庫(kù)岸路塹高邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案

崔秀宏 王立法 呂昌思

摘 要:依托某水庫(kù)庫(kù)岸路塹高邊坡內(nèi)部開(kāi)挖放水隧洞工程,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),對(duì)其危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)整合應(yīng)用表面三維位移監(jiān)測(cè)、土壓力監(jiān)測(cè)、深層位移監(jiān)測(cè),利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)該處庫(kù)岸高邊坡無(wú)人值守的實(shí)時(shí)安全監(jiān)控,可為同類工程的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供了積極的工程參考。

關(guān)鍵詞:庫(kù)岸邊坡滑坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào):TU35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(c)-0116-01

滑坡是指在一定地形、地質(zhì)條件下,受外界條件變化的影響,破壞了邊坡內(nèi)部原有的力學(xué)平衡條件,使得邊坡上的不穩(wěn)定巖土體在自重或其他荷載的共同作用下,沿一定的軟弱帶移動(dòng)破壞的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象[1]。根椐不完全統(tǒng)計(jì)世界上70%的滑坡都不同程度地與人類工程建設(shè)活動(dòng)有關(guān)[2]。近年來(lái),隨著我國(guó)水利水電、公路、鐵路、采礦工程等基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加,發(fā)生在不良地質(zhì)條件下的工程活動(dòng)日益增多,加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)邊坡的安全監(jiān)測(cè)、推動(dòng)邊坡安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展,已成為工程領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。本文依托山東某大型水庫(kù)施工期庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,對(duì)該類工程的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 工程概況

山東省某水庫(kù),肩負(fù)著供水、灌溉、防洪、補(bǔ)源等重要任務(wù)。由于設(shè)施結(jié)構(gòu)老化等因素,原放水洞已不能滿足實(shí)際需求,設(shè)計(jì)在水庫(kù)西北側(cè)的山體內(nèi)部開(kāi)挖新的水工隧洞。其上部為陡峭巖質(zhì)邊坡,易發(fā)生碎石滾落;中部設(shè)有砌石路塹擋土墻,墻體較高(約7-9m);下部以破碎石灰?guī)r及強(qiáng)風(fēng)化破碎頁(yè)巖為主,局部區(qū)域存在明顯的剪切斜裂縫,受降雨、行車震動(dòng)等因素的影響,時(shí)有表層破碎巖體滑落。同時(shí),整個(gè)山坡地表植被破壞較重,大量地表水入滲,曾出現(xiàn)多次出現(xiàn)孤石滾落或局部滑坡現(xiàn)象,屬于重點(diǎn)監(jiān)測(cè)滑坡體。

2 安全監(jiān)測(cè)的必要性分析

支擋構(gòu)造物通過(guò)提供外力支撐使邊坡達(dá)到一定的力學(xué)平衡,但邊坡內(nèi)部巖土體力學(xué)作用復(fù)雜多變,從地質(zhì)勘察到處治設(shè)計(jì)均難以完全考慮邊坡內(nèi)部的真實(shí)力學(xué)效應(yīng),僅基于簡(jiǎn)化計(jì)算進(jìn)行的設(shè)計(jì),安全性難以保證。因此,為達(dá)到消除工程隱患和減少重大工程事故發(fā)生的目的,加強(qiáng)邊坡工程穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)具有極其重要的意義[3]。

針對(duì)本工程,由于新水工隧洞施工不僅會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)應(yīng)力,同時(shí)還會(huì)破壞邊坡內(nèi)部原有的應(yīng)力平衡條件,山體在力學(xué)平衡調(diào)整的過(guò)程中極易產(chǎn)生局部滑塌或崩落;同時(shí),受交通荷載等附加應(yīng)力的影響,易誘發(fā)下級(jí)坡體產(chǎn)生推動(dòng)式滑坡。針對(duì)上述情況,單靠理論分析很難把握其穩(wěn)定狀態(tài),必須建立實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)體系,隨時(shí)掌握邊坡的位移、內(nèi)力變化情況和發(fā)展趨勢(shì),為工程加固和安全預(yù)警提供及時(shí)可靠地基礎(chǔ)資料。

3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及技術(shù)方案

秉承整體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)為主,兼顧局部區(qū)域的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)原則,根據(jù)邊坡地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)和潛在危險(xiǎn)程度的大小,設(shè)計(jì)對(duì)該處庫(kù)岸路塹高邊坡以表面三維變形監(jiān)測(cè)為主,同時(shí)進(jìn)行土壓力和深層位移監(jiān)測(cè),并根據(jù)施工進(jìn)度及水文條件的變化,對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能勝任多測(cè)點(diǎn)、密測(cè)次的監(jiān)測(cè)任務(wù),可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析及報(bào)警等實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

3.1 表面三維變形監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由全站儀、基準(zhǔn)控制點(diǎn)及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。通過(guò)TCA2003自動(dòng)監(jiān)測(cè)全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)棱鏡按照設(shè)定周期進(jìn)行觀測(cè),實(shí)時(shí)的把變形控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)傳送至系統(tǒng)控制中心進(jìn)行自動(dòng)處理、分析和反饋。

3.2 墻后土壓力監(jiān)測(cè)

擋土墻土壓力監(jiān)測(cè)采用三層“分層分布式”結(jié)構(gòu)。第一層由分布在擋土墻后的土壓力盒傳感器組成;第二層由數(shù)據(jù)采集儀(MCU-32)組成;第三層由PC微機(jī)和服務(wù)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)組成。數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)土壓力盒按照設(shè)定周期采集信號(hào),并實(shí)時(shí)的把土壓力值傳送至系統(tǒng)控制中心進(jìn)行處理、分析和反饋。

3.3 深層位移監(jiān)測(cè)

邊坡整體滑動(dòng)主要表現(xiàn)為深層蠕動(dòng)變形,在初期變形量小、蠕動(dòng)速度慢,但當(dāng)位移累積到一定程度后,則表現(xiàn)為大面積、快速率的滑動(dòng),其引起的后果不堪想象。因此,在下部滑坡體內(nèi)埋設(shè)五根測(cè)斜導(dǎo)管,由測(cè)斜儀根據(jù)設(shè)定周期對(duì)坡體深層位移進(jìn)行量測(cè),并實(shí)時(shí)的將監(jiān)測(cè)數(shù)值傳輸回控制中心,對(duì)其進(jìn)行分析、處理。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化集成

本監(jiān)測(cè)方案中:表面位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、土壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及深層位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端與上位機(jī)(臺(tái)式、手提電腦,服務(wù)器等)均能實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無(wú)人值守的自動(dòng)化監(jiān)測(cè),可通過(guò)合理設(shè)置預(yù)警閥值[4],實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)工程的危險(xiǎn)預(yù)警。(如圖1)

5 建議與結(jié)論

(1)通過(guò)監(jiān)測(cè)終端、通訊方式及遠(yuǎn)程控制技術(shù)的整合,可實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)營(yíng)安全遠(yuǎn)程無(wú)人值守的自動(dòng)化監(jiān)測(cè),利于在工程項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng),并能極大的優(yōu)化資源配置。

(2)文中應(yīng)用的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可廣泛應(yīng)用于設(shè)有抗滑(如抗滑樁等)或其他支擋結(jié)構(gòu)(如擋土墻等)的危險(xiǎn)高邊坡的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè),具有施工簡(jiǎn)便、安全可靠的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 向俊紅.概論滑坡穩(wěn)定性影響因素[J].鐵道勘察,2009(4).

[2] 韓建設(shè).巖土工程中滑坡監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)方法簡(jiǎn)述[J].西北水電,2002(2).

[3] 南京水利科學(xué)研究院勘察設(shè)計(jì)院,常州金土木工程儀器有限公司.巖土工程安全監(jiān)測(cè)手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

[4] 周小文,包偉力,吳昌瑜,等.現(xiàn)代化堤防安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)模式研究[J].水利學(xué)報(bào),2002(6).