1工程概况

全国道路建设速度在加快，而人为地改变自然环境面貌，极易导致边坡失稳破坏。尤其在东南部及东部地区，多位于丘陵平原地带，雨季较长，降水量较大，河流、湖泊相对较多，这些地区多为淤泥，淤泥质黏土，土的含水量较高，高膨胀性，其稳定性较差。如某道路项目大部分边坡高度超过20m，最大填方边坡高度约120m，最大挖方边坡高度约74m。区域存在着不良地质条件，边坡稳定性问题突出，成为影响道路建设施工与运行安全的重要因素之一。在这样的土质上建设道路，首要的问题就是要控制路基的沉降，特别是在软土路基上修筑较高的路堤，若无法有效增加路基的整体稳定性，其路基的剪切强度不足会导致高路堤侧向整体滑动；路基的不均匀沉降导致路面衔接不平顺以至于行车过程容易出现跳车现象，给驾驶员造成一定安全隐患；易在不均匀沉降的地方形成凹陷的坑槽导致雨水难以排掉。因此，路基及路堤的沉降监测便成为施工期间一个必不可少的环节，可在边坡发生危险前发出警报信息进而提前采取措施保证施工的安全进行。高效率、高精度的智能监测是今后最为普遍的沉降监测方法。

2边坡智能监测系统的实现

2.1传感器选型

为了获取高边坡施工期和运营期的变形数据，为边坡安全风险识别和预警防护提供判断依据，有必要在易发生大变形的高边坡重点断面布设无线传输、高精度、全深度的感知元件，构建自主无人的高精度边坡位移智能监测体系。GNSS表面位移系统通过与卫星进行数据交互，能实时高精监测边坡的表面位移状况，可取代传统人工测量，适用于恶劣环境的长时监测，降低了使用成本，缩短了监测周期，在地灾预警和工程监测领域具有很强的应用价值。无线深部测斜仪通过钻孔将传感器埋设于高边坡不同深度处，感知深部的水平位移发展规律，明确边坡潜在的滑动面，可有效提高道路高边坡监测预警的准确性和便捷性。因此，本文主要采用以上两种手段对道路高边坡和深挖方进行监测分析。

2.2传感器位置

本项目的重点监测指标为高填方的坡顶表面位移、深层水平位移，深挖方的坡顶表面位移等。拟将GNSS表面位移监测系统布设于5个监测点，分别位于跑道北端的西北角高填方区域的1个监测点、跑道中部西侧高填方的2个监测点、以及位于跑道中部东侧深挖方的2个监测点。对于无线深部测斜仪，考虑在跑道北端的西北角和跑道中部的高填方区域分布布设监测断面1和监测断面2，每个监测断面均在坡顶、坡中和坡脚分别布设无线深部测斜仪，用以监测边坡深层水平位移的变化情况。

2.3安装施工

（1）GNSS表面位移监测系统修建GNSS监测站观测墩应浇筑安装强制对中标志，并要严格整平，墩外部或内部应加装适合线缆进出的硬制管道，起到保护作用，且GNSS观测墩采用钢筋混凝土现场浇筑的施工方式，混凝土墩深度约50cm。（2）无线深部测斜仪在边坡逐层填筑时，每层填筑后，在表面打孔、埋设固定式测斜仪，根据监测需求相隔一定深度设置一个测点，实际测点设置位置根据现场情况确定；用无线固定式测斜仪测量测斜管的倾斜，同时测量测斜管的有效深度，根据孔深和管口高程计算孔底高程；在安装仪器时使用安全钢缆，保证仪器在进入测斜管内意外脱落时可用安全绳将仪器拉回。在测斜管上端组件固定的同时，将另一组传感器、滑轮组件和万向节连接并降至同一方向；传感器沉入钻孔后，将电缆盘起，随着仪器的下沉，逐渐放入，以免电缆相互干扰。伴随着施工进度，P90+15和P172+5两个断面的边坡监测传感器的施工安装工作已完成，每个断面分别埋设了一组GNSS表面位移监测系统和一组无线深部测斜仪。安装完成后即开始施工期监测分析。GNSS的监测日期为2021年11月20日至2022年2月27日，无线固定式测斜仪的监测日期为2021年11月22日至2022年2月27日。监测频率均为1次/小时。

3结果分析

通过高边坡位移智能监测体系初步获取了施工期一段时间的边坡位移数据，通过对数据的分析和挖掘研究，可以得出道路施工期内高边坡的稳定性情况，为运营期全寿命周期监测预警建立基础。

3.1GNSS表面位移监测系统结果分析

以GNSS-2为例，分析边坡坡面的水平和垂直位移时程曲线，其中disx为测点正北方向位移，disy为正东方向位移，disz为垂直方向位移，disd为平面合位移，disD为空间合位移，计算公式如下：由图可知，disx的变化相对平稳，波动范围为-3~10mm，监测期间基本稳定，累计位移量约8mm。disy在-5mm左右波动，监测期间基本稳定，累计位移量约-5mm。disz随着时间的推移，逐渐缓慢增长，截至2月底，累计位移量约15mm。从GNSS-2监测点位的监测结果可以得出，边坡整体位移量较小，2号监测点的累计最大水平位移9.4mm，其中2022年2月份边坡水平位移平均变化速率约为0.05mm/d。期间虽偶尔出现突变数据，但变形短时内恢复，且异常数据数值也较小，分析可能的原因是施工期附近有车辆经过或周边土体堆载施工等因素引起。边坡坡面的监测位移基本保持平稳，两处边坡整体保持稳定。垂直位移量随着时间推移缓慢增长，累计垂直位移量约为15mm，2022年2月份的边坡垂直平均位移速率约0.11mm/d。

3.2无线固定式测斜仪监测结果分析

以无线固定式测斜仪1的数据分析为例，其监测断面为P90+15，其中1-1、1-2、1-3、1-4分别表示距离传感器所在位置坡面表面10m、20m、30m和40m的不同深度的截面。

图1为无线固定测斜仪1

在2021年11月的位移时程曲线。由图可知，水平的X方向上，1-2截面的位移量高于其他三个截面，1-2截面的水平位移量随着时间的推移略有增长，但位移量仍处于较小值。水平的Y方向上，4个截面的位移量均极小，未发生水平位移。值得注意的是，水平的X和Y方向上，感知的位移量均在第1天出现一次突然波动，1-3截面的Y方向的值最大达到15mm，但迅速出现恢复。分析原因可能是边坡土体堆载施工引发边坡体的少量短时位移，但未对边坡整体稳定性造成影响。为了更清晰的分析每个边坡监测点不同深度处的水平位移状况，以无线深部测斜仪1为例，提取不同深度处的每周的水平位移量，绘制图2为无线深部测斜仪1的监测断面在不同深度处水平位移曲线。需要说明的是，对于施工期堆载等外部客观因素引起的深部位移临时突变，本分析认为不影响整体稳定而予以剔除。由图2可以分析得出X方向截面1-2水平位移随着时间变大，位移量也大于其他截面，但位移绝对数值尚未超过1mm；Y方向各深度截面的水平位移量均较小，不同深度均未发生水平位移。从图2数据分析可知，监测点的不同深度的水平位移变动幅度较小，位移曲线无发散趋势，施工期边坡处于较为稳定的状态。

图 2深部水平位移分布（无线深部测斜仪 1）

4边坡位移预警分析

建立边坡位移智能监测系统后，可以实时获得边坡的位移数据，但同时还需要给出边坡位移的预警值，才能实现风险提前预警，降低风险事故的发生概率。本文在结合国内主要边坡监测项目及预警值选择的研究基础上，结合公路边坡监测的经验，初步提出高边坡的施工期及运营期的监测预警值，如表1所示。根据目前边坡监测的数据分析可知，坡面水平位移累计值9.4mm、2月份平均变化速率0.05mm/d；坡面垂直位移累计值15mm、2月份平均变化速率0.11mm/d；深部水平位移最大累计值0.5mm，2月份最大平均变化速率0.003mm/d，三项指标均未达到预警值，边坡整体稳定，无安全预警风险。

表 1机场高边坡的施工期及运营期的监测推荐预警值

5结论与思考

本文依托于智慧道路项目，建立了GNSS表面位移监测系统以及深部测斜仪系统，实时监测高边坡施工期表面及深层位移，以期实现道路边坡施工期的稳定评价和提前预警。本文介绍了以GNSS表面位移监测系统和无线深部测斜仪为主体的边坡监测系统的布设原理和安装方式，利用实时监测数据分析施工期边坡变形规律，并对比开展了风险预警分析。得出以下结论：（1）高边坡的表面整体位移量较小，稳定阶段的累计最大水平位移均不超过15mm，本期施工阶段的边坡三向表面位移状况稳定。（2）边坡的深部水平位移量变动幅度均较小，不同深度的水平位移曲线均无显著发散趋势，边坡深部水平向位移变形保持稳定。（3）总体而言，本期施工阶段的边坡稳定性较好，监测指标未超过推荐阈值，未出现失稳、滑坡等风险状况。后期将通过长效高频的实时监测，为后续施工和运管管理提供边坡稳定性评价和风险预警。

参考文献：

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