基于TM50 测量机器人的高速公路边坡变形智能监测系统的应用

何柯，杨秀玺

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

近年来，随着国家经济的飞速发展和城镇化不断建设，交通建设投资巨大。高速公路的建设不仅能加快农村经济的发展，还能促进国家城镇化建设，造福于多方百姓。然而在高速公路的施工和建设中，往往会受到季节、气候、降雨等环境因素的影响，使得施工建设更加艰难和复杂。高边坡的沉降、变形或者坍塌就为项目的施工和建设带来巨大的困扰，因此，做好高边坡的沉降变形监测，是高速公路建设中不可或缺的内容[1]。在曲靖三清高速项目中，智能监测系统在高边坡路段的应用，给整条高速公路的建设带来良好的经济效益。

2 边坡智能监测系统的意义和目的

路堑边坡的岩层往往是不均匀分布的，不同地区或者地段往往因为水文地质等情况的不同，因此在路基开挖后，会因为降雨、岩性等因素在土石交界处或受力荷载较大处发生变形或者失稳滑移。因此做好边坡的变形监测，不但可以加快施工进度，缩短工期，还可以减少因为沉降带来的返工问题和资金投入，为投资和建设方带来巨大的效益。

①通过监测数据，制定相应的处理措施和方案，为后期其他工程的建设提供资料和相应的依据；

②为预防边坡变形提供技术指导，同时还可以进一步了解该地区的地质和地形条件，为后期资料的制作提供依据；

③对那些做了加固处理的边坡进行二次监测，观测加固效果，为质量监测方提供更多的依据和技术指导；

④为后期模拟制作提供资料和工程量计算提供参数。

3 智能监测系统的设计安装

3.1 智能监测系统的设计原则

图1 三鼎全站仪

图2 智能检测系统

由于该工程期比较紧，原计划两年之内完工，后由于特殊原因需要加快施工进度，所以全部工期仅仅有一年左右，工期完工必须通车，所以针对该工程的特殊性，设计出的智能监测系统需具有实用性、便捷性、高效性、持久性等优点，监测数据能够为边坡防护的加固提供思路和新的技术指导，方便现场工人施工和管理人员[2]，持续对边坡进行监测，防治意外事件的发生，带来更高的经济效益。系统检测传输出来的数据应该直观，便于模拟计算，软件本身应该具有分析指导的功能，能够指导现场施工人员进行边坡加固，同时还需要及时反馈边坡信息，便于管理人员掌握现场情况等。

3.2 测量机器人TM50 的相关介绍

测量机器人TM50 是工程中常见的全站型电子侧距仪，它是一种基于光技术、电子技术、信息技术为一体的技术型的距离测量仪（见图1）。它还结合低应力应变器，除了观测应变的变化，还同时观测应力的变化，即使边坡发生沉降或者坍塌，通过应力检测器，还能得出发生滑移或者变形的最大承载力，可以为后期边坡防护提供数据依据和对加固处理提供技术指导。

3.3 整个智能检测系统的构架

该变形监测系统主要要承担整个边坡的变形监测和所受承载力记录分析方面的任务，同时还要对所收集的数据进行分析和处理，最终将数据传输到终端系统（见图2）。整体构建主要有以下几个方面：

①前期场地规划和器材等智能系统的安装和调试；

②中期变形监测细节和后期数据加工分析；

③系统更新和维护，图表，方案等的后期制作。

3.3.1 系统的安装和调试

在测量部对选择好的场地进行测量选点之后，由相应的技术人员对系统进行安装。首先在开挖好的作业面植入事先做过防锈处理的应力应变片 ，同时使它和项目部终端管理系统进行连接并且调试。在调试完成后对整个监测区域首先进行实验，若实验过程发现问题，及时调试，保证后期监测系统可以正常工作，同时还可以将最终调试好的程序安装到项目部管理人员的手机里，方便后期管理和记录。

3.3.2 数据的采集处理传输

由于七到九月是曲靖地区降雨的集中期，施工难度加大，边坡容易受到雨季的干扰发生滑移，容易出现工人由于天气原因无法施工和无法到达现场的情况。所以系统对数据的采集就显得尤为重要。在这条高速公路的边坡防护监测中，现场数据主要由实现植入的应力应变器来采集和记录，通过传感器和无线传输系统将数据传入到智能分析机里，通过智能分析机对相应的数据进行分析。若边坡发生较大位移或者受力发生突变等，智能分析机就会通过分析给出边坡加固或者修正意见，所给的修改意见可以通过无线传输到手机或者电脑终端。管理人员和施工人员就可以根据防护加固或者修正意见对边坡进行相应的处理，及时掌握了边坡的整体稳定情况，避免更为严重的事件发生，为整条高速公路建设的推进工作贡献了一份力。

图3 有机碳分析仪

3.3.3 系统供电和避雷措施

由于高速公路建设一般都在偏远地区，所以系统供电和避雷工作更为复杂。加之步入雨季，整个曲靖地区降雨量也比较多，所以雷击概率也较高，而且整个施工段都距附近的乡镇比较远，架设电线为其供电施工难度就比较大，而且施工起来不能方便快捷。该段主要安装避雷针来防止雷击，把避雷针提前和分析机与测站器等仪器设备进行完整连接，同时保证避雷针与地面完全接触，起到避雷效果，保证接地线电阻小于10Ω。智能分析监测系统的用电主要由太阳能发电板来提供，同时配有蓄电池，可以将白天产生且用不完的电能储存起来，供给后期由于光照不足带来的用电困扰。虽然进入雨季光照比较少，但是智能系统每天需要的电量比较少，太阳能板完全可以为它持续供电。

4 应用实例

曲靖三清高速由曲靖的三宝到昆明的清水，该项目建设路段主要有主线和连接线两段，分别在每段中选择两个实验点，对观测数据的真实性和实用性等进行复核，同时通过相关的技术人员对分析机给出的加固意见和修正方案进行有效性和便捷性分析论证，监测整个系统的工作流程和内容，处理存在的问题[3]。通过分析整体工况，发现智能检测系统对项目的建设有利，可以进行大范围的投入使用。

5 结语

高速公路边坡防护加固是高速公路建设中一个重要的部分，对整体工程的进度和质量都有影响，既可以保证工程的质量，还可以加快施工进度。三清高速属于工期比较紧张的抢工项目，智能监测系统的重要性就更加明显。实时掌握边坡的整体情况，为分析边坡的稳定和受力提供有利的依据，保证了施工进度。同时通过分析机给出加固和修正意见，即使发生了失稳滑移或较大变形，现场工人和管理人员也可以根据意见进行及时的处理，避免更为严重的事件发生，保证了施工顺利进行。