边坡位移自动监测系统在桐庐县某工程中的应用

余 忠，梅宗明，吴 博

（浙江省地矿建设有限公司，浙江·杭州 310012）

滑坡是我国常见的地质灾害之一，浙江省地处东南沿海，由于各种自然和社会经济原因，滑坡地质灾害危害较大[1-2]。近年来，浙江省发生多起重大滑坡灾害，均造成巨大的人员伤亡与经济损失[3-4]。2017年初，浙江省开展地质灾害隐患综合治理“除险安居”三年行动，提出要积极完善地灾防控体系建设，加强动态监测预警，强化避灾场所规范化建设管理，加强群众基本生活保障措施[5]。

通常采用经纬仪、全站仪等技术来实施对边坡的监测，然而传统监测方法往往只能以人工方式间断监测，耗费大量人力物力，受到气候地形地貌等条件限制，而且数据处理工作量大，结果反馈滞后[6]。近年来，GPS技术、互联网技术等飞速发展，使得边坡监测越来越向全天候、高精度、自动化方向发展[7-8]。本文结合桐庐县某地灾隐患治理工程施工过程中的自动化监测系统，介绍该系统的具体应用并分析监测数据结果。

1 工程概况

2015年3月，桐庐县分水镇城西村西坞后山出现滑坡隐患，坡脚挡土墙、格构梁等变形，局部发生剪切破坏；边坡后缘及两侧有断续的拉张裂缝，坡脚多幢民房墙体开裂、地面上拱开裂，滑坡变形迹象明显。后期在施工过程中，滑坡体局部也出现裂缝和垮塌。

根据设计文件该滑坡在极端天气引起的强降雨作用下，易发生失稳下滑。该滑坡总方量26.73万m3，为中型滑坡，主滑方向140，正对着城西村，滑坡一旦失稳，将威胁城西村56幢民居，村民62户共计233人，直接威胁城西村小学，潜在经济损失在5000万元以上。在治理施工过程中，要监测坡体的变形状况，预测、预报坡体的发展趋势，及时为施工提供预报数据，保证人员的安全和治理工程的顺利进行，对可能出现的险情及时发出警报，保障坡下居民的生命财产安全。

根据设计文件，本滑坡采用：分级削坡减载+坡脚挡墙+墙后回填反压+局部边坡锚杆护坡+系统截排水工程+绿化生态防护。对滑坡体进行削坡减载，自上而下共分为六级边坡，削坡总方量20.44万m3，回填压脚使用0.2万m3，外运20.24万m3[9]。现场情况见图1。

图1 施工现场图片Fig.1 Aerial view (a) and picture (b) of construction site

2 项目自动化监测系统

本项目监测内容为边坡表面位移监测、深部位移监测、地下水位监测以及边坡裂缝监测。项目前期主要采用传统的全站仪、测斜仪测量方法进行位移监测，但实践表明，前期的人工监测受天气等因素影响大，需耗费大量的人力物力，监测结果反馈滞后，监测精度也不如自动化监测高。后期边坡平台形成后采用自动化监测方法[10]。

2.1 表面位移自动监测

（1）自动化监测

采用全球导航卫星系统（GNSS）自动化监测方式对边坡表面位移进行实时自动化监测。其工作原理为：各GNSS监测点与参考点接收机实时接收GNSS信号，控制中心根据接收到的数据算出各监测点三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

自动化监测的优势在于：可不受地域限制随时掌握滑坡体的监测情况，及时掌握滑坡体监测预警信息；当危险源预警时，可通过手机接收预警信息，及时指挥应急处置与救援；预留外网访问该监测系统的功能，如果需要可以开放该端口，给上级安全监督主管单位。

（2）设备选型

根据系统的实际情况及所要达到的技术指标，并参照《全球定位导航系统测量规范》，表面位移监测系统选择上海某公司产监测专用接收机和配套天线罩。该设备能长时间连续工作，能够最大限度地满足滑坡体、水库大坝、尾矿坝、沉降等变形监测的需要。

（3）施工安装

开挖基础：在选定地址开挖到坚实土层（根据当地情况确定），具体施工严格按照图纸和规范要求施工。

钢筋笼绑扎：钢筋的加工、连接及安装应按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》标准进行施工；底座框架的尺寸为：高0.5m 1.2m见方的长方体，底座钢筋笼为两层结构，间距为30cm。

主体浇筑：观测墩采用现浇混凝土加315mm高强度PVC套管施工工艺，混凝土强度等级C30，水泥、石子、砂、水等须符合要求。

设备安装：立柱浇筑结束时要安装强制对中标志，并严格整平，并且预埋PVC管要贯通。立柱浇筑一周时间凝固后，进行GNSS和机柜的安装，采用全封闭式GNSS专用天线罩。观测墩顶部装强制对中器，顶端加工有5/8英制螺旋以固定GNSS天线。在机柜中，按数据传输路径，分别安装天线转换器、GNSS接收机、串口服务器等。现场设备完成效果见图2。

图2 现场监测设备Fig.2 Monitoring equipment

2.2 深部位移监测

（1）深部位移自动化监测

深部位移采用全自动化观测，由多支固定式测斜仪（由测杆、导向轮、连接软缆、传输电缆等组成）串联装在测斜管内，通过装在每个高程上的倾斜传感器，测量出被测结构物的倾斜角度，以此将结构物的变形曲线描述出来。同时其测值可计算出测杆标距长度500mm范围内的水平位移。固定式测斜仪可多支串联组装，亦可布设为一个测量单元独立工作，并可回收重复使用。固定式测斜仪能方便地实现倾斜测量自动化。软件亦接入华测自动化监测预警系统平台。

（2）施工安装

测斜管的埋设的方法采用钻机钻孔。钻孔：采用工程钻探机，采用φ108mm钻头钻孔，为了使管子顺利地完装到位一般都需比安装深度深一些，它的原则是每10m多钻深0.5m，以此类推。

清孔：钻头钻到预定位置后，不要立即提钻，需把泵接到清水里向下灌清水，直至泥浆水变成清混水为止，再提钻后立即安装。

测斜管埋设：测斜管的安装质量是测试效果的关键，管子一般长度为2m/根，连接的方法是采用插入连接法。管子安装到位后，需要调正方向后才能回填。露在地表上的测斜管要注意做好保护，盖上管盖，防止物体落入。安装完成后的测斜管要先用模拟测斜仪试放，保证模拟测斜仪顺测斜管能顺畅通过。

2.3 自动化监测预警系统平台

监测预警系统平台软件是由上海某公司针对滑坡、泥石流特征开发的系统软件。该监测软件web端为B/S架构设计，通过网页即可查询监测情况；软件功能多样化，有表面位移监测、内部位移监测、水位监测等19个监测项目，用户可根据具体情况在系统管理中选择功能项目；软件中监测变化数据将直观的用曲线的显示出来。

监测系统能自动采集数据、变形自动分析、自动预报预警、自动给出单次和累计测量数据动态曲线图及变形速率变化动态曲线图，并可对监测数据进行历史回放、趋势分析等。

根据监测体的类型、设计限差等设置不同级别的报警参数，自动评估监测体的安全状况，按预先设定的时间系统自动生成各监测手段的报表，同时通过短信、邮件等方式自动发给相关人员。

3 监测点布设及监测数据分析

3.1 表面位移自动监测分析

（1）监测点位布置

根据本项目实际情况结合设计方案布设点位，共设计7个监测点+1个基准点，GNSS监测点选址应满足监测要求。由于施工阶段影响，监测点布设在已成型平台上。现阶段已完成3个地表自动监测点的数据采集（114m平台一个，90m平台两个监测点），编号分别为GNSS1、GNSS2、GNSS3，并在滑坡区外布设了一个基准点（JZ01），如图3所示。

图3 表面位移与深部位移监测点位布置图Fig.3 Arrangement diagram of monitoring points of surface displacement and deep displacement

（2）数据及分析

监测点GNSS1、GNSS2、GNSS3于2017年11月4日开始取得数据，每间隔一小时采集一次数据，截至2018年1月12日，监测点GNSS1 GNSS2 GNSS3水平方向累计位移分别为1.2mm 0.8mm 1.4mm，垂直方向累计位移为1.0mm 0.6mm -1.6mm。总的来说，数据变化值较小，很多变化点可能是由于设备的系统误差形成的。

从地表自动监测点位移—时间曲线（水平位移）来看（见图4a），监测期间最大水平位移量不超过8mm，数据最大值未超过预警值（设计报警值为30mm）。从地表自动监测点位移—时间曲线（垂直位移）来看（见图4b），数据在曲线水平轴上下摆动，监测期间最大垂直位移量不超过14mm。

图4 地表监测点位移-时间曲线（垂直位移）Fig.4 Surface monitoring points displacement - time curve

3.2 深部位移自动监测分析

（1）监测点位布置

根据边坡的主滑方向，共布设2个深部位移自动化监测点，一个点位于66平台，另一个点位于58平台下部，编号分别为：Inmv4，Inmv1，于2017年10月24日组网成功，并开始接收数据。监测点点位布置如图3。

（2）数据及分析

监测点Inmv1，Inmv4每间隔一小时采集一次数据，截止2018年1月12日20:00，监测点Inmv1最大累计位移出现在20m孔深处，最大位移量为-2.3mm，监测点Inmv4最大累计位移均较小，这些数据均未超过报警值(监测报警值为±5mm·15m-1)。见表1。

从监测点Inmv1、Inmv4时间—位移曲线看（图5）：12月中旬开始，深部位移孔Inmv1在10m深度开始出现较小的位移，位移量均未超过4mm，其余深度在监测时段内均未出现明显位移；位移孔Inmv1在10m、20m深度有较小位移量。

表1 深部位移监测点不同深度位移量Table 1 Displacement of deep displacement monitoring point in different depth

图5 监测点不同深度时间—位移曲线Fig.5 Time-displacement curve of different depth in monitoring points

4 结语

边坡位移自动监测系统在本项目中的应用，实现了全天候监测预警，大大减轻了测量人员的工作量，减少数据处理等过程中的错误。

总体来看，监测点数据在监测期内较为稳定，表面位移监测点及深部位移监测点位移量均在设计允许范围内，位移无整体变大，曲线无明显上翘，滑坡现状稳定性较好，处于稳定状态。

综合监测数据成果及现场经验，对今后其他山体滑坡施工及监测提出如下建议：（1）在山体滑坡施工过程中，即使采用自动监测系统，遇到台风或强降雨天气或出现数据异常时也要加强对山体巡视、观察，继续开展对滑坡的群测群防工作，密切关注滑坡体的变形趋势；（2）监测结果的输出表现形式需要进一步优化，特别是需要减少系统误差对监测结果的影响，或者通过对数据结果的处理减少曲线图上的微小波动；（3）在山体滑坡施工过程中应注意对监测单位布设的监测点保护，以免使变形值产生人为因素影响，使监测数据能真正反映坡体变形实际状况。