库岸路堑高边坡自动化监测方案

崔秀宏 王立法 吕昌思

摘 要:依托某水库库岸路堑高边坡内部开挖放水隧洞工程,根据现场勘测,对其危险区域进行安全监测方案设计。通过整合应用表面三维位移监测、土压力监测、深层位移监测,利用远程数据传输及控制技术,实现对该处库岸高边坡无人值守的实时安全监控,可为同类工程的安全监测设计提供了积极的工程参考。

关键词:库岸边坡滑坡自动化监测

中图分类号:TU35 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0116-01

滑坡是指在一定地形、地质条件下,受外界条件变化的影响,破坏了边坡内部原有的力学平衡条件,使得边坡上的不稳定岩土体在自重或其他荷载的共同作用下,沿一定的软弱带移动破坏的一种不良地质现象[1]。根椐不完全统计世界上70%的滑坡都不同程度地与人类工程建设活动有关[2]。近年来,随着我国水利水电、公路、铁路、采矿工程等基础建设项目的不断增加,发生在不良地质条件下的工程活动日益增多,加强对危险边坡的安全监测、推动边坡安全监测技术的发展,已成为工程领域的重要发展方向。本文依托山东某大型水库施工期库岸边坡稳定监测项目,对该类工程的安全监测技术进行了探讨。

1 工程概况

山东省某水库,肩负着供水、灌溉、防洪、补源等重要任务。由于设施结构老化等因素,原放水洞已不能满足实际需求,设计在水库西北侧的山体内部开挖新的水工隧洞。其上部为陡峭岩质边坡,易发生碎石滚落;中部设有砌石路堑挡土墙,墙体较高(约7-9m);下部以破碎石灰岩及强风化破碎页岩为主,局部区域存在明显的剪切斜裂缝,受降雨、行车震动等因素的影响,时有表层破碎岩体滑落。同时,整个山坡地表植被破坏较重,大量地表水入渗,曾出现多次出现孤石滚落或局部滑坡现象,属于重点监测滑坡体。

2 安全监测的必要性分析

支挡构造物通过提供外力支撑使边坡达到一定的力学平衡,但边坡内部岩土体力学作用复杂多变,从地质勘察到处治设计均难以完全考虑边坡内部的真实力学效应,仅基于简化计算进行的设计,安全性难以保证。因此,为达到消除工程隐患和减少重大工程事故发生的目的,加强边坡工程稳定性监测具有极其重要的意义[3]。

针对本工程,由于新水工隧洞施工不仅会产生较大的震动应力,同时还会破坏边坡内部原有的应力平衡条件,山体在力学平衡调整的过程中极易产生局部滑塌或崩落;同时,受交通荷载等附加应力的影响,易诱发下级坡体产生推动式滑坡。针对上述情况,单靠理论分析很难把握其稳定状态,必须建立实时的监测体系,随时掌握边坡的位移、内力变化情况和发展趋势,为工程加固和安全预警提供及时可靠地基础资料。

3 监测内容及技术方案

秉承整体稳定性监测为主,兼顾局部区域的稳定性监测的设计原则,根据边坡地质构造特点和潜在危险程度的大小,设计对该处库岸路堑高边坡以表面三维变形监测为主,同时进行土压力和深层位移监测,并根据施工进度及水文条件的变化,对监测内容和监测频率进行相应调整。该监测系统能胜任多测点、密测次的监测任务,可实现数据采集、分析及报警等实时监控功能。

3.1 表面三维变形监测

现场监测系统由全站仪、基准控制点及变形监测点组成。通过TCA2003自动监测全站仪对监测点棱镜按照设定周期进行观测,实时的把变形控制点的三维坐标传送至系统控制中心进行自动处理、分析和反馈。

3.2 墙后土压力监测

挡土墙土压力监测采用三层“分层分布式”结构。第一层由分布在挡土墙后的土压力盒传感器组成;第二层由数据采集仪(MCU-32)组成;第三层由PC微机和服务器构成的计算机局域网络组成。数据采集装置对土压力盒按照设定周期采集信号,并实时的把土压力值传送至系统控制中心进行处理、分析和反馈。

3.3 深层位移监测

边坡整体滑动主要表现为深层蠕动变形,在初期变形量小、蠕动速度慢,但当位移累积到一定程度后,则表现为大面积、快速率的滑动,其引起的后果不堪想象。因此,在下部滑坡体内埋设五根测斜导管,由测斜仪根据设定周期对坡体深层位移进行量测,并实时的将监测数值传输回控制中心,对其进行分析、处理。

4 监测系统远程自动化集成

本监测方案中:表面位移监测系统、土压力监测系统及深层位移监测系统的数据采集终端与上位机(台式、手提电脑,服务器等)均能实现无线数据传输,以实现整个监测系统的远程无人值守的自动化监测,可通过合理设置预警阀值[4],实现对监测工程的危险预警。(如图1)

5 建议与结论

(1)通过监测终端、通讯方式及远程控制技术的整合,可实现工程运营安全远程无人值守的自动化监测,利于在工程项目中实现物联网,并能极大的优化资源配置。

(2)文中应用的安全监测系统,可广泛应用于设有抗滑(如抗滑桩等)或其他支挡结构(如挡土墙等)的危险高边坡的稳定性监测,具有施工简便、安全可靠的特点。

参考文献

[1] 向俊红.概论滑坡稳定性影响因素[J].铁道勘察,2009(4).

[2] 韩建设.岩土工程中滑坡监测的主要技术方法简述[J].西北水电,2002(2).

[3] 南京水利科学研究院勘察设计院,常州金土木工程仪器有限公司.岩土工程安全监测手册(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

[4] 周小文,包伟力,吴昌瑜,等.现代化堤防安全监测与预警系统模式研究[J].水利学报,2002(6).