CX-3C 測(cè)斜儀在撫順東露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王 洋，李煥忠

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113003）

露天礦邊坡監(jiān)測(cè)工作是邊坡工程與邊坡穩(wěn)定性分析等相關(guān)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。邊坡位移監(jiān)測(cè)工作一方面可以監(jiān)測(cè)巖體動(dòng)態(tài)變化，防止邊坡突然滑塌造成人員經(jīng)濟(jì)損失；另一方面通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，確定潛在滑面的位置，估算滑坡方量，指導(dǎo)邊坡防護(hù)工程方案的編制與實(shí)施工作，避免盲目的邊坡支護(hù)引起的不必要經(jīng)濟(jì)損失[1]?；瑒?dòng)測(cè)斜儀作為一種內(nèi)部位移測(cè)量儀器，在基坑、邊坡、土壩等建筑物的安全監(jiān)測(cè)中被廣泛使用[2]。撫順東露天礦南幫E5800～E9200 邊坡深部巖移監(jiān)測(cè)工程中采用CX-3C 測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究監(jiān)測(cè)成果，及時(shí)捕捉滑坡災(zāi)害的特征信息。為滑坡的正確分析評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及治理提供科學(xué)依據(jù)[3]。

1 CX-3C 測(cè)斜儀

CX-3C 測(cè)斜儀主要用于測(cè)量邊坡、深基坑及水平位移等監(jiān)測(cè)工作。基坑深部水平位移測(cè)試采用測(cè)斜儀，它可精確地測(cè)量沿垂直方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量儀器[4]。該整套系統(tǒng)由滑動(dòng)式探頭（探測(cè)器）、便攜式數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)傳輸電纜、內(nèi)置導(dǎo)向槽測(cè)斜管、旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀等部件組成。利用鉆孔將槽管探入測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量槽管隨著邊坡、基坑產(chǎn)生形變時(shí)隨之變形，探頭自上而下順槽逐點(diǎn)測(cè)試，從而可測(cè)量出水平位移量。

測(cè)斜儀是一種高精度角度測(cè)量儀器，按照使用方法可分為滑動(dòng)式測(cè)斜儀和固定式測(cè)斜儀[5]。CX-3C測(cè)斜儀為滑動(dòng)式測(cè)斜儀，它的敏感元件采用最新進(jìn)口傾角傳感器，當(dāng)探頭在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生傾角，敏感元件也會(huì)根據(jù)鉛錘方向擺動(dòng)一個(gè)角度，然后將此角度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在顯示屏上會(huì)顯示出測(cè)量的水平位移量數(shù)值，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。測(cè)斜儀對(duì)密封性要求較高，要確保其密封性符合應(yīng)用規(guī)范，對(duì)其內(nèi)部的電源以及充電性能進(jìn)行檢查，測(cè)試相關(guān)設(shè)備能否正常開展工作，確保讀數(shù)準(zhǔn)確[6]。CX-3C 測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)和工作圖如圖1。

圖1 CX-3C 測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)和工作圖

2 CX-3C 測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)方法

1）操作方法。首先連接設(shè)備，將探頭插頭按照使用說明插入儀器面板，然后開啟電源，探頭垂直后顯示初始值為0。探頭順著滑輪方向發(fā)生左右擺動(dòng)且顯示數(shù)值也隨著初始值左右波動(dòng)，當(dāng)探頭固定且顯示數(shù)值穩(wěn)定不變，說明儀器可以正常工作。探頭向任一方向傾斜，當(dāng)顯示數(shù)值向增加方向變化時(shí)確定為正方向，將該方向?qū)?zhǔn)邊坡巖移方向，插入槽管自上而下，每間距1.0 m 標(biāo)記1 個(gè)點(diǎn)，讀取1 個(gè)數(shù)字。

2）基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定。基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定有2 種方法，一是以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)測(cè)量槽管落在孔底，將底部點(diǎn)確定為穩(wěn)定點(diǎn)，且該點(diǎn)不會(huì)受到水平位移的影響，然后，自下而上每間距1.0 m 測(cè)1 個(gè)點(diǎn)；二是以孔口為基準(zhǔn)點(diǎn)，用測(cè)量儀器每次測(cè)量孔口坐標(biāo)，自上而下每間距1.0 m 測(cè)1 個(gè)點(diǎn)。

3）初始值選取。將第1 次測(cè)量得到的位移數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，初始值一般要測(cè)量2～3 次，取其中穩(wěn)定的數(shù)值。如出現(xiàn)在同一位置測(cè)量出現(xiàn)2 次誤差較大，則需要分析以下原因：槽管與孔壁之間回填不到位、槽管連接不到位、受到外界強(qiáng)機(jī)械干擾等因素。

4）儀器讀數(shù)方法。正方向值和負(fù)方向值分別為面對(duì)基坑方向傾斜和背離基坑方向傾斜，在測(cè)量時(shí)，正反方向各測(cè)1 次，將正向測(cè)值Vz、180°反方向值VF代入下式計(jì)算，即得到該點(diǎn)位置△i 的數(shù)值。

3 南幫E5800～E9200 邊坡深部巖移監(jiān)測(cè)

1）地形地貌。邊坡深部巖移監(jiān)測(cè)工程地點(diǎn)為南幫E5800～E9200 區(qū)域。煤田南部為東西向連綿起伏的丘陵地帶，最高峰為老虎臺(tái)老山，標(biāo)高為＋230.795 m。煤田北部略有緩升趨勢(shì)。煤田中部為渾河沖積平原。煤田沿渾河河谷東西延伸，地勢(shì)平坦且較低，由西向東逐漸緩升，唯煤田中部有一丘陵地帶。礦區(qū)地表標(biāo)高為海拔＋70～＋100 m，由渾河河床起，向南、北均有緩升趨勢(shì)。區(qū)內(nèi)地貌類型為丘陵區(qū)，地形起伏較大，礦坑區(qū)域?yàn)榻?jīng)人工改造形成的臺(tái)階地形。

2）深部巖移監(jiān)測(cè)。露天礦邊坡工程的監(jiān)測(cè)一般包括邊坡變形監(jiān)測(cè)、巡視監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)與其它監(jiān)測(cè)等[7]。本次共布置深部巖移監(jiān)測(cè)孔位14 個(gè)，其中南幫E5800～E6600 區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)孔7 個(gè)，孔號(hào)分別為9030、9007、19c1、19c2、9026、9031、9032；南幫E8600～E9200 區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)孔7 個(gè)，孔號(hào)分別為1907、9001、9012、8801、9015、9004、9002。深部巖移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置信息見表1。

表1 深部巖移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置信息表

4 監(jiān)測(cè)成果

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算出每個(gè)鉆孔不同深度的累計(jì)位移和相對(duì)位移，根據(jù)每個(gè)鉆孔的累計(jì)位移和相對(duì)位移的數(shù)據(jù)變化大小，就可以判斷出滑坡的滑帶位置以及深度范圍[8]。本次工作采用基坑測(cè)斜儀對(duì)14 個(gè)鉆孔（約990 m）進(jìn)行深部巖移監(jiān)測(cè)，南北雙向監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)間隔1 m，監(jiān)測(cè)周期為7 d。共收集數(shù)據(jù)約2 000 組，經(jīng)軟件分析得到巖移累計(jì)曲線圖共14 幅，然后將各剖面深部巖移監(jiān)測(cè)曲線與補(bǔ)充地質(zhì)鉆探成果進(jìn)一步疊加分析。

4.1 南幫E5800～E6600 區(qū)域監(jiān)測(cè)成果

1）E6300 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2。由圖2 可以看出：①回填土與第四系接觸面深度13.8 m，第四系與基巖接觸面深度26.8 m；②監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：13.8～25.1 m 深度鉆孔出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)變形，與回填土和第四系接觸面深度一致，表明回填土底界至第四系底板土層發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)。

圖2 E6300 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

2）E6400 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3。由圖3 可以看出：①回填土與第四系接觸面深度17.7 m，第四系與基巖接觸面深度26.1 m；②監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示18.0～23.0 m 深度鉆孔出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)變形，與回填土和第四系接觸面深度一致，表明回填土底界至第四系底板土層發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)。

圖3 E6400 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

3）E6500 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4。由圖4 可以看出：①回填土與第四系接觸面深度17.2 m，第四系與基巖接觸面深度30.5 m；②監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示16.5～23.3 m 深度鉆孔出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)變形，與回填土和第四系接觸面深度一致，表明回填土底界至第四系底板土層發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)。

4.2 南幫E8600～E9200 區(qū)域監(jiān)測(cè)成果

1）E8600 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5。由圖5 可以看出：①剖面深部巖移監(jiān)測(cè)孔共有2 處呈現(xiàn)明顯錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)位置分別和第四系與基巖接觸面、炭質(zhì)頁巖層相一致；②結(jié)果表明該區(qū)域邊坡變形滑面（帶）有2處，分別為第四系與基巖接觸面和炭質(zhì)頁巖層。

圖4 E6500 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖5 E8600 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

2）E8800 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6。由圖6 可以看出：①剖面4 個(gè)鉆孔均有2 處呈現(xiàn)明顯錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)位置分別和第四系與基巖接觸面、炭質(zhì)頁巖層相一致；②結(jié)果表明該區(qū)域邊坡變形滑面（帶）有2 處，分別為第四系與基巖接觸面和炭質(zhì)頁巖層。

圖6 E8800 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

3）E9000 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7。由圖7 可以看出：①剖面2 個(gè)鉆孔均有1 處呈現(xiàn)明顯錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)位置與炭質(zhì)頁巖層相一致；②結(jié)果表明該區(qū)域邊坡變形滑面（帶）有1 處，為炭質(zhì)頁巖層。

圖7 E9000 剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語

1）南幫E5800～E6600 區(qū)域中的E6200 剖面附近第四系上部因回填部分廢巖，孔隙率較大，雨水入滲后，浸潤下部土層，大大降低了土體力學(xué)參數(shù)，致使回填土底界至第四系底板間的土層生滑移錯(cuò)動(dòng)，最大位移38 mm，深度約10 m。

2）南幫E8600～E9200 區(qū)域邊坡變形滑面（帶）有2 處，分別為第四系與基巖接觸面和炭質(zhì)頁巖層。第四系與基巖接觸面最大位移20 mm，深度約8 m，炭質(zhì)頁巖層最大位移約110 mm，深度約40 m。