自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在邊坡監(jiān)測(cè)工程中的應(yīng)用

路學(xué)愛

（甘肅第三建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

在巖土工程中，由于邊坡結(jié)構(gòu)可能會(huì)受設(shè)計(jì)坡角和自然因素的影響，受到巖土重力或振動(dòng)力的作用下可能會(huì)出現(xiàn)崩塌或滑坡等地質(zhì)問題,因此，邊坡穩(wěn)定性是關(guān)鍵問題之一。大范圍的邊坡巖和土體破壞可能會(huì)導(dǎo)致交通中斷、水庫淤填、建筑倒塌等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，因此為了提高巖土工程穩(wěn)定性，有必要加強(qiáng)邊坡監(jiān)測(cè)力度，針對(duì)項(xiàng)目區(qū)域高邊坡進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，但是傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段大多利用全站儀或經(jīng)緯儀等設(shè)備進(jìn)行人為監(jiān)測(cè)，耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間，但監(jiān)測(cè)效果不盡如人意。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，則可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段存在的不足，實(shí)現(xiàn)邊坡監(jiān)測(cè)工程的自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)化開展，能夠在確保監(jiān)測(cè)精度的同時(shí)提高監(jiān)測(cè)效率。

1.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成分析

主要結(jié)構(gòu)：該邊坡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)以Web 為基準(zhǔn)的多路分布式光纖故障監(jiān)控系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)監(jiān)測(cè)單元與測(cè)試系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成，子站和主站利用無線通信GPRS 實(shí)現(xiàn)通信以及數(shù)據(jù)交互，客戶端選擇了瀏覽器界面，操作便利且方便后續(xù)的維護(hù)工作。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站：其主要結(jié)構(gòu)有測(cè)試單元RTU 與機(jī)箱機(jī)架等，RTU 的功能性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，為運(yùn)用OTDR 測(cè)試模塊來收集線路中的信息，并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式，之后利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到監(jiān)測(cè)中心站，由主控計(jì)算機(jī)來接受并處理信息；另一方面，為執(zhí)行監(jiān)測(cè)中心站主控計(jì)算機(jī)下達(dá)的指令，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)部分測(cè)試任務(wù)，按照RTU 指令需要將待測(cè)試光纖轉(zhuǎn)到和OTDR 連接好的光路中，利用單個(gè)的OTDR實(shí)現(xiàn)多路光纖的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

主控計(jì)算機(jī)：其一般功能模塊包含預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、Web 服務(wù)模塊等，邊坡安全管理用戶能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)來控制主控計(jì)算機(jī)，針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站RTU 下達(dá)的命令，利用點(diǎn)名監(jiān)測(cè)等方法來定位監(jiān)測(cè)光纖的故障位置，掌握不同路光纖的具體運(yùn)作信息[1]。

1.2 主要功能

光時(shí)域反射測(cè)試功能：光時(shí)域反射檢測(cè)是檢測(cè)有無光纖故障的關(guān)鍵方法，系統(tǒng)主要有點(diǎn)名監(jiān)測(cè)與定期監(jiān)測(cè)兩種方法，可以實(shí)現(xiàn)線路的實(shí)時(shí)預(yù)警。定期監(jiān)測(cè)是結(jié)合邊坡工程基本特性以及安全管理需求，針對(duì)光纖制定的針對(duì)性監(jiān)測(cè)方案，定期監(jiān)測(cè)完成后RTU 可以將每個(gè)光纖OTDR 監(jiān)測(cè)信息利用無線通信的方式傳輸?shù)絋SC，以供預(yù)警處理。而點(diǎn)名監(jiān)測(cè)則是按照臨時(shí)需求設(shè)定一定的檢測(cè)參數(shù)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

故障報(bào)警處理功能：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站RTU 在完成路由表檢測(cè)工作之后，RTU 可以將檢測(cè)出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)，而主控計(jì)算機(jī)在接收到信息文件之后，再根據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)將測(cè)試曲線及參考曲線進(jìn)行比對(duì)分析，從而得出是否存在故障問題，若測(cè)試曲線存在較大偏差，那么系統(tǒng)會(huì)檢查故障位置和特點(diǎn)。根據(jù)預(yù)定的方法路徑發(fā)送故障報(bào)警，期間會(huì)將告警時(shí)間與告警等級(jí)等信息進(jìn)行記錄，生成告警記錄信息。告警本身也能根據(jù)被檢測(cè)位置劃分為光纖或系統(tǒng)告警，并且根據(jù)故障的基本特征和嚴(yán)重程度劃分為3 個(gè)類別與4 個(gè)等級(jí)區(qū)間，比如通信故障告警、光纖故障告警、電源故障告警等。根據(jù)告警嚴(yán)重性發(fā)動(dòng)對(duì)應(yīng)的聲音與顏色反饋，在出現(xiàn)告警時(shí)，屏幕會(huì)將基本故障信息顯示出來，光纖拓?fù)鋱D中也會(huì)利用不同的顏色來表示告警等級(jí)，也可以利用信息提醒的方式告知維護(hù)人員。

數(shù)據(jù)查詢報(bào)表功能：運(yùn)用數(shù)據(jù)庫可以構(gòu)建監(jiān)測(cè)站與主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，服務(wù)器能夠提供光纖路數(shù)的信息資料存儲(chǔ)服務(wù)，有助于系統(tǒng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的分類和統(tǒng)計(jì)處理。并且系統(tǒng)還能提供監(jiān)測(cè)邊坡光纖監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)化告警信息，以及維護(hù)處理的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

系統(tǒng)配置功能：在主控計(jì)算機(jī)主站中，用戶能夠利用對(duì)應(yīng)的軟件來配置或調(diào)整被監(jiān)測(cè)光纖路線的名字和設(shè)備端口等，建立光纖端口和對(duì)應(yīng)路由的關(guān)系，設(shè)定不同光纖路由和開關(guān)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合輸入到數(shù)據(jù)庫中的信息自動(dòng)構(gòu)建邊坡監(jiān)測(cè)站RTU 分布圖和不同RTU 的監(jiān)測(cè)分布圖，以及被監(jiān)測(cè)光纖故障點(diǎn)分布圖等，也能夠針對(duì)這些視圖進(jìn)行修改調(diào)整，包含監(jiān)測(cè)站和光纖等，可以設(shè)計(jì)警告限制條件和測(cè)試周期等。五是用戶管理功能。為確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)作，系統(tǒng)用戶權(quán)限設(shè)計(jì)為分級(jí)制，用戶權(quán)限劃分為普通操作員與管理員，分別具有不同的權(quán)限內(nèi)容，相比之下管理員具備更高的權(quán)限，而且可以對(duì)普通用戶權(quán)限進(jìn)行調(diào)整，明確用戶操作權(quán)限的范圍，從而確保邊坡安全監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。

2.邊坡監(jiān)測(cè)工程中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用的重要意義

邊坡監(jiān)測(cè)工程在實(shí)際開展的過程中，由于涉及內(nèi)容相對(duì)較多，而且具有復(fù)雜性特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)工作的優(yōu)化，則應(yīng)該加強(qiáng)創(chuàng)新的同時(shí)，充分認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用的重要意義，進(jìn)而制定針對(duì)性應(yīng)用方案，分析各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效創(chuàng)新與優(yōu)化，為后續(xù)工作的順利進(jìn)行提供幫助。在實(shí)踐應(yīng)用過程中，自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)能夠?qū)⒆陨淼膬?yōu)勢(shì)發(fā)揮，需要得到廣泛重視，進(jìn)而對(duì)光時(shí)域反射測(cè)試功能、故障報(bào)警處理功能、數(shù)據(jù)查詢報(bào)表功能、系統(tǒng)配置功能、用戶管理功能有著充足了解，將其貫穿到邊坡監(jiān)測(cè)工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，并適當(dāng)?shù)貙?duì)功能進(jìn)行調(diào)整，將其優(yōu)勢(shì)更加全面地發(fā)揮。與此同時(shí)，在實(shí)踐探究工程中應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)該圍繞各項(xiàng)工作展開分析，并對(duì)某項(xiàng)公正影響效果進(jìn)行探討，對(duì)系統(tǒng)存在的問題制定針對(duì)性解決方案，實(shí)現(xiàn)有效創(chuàng)新的同時(shí)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但仍要注意由于受地質(zhì)環(huán)境的影響，導(dǎo)致檢測(cè)效果會(huì)有不確定因素，所以必須完善技術(shù)應(yīng)用，并創(chuàng)新多樣化應(yīng)用方案，遵循實(shí)踐工程展開原則，有效控制實(shí)踐數(shù)據(jù)檢測(cè)誤差，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的合理性，并通過子系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用，為后續(xù)監(jiān)測(cè)工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

3.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在邊坡監(jiān)測(cè)工程中的具體應(yīng)用

3.1 地表巡視情況

某邊坡監(jiān)測(cè)工程于2019 年9 月初正式進(jìn)場(chǎng)實(shí)施，在當(dāng)天地表巡視期間發(fā)現(xiàn)ZK5 周圍沿路基方向1 m 位置出現(xiàn)了一條裂縫，后緣滑壁貫通良好，長度在120 m 左右，大里程端和垮塌破口貫通，錯(cuò)高10 cm 寬15 cm，剪出口在B 匝道附近，順著剪出口上緣地面能夠發(fā)現(xiàn)一個(gè)扇形的裂縫，勘查過程中也了解到這一剪出口裂縫仍然處于不斷發(fā)展的階段。之后在滑坡壁后20 cm 的位置也發(fā)現(xiàn)了新的牽引裂縫，觀測(cè)縫寬度只有3 mm左右，可見長度只有3 m，這也能夠證明滑坡中上段存在牽引式滑坡現(xiàn)象。在當(dāng)月月底時(shí)，滑坡后壁發(fā)生了顯著變化，裂縫寬度達(dá)到了30cm，錯(cuò)高在10～40 cm，剪出口也出現(xiàn)了嚴(yán)重的膨脹現(xiàn)象，滑坡前方存在推移特點(diǎn)[3]。

3.2 深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

測(cè)斜管底部位于穩(wěn)定地層，作為水平位移零點(diǎn)，不同點(diǎn)的累積位移便是相對(duì)孔底位移的累加值，按照測(cè)斜管測(cè)槽的具體位置和方向，位移設(shè)定為x 主滑方向、y 平行線走向及合位移方向，兩者皆為方向的矢量和。位移方向標(biāo)準(zhǔn)有以下：x 方向作為垂直線路的主要方向，正方向指向坡體正下位置，也是主滑方向。Y 方向便是平行線走向，正方向指向起點(diǎn)方向，結(jié)合兩種位移情況能夠經(jīng)過分析來找到合位移方向的累積位移情況。按照三種位移情況，能夠推斷出滑動(dòng)面的深度和位移速度，又結(jié)合深部位移檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，能夠了解到不同部位的檢測(cè)孔累積位移情況。將9 月1 日作為起始日期，計(jì)算1 日至30日整月的檢測(cè)孔周期累積位移，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來繪制實(shí)踐曲線圖，為后續(xù)的分析工作打下基礎(chǔ)。

3.3 深部位移監(jiān)測(cè)分析

在檢測(cè)工作開始之初，滑坡周邊的監(jiān)測(cè)孔部分因坡體位移情況較為明顯，滑動(dòng)變形較大，且在成孔后一段時(shí)間內(nèi)受到不同程度破壞。監(jiān)測(cè)孔在當(dāng)月5 號(hào)時(shí)便開始深部位移監(jiān)測(cè)，經(jīng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息能夠了解到孔深15 m 左右的深度便開始出現(xiàn)位移突變的現(xiàn)象，由此能夠判斷該位置周邊的滑動(dòng)面積深度在15 m 左右。在10 號(hào)時(shí)，該監(jiān)測(cè)孔的x 方向累積位移最大已經(jīng)達(dá)到了130 mm，y 方向累積位移也達(dá)到了65 mm 以上，合位移累積量最大達(dá)到了146.6 mm。

3.4 綜合性分析

根據(jù)上述的地表巡視和深部位移，以及該地區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)情況和已有的地質(zhì)信息進(jìn)行綜合性分析，其結(jié)果如下：滑坡機(jī)理表現(xiàn)為邊坡開挖主要為從上至下的程序，但卸荷疏松導(dǎo)致了開挖路塹邊坡向著臨空面的方向發(fā)生形變。邊坡開挖揭露至泥巖部位，在與空氣充分接觸后其強(qiáng)度也發(fā)生明顯變化，強(qiáng)度不斷降低，同時(shí)泥巖層面屬于外傾順層面，路塹邊坡開挖時(shí)不斷滑動(dòng)從而形成了泥巖層面局部滑坡現(xiàn)象，而前緣部分滑坡牽引上部坡體的形變，導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象越來越嚴(yán)重?；聲?huì)形成一定推力，帶動(dòng)前部巖土體移動(dòng)，在前滑坡邊沿位置產(chǎn)生推移滑坡，并且滑坡從最初開挖時(shí)，前沿低面反翹剪出，前沿推動(dòng)滑坡滑動(dòng)，使得后沿滑坡多為牽引滑坡，對(duì)前緣產(chǎn)生的推移滑坡，之后轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳屯埔苹鹿泊媲蚁嗷ビ绊?，?dǎo)致滑坡問題越來越嚴(yán)重；邊坡穩(wěn)定性亟需加強(qiáng)，至月底時(shí)滑坡依然在不斷變形[4]。

4.結(jié)語

對(duì)于邊坡監(jiān)測(cè)工程來說，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用相較于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)邊坡形變情況的比對(duì)分析，并且清晰地反饋出變形位置和變形情況，分析滑動(dòng)面的深度，保證邊坡安全性和穩(wěn)定性的同時(shí)提高了滑坡監(jiān)測(cè)工程智能化、信息化水平。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)有效改善了以往監(jiān)測(cè)手段精度差、成本高、效率不佳等現(xiàn)狀，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，對(duì)后續(xù)施工設(shè)計(jì)帶來了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。