儀等監測工具的出現和應用，進一步提高了監測技術水平，本篇文章對應用全站儀進行高速公路邊坡變形監測與分析工作展開討論與研究。

1 高速公路邊坡變形監測案例概述

案例中的高速公路邊坡位于我國南方某山地城市，該高速公路的邊坡采用錨索框架梁植草加固的方法，其邊坡長度有兩百米，最高處有三十五米;當地屬于丘陵地區，地形地貌復雜，坡度較大，邊坡經歷過一次全斷面開挖卸載，坡腳處沒有支撐點，在高強度降水的影響下，煤系地層的強度大幅度降低，坡腳的承載能力嚴重不足;該邊坡的地層較為脆弱，其中表層由粉質黏土構成，帶有沙粒狀的手感，下層由粉砂巖和頁巖構成，受到強烈的風化作用，巖質較軟，其中摻雜有脆性較大的劣質煤;巖層的整體走向與路線接近垂直。該路段多處出現坍塌現象，為了獲取準確的邊坡變形數據，為后續的道路加固、改造工作提供數據支撐，需要對該路段進行邊坡變形監測。

2 全站儀以及極坐標監測法相關概述

社會科學技術的進步推動著邊坡工程監測工具的快速發展，當前高速公路邊坡變形監測工作中所使用的測量工具在靈敏度和精密程度上都有了巨大的提升。如以人工智能技術為基礎研發的高速公路邊坡變形測地機器人使我們在邊坡變形監測的辨識、跟蹤、搜索和精準查找工作環節的效率大幅度提升，在距離、角度和三維坐標等信息的獲取上更加的準確。監測過程的智能化、自動化可以在較小尺度的局部坐標的監測時，使監測工作具備更強的靈活性、便捷性和精準性。徠卡TS60具備這樣的功能，是當前邊坡工程監測中所廣泛使用的一種全站儀。

2.1 徠卡TS60全站儀的相關概述

徠卡TS60全站儀配備有先進的映像傳感器、馬達傳感器等多種硬件，這些硬件使其不僅具備高精度的識別、搜尋和查找功能，能準確的測量角度、距離和三維坐標，同時也可以實現自動校準，完成觀察和記錄工作。除了具有科技含量高的硬件，優秀的機載控制軟件也是徠卡TS60巨大優勢的重要原因之一，機載控制軟件的運行實現了全站儀的自動化，并且使全站儀具備了較高的學習性和成長性，在實際工作中，使用者能夠根據作業需求進行機載應用程序的設計開發，增強全站儀的實用性，使全站儀具有廣泛的適用性。

2.2 極坐標差分監測法相關概述

極坐標差分監測法要求在監測地點之外選擇合適的位置，建立穩定的工作基點網，并在每個測量周期，按照測量坐標原理，采集變形點的斜距、天頂距、水平角等數據，然后將參考基準線的數據與采集的真實數據進行對比，根據數據對比結果，分析外部影響因素，并進行調整，以使監測結果更加準確。在最大限度減少外部影響因素和儀器本身的影響后，將數值差異與變形點觀測值按照要求進行運算，從而得出變形點的準確坐標。通常變形監測點的建立包括測站點、參考點、目標點這三部分。測站點就是測量儀器的位置，參考點的設立是為了使具體變形量數據更加準確，目標點則是能夠用于獲取變形點信息數據的點。利用這三點的信息和測量儀器得到的數據，能夠準確的顯示邊坡變形的具體狀態。

3 高速公路邊坡變形監測與分析具體措施

邊坡按其成因可分為自然邊坡和人工邊坡，按介質成份可分為土質邊坡和巖質邊坡。對于不同的邊坡工程，其成因、組成成份各不相同，地質構造和地應力的分布更是千差萬別，這樣就決定了邊坡監測是一個復雜的系統工程，它不僅跟監測手段的高低與儀器設備的優劣息息相關，也與監測技術人員對巖土體介質的了解程度和工程情況的掌握程度密不可分。邊坡變形不僅破壞自然環境，而且會對人民生命財產造成巨大損失。監測控制是預防邊坡災害的有效途徑。每一種監測方法都有其特點和適用范圍，監測人員應該在充分了解工程地質的基礎上，結合邊坡等級、邊坡變形所處的階段、邊坡加固結構特點制定合適的監測與分析措施。

高速公路邊坡監測的具體目的包括掌握該高速公路邊坡的變形發展方向、大小和發展趨勢等基本信息、進一步了解主要滑動區域部位潛在的巖體變形情況、在觀測過程中分析邊坡滑動變形的影響因素、預測山體變形情況并進行預報，最終形成治理邊坡變形的具體策略和措施，為高速公路的正常、安全使用保駕護航。具體來說，高速公路邊坡變形監測與分析的具體措施包括以下幾個方面：

3.1 建設工作基點

工作基準點應該設置在地形平坦、地質結構穩定的區域，在這一標準要求下，分別在山頂、山洼、山坡上選擇三處合適的地方埋設三個水準基點，并用混凝土對基點進行加固。然后根據高速公路邊坡的實際變形情況，設置相應數量的監測點，并對監測點進行編號，確保數據管理的便捷性。

3.2 外業數據采集

首先對埋設好的監測點進行逐一觀測，以觀測數據為元素建立概略坐標X、H、Y的坐標數據庫，數據庫中原始數據、信息的準確度和精度越高，后期各個觀測點進行自動化觀測得到的數據就會越精準，因此要確保人工觀測數據的準確性，并在數據積累到一定程度時，及時對數據庫的相應數據信息進行修正。在正式開展監測工作時，考慮到距離遠近對坐標精準度的影響，應該盡可能的以距離監測位置更近的基準網點作為基準站和參考站。在觀測時，將全站儀放到基準站最高的觀測點上，并對儀器進行調整、調試，設置好觀測點集、觀測順序和測回數。然后全站儀會以數據庫中的坐標信息為基礎展開自動測定，測量出具體的方位角、斜距、天頂距等數值并進行記錄。為了保障觀測數據的準確性，要盡量減少外部因素對觀測過程的影響，如減少陽光直射，降低觀測數據的離散程度，在下雨天氣，要及時清理棱鏡上的雨水和灰塵，提高全站儀的精準和速度。通常情況下，選擇在良好天氣進行監測，能夠使觀測數據更加準確。

3.3 邊坡變形監測數據的分析

利用數據處理工作站的計算機對全站儀觀測并記錄的斜距、天頂距、水平角等多種數據信息進行處理，應用標準觀測值計算公式，并借助現代計算機技術和專門的計算軟件對數據進行計算與分析，從而得出觀測點精確的三維坐標、位移量等信息。這種數據處理方式能夠支撐高速公路變形趨勢和變形量的預測分析。

4 結語

高速公路邊坡變形監測具有積極的現實意義，在現代高速公路建設工程中占有十分重要的地位，一直以來都受到社會各界的廣泛關注。通過提高邊坡變形監測工作的質量，充分利用現代化監測設備與工具，提高監測數據的準確性和觀測效率，為后續高速公路邊坡改造工程提供有力的數據支撐，推動我國交通事業的進一步發展。

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