1、監(jiān)測背景

   高速公路由于沿線高填深挖路基較多，運營期間風險較大，為嚴格控制路基穩(wěn)定變形，保障公路運營安全，防患于未然，并對病害路基處治、加固及防護效果進行評價，為處治設計提供依據(jù)，本次針對黃石路段高風險路基邊坡進行了自動化監(jiān)測。

本項目選擇高風險的邊坡與路基主要依據(jù)以下幾個原則：

（1）相關單位建議需要加強監(jiān)測存在較高風險的邊坡及路基；

（2）發(fā)生過滑動變形或滑動破壞，經(jīng)處治后仍具有較高風險的邊坡及路基；

（3）監(jiān)測持續(xù)變形且尚未收斂的邊坡及路基；

（4）現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)的存在較高風險的邊坡及路基；

（5）距離敏感構筑物較近的邊坡、路基。

圖一 高速公路邊坡監(jiān)測

2、監(jiān)測內(nèi)容及方法

  本次高速公路邊坡監(jiān)測主要依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2015）、《公路邊坡監(jiān)測技術規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）、《公路工程施工安全技術規(guī)范》（JTG F90-2015）、《**高速公路路基邊坡智能監(jiān)測設計方案》等規(guī)范及方案。

  監(jiān)測區(qū)域：**高速沿線14個高填、深挖路基邊坡。

  監(jiān)測內(nèi)容及方法：地表位移監(jiān)測采用GNSS一體機；深部位移監(jiān)測采用導輪式固定測斜儀；降雨量監(jiān)測采用翻斗式雨量計，見表2.1.

表2.1監(jiān)測內(nèi)容與監(jiān)測方法

3、監(jiān)測工作量及設備安裝要求

3 監(jiān)測工作量

   根據(jù)邊坡穩(wěn)定性等級、地質(zhì)條件、施工擾動范圍，按規(guī)范布設監(jiān)測點密度和位置（如坡頂、坡腳、潛在滑動面等），詳細工作量見表3.1。

表3.1 深挖、高填路基變形監(jiān)測工程數(shù)量表

4 設備安裝技術要求

一、GNSS監(jiān)測站技術要求

公路路基邊坡地表位移監(jiān)測一般采用GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位）測量法，采用GNSS進行監(jiān)測時，外業(yè)應符合下列要求：

1）基準點點位應位于隱患點邊界及影響區(qū)外圍區(qū)域，且需地基堅實穩(wěn)固，地質(zhì)條件較好，易于長期使用;點位距離隱患點變形區(qū)遠近適中，距離監(jiān)測站最佳控制在0.5公里以內(nèi)，不宜大于1.5公里；方便管理維護使用。

2）監(jiān)測點點位盡量將觀測點布設在能反映隱患點的穩(wěn)定性狀態(tài)差、變形強烈區(qū)域，最大限度反映隱患點形變特征。

3）站點位置應空曠，在±15°高度角上空不能有成片障礙物，便于接收GPS衛(wèi)星信號；盡量遠離大片水域和大型構筑物，距離高壓輸電線、變壓器等信號干擾物50米以外，距離無線電發(fā)射臺、電視發(fā)射臺及微波中繼站等強信號源200m以外。

4）站點安裝位置應平整牢固，設備安裝后不易搖晃以減少監(jiān)測誤差。GNSS監(jiān)測點建議DN140鍍鋅鋼管固定，GNSS接收機和太陽能供電系統(tǒng)安裝在鋼管上。

5）設置在擋墻頂部或拱形骨架上的監(jiān)測站點，采用鉆孔錨入螺栓的方法，使用膨脹螺栓與立桿法蘭相連接的方式安裝并支模圍護澆筑混凝土墩。

6）設置在土體上的監(jiān)測站點，應制作混凝土墩基座，尺寸不宜低于60cm*60cm*60cm，以保障測站穩(wěn)定為最低要求；（如下圖所示）：

7）設置在混凝土上的監(jiān)測站點，可以先用膨脹螺栓固定立桿，再制做混凝土墩進行加固；

8）基座處若易積水，則應設置導流槽排泄積水以防浸泡基座。

本次設備采用ZDHD-GP30型號的GNSS一體機，

GNSS一體機

主要技術指標如下；

表4.1 GNSS接收機主要技術指標

二、深部位移監(jiān)測站安裝技術要求

1.鉆孔要求

鉆孔施工一般按滑坡勘查技術要求施工，測斜孔的造孔深度應穿過最下一層滑動面5米左右，進入穩(wěn)定地層，控制性監(jiān)測孔應深入穩(wěn)定地層一定深度，鉆孔深度應大于擬放置測斜管長度1～2m。

1）鉆孔終孔口徑一般不小于110mm（最少不少于91mm，并滿足設備安裝技術要求）。孔深最大允許誤差<1%m;孔斜誤差:①孔深<50m時、孔斜≤1°，②50m≤孔深≤100m時、孔斜<2°,③100m<孔深≤150m、孔斜<3。

2）為確保測斜儀測量到位，測斜孔需比測斜儀安裝深度深1-2m。在遇到松散或破碎體鉆孔時采用泥漿護壁鉆探，確保測斜管安裝前不塌孔。

3）鉆進時必須按滑坡勘查規(guī)范做好地質(zhì)編制及鉆進過程記錄。鉆孔地質(zhì)編錄內(nèi)容一般包括日期、班次、回次孔深（回次編號、起始孔深、回次進尺)、巖芯(長度、殘留、采取率）、巖芯編號、分層孔深及分層采取率、地質(zhì)描述、標志面與軸心線夾角、標本取樣號碼位置和長度、備注等;巖芯的地質(zhì)描述應客觀、詳細，對構造擦痕和采樣段進行拍照;鉆進臺班記錄要完整，并加強對水文地質(zhì)觀測、鉆進異常記錄。

4）鉆孔完成后，應進行清孔并測定鉆孔傾斜度。

2.測斜管安裝要求

1）測斜管每節(jié)管外對應一條導槽作明顯標記，連接時應確保導槽對正并使所有管外標記在一條線上，以確保測斜儀導輪能平整通過。

2）測斜管接頭處可用無紡布包扎密封，防止泥漿進入。

3）在分段下放測斜管時，將測斜管上端用夾具固定在鉆孔中心，并將導槽嚴格對準施測方位。深層安裝時，在測斜管底部系上纜索，安裝時收緊纜索以防測斜管接頭受力剪斷。

4）當遇到孔內(nèi)有泥漿或、水使測斜管受浮力放不下去時，可向測斜管內(nèi)注入清水。

5）本項目鉆孔回填材料以顆粒狀粗砂為宜，粗砂直徑在1～3mm之間；測斜管與孔壁之間的孔隙應填充密實，在回填時可采用輕柔搖晃測斜管輔助澆水的方式保證回填密實。

6）測斜管安裝完畢后，應用測斜儀模具從管口試放，模具應能上下運行自如。

7）測斜管管口應設置保護裝置。

3.測斜儀安裝要求

1）安裝前對測斜管導槽和傳感器正方向做永久性標記，避免傳感器方向顛倒。固定式測斜儀默認高輪方向為正方向，見圖3.3.1，故安裝時應確保傳感器高輪側沿導槽朝施測方向。

圖4.2 導輪式固定測斜儀方向圖

本次設備采用ZDHD-DCX導輪式固定測斜儀，其主要技術指標；

表4.2 導輪式固定測斜儀主要技術指標

2）本次測斜共4個孔，鉆孔深度及傳感器埋設深度按照設計深度執(zhí)行。

3）按照設計要求的安裝深度和數(shù)量將單個固定式測斜儀組裝成多個測量單元，組裝方法：按照最底部測斜儀的安裝深度截取鋼絲繩（鋼絲繩頂部與孔口吊環(huán)固定），將各測斜儀探頭方向保持一致，按照設計深度將探頭用卡扣固定到鋼絲繩上；

下放前需記錄每個測斜儀的安裝深度及傳感器地址，下放時，調(diào)正方向沿導槽依次緩慢下放。注意各個測量單元的所有導向輪方向必須一致。

4）所有傳感器下放到指定位置后，將鋼絲繩最頂端的孔口吊環(huán)固定到測斜管口。

5）安裝完成后，吊裝繩索同總電纜一同捆綁，留待檢修用。

三、雨量監(jiān)測技術要求

1）雨量計應安裝在遠離建筑物和樹木的空地上，減小遮擋引起的誤差；

2）雨量計應固定于混凝土基座上或立柱上，雨量計應安裝穩(wěn)固，遇暴風雨時不發(fā)生傾斜為宜；

3）雨量計安裝前，應取出內(nèi)部固定翻斗的橡皮筋；

4）雨量計安裝時，應用水平尺校正，使承雨器處于水平狀態(tài)；

5）雨量計安裝后，用一定量的水倒入雨量筒中，測試數(shù)據(jù)的準確性；

6）雨量計安裝后需要定期進行清理維護，主要清除雨量筒中的樹葉、灰塵等，保持雨量筒干凈，防止堵塞影響數(shù)據(jù)，并對設備進行現(xiàn)場測試校準；

圖4.3 翻斗式雨量計

本次采用ZDHD-JYL翻斗式雨量計，主要技術指標如下：

表4.3 翻斗式雨量計主要技術指標

四、采集及供電設備安裝技術要求

1）選型與質(zhì)量：根據(jù)監(jiān)測項目和現(xiàn)場條件，選擇合適的監(jiān)測采集設備，確保設備的精度、可靠性和穩(wěn)定性。設備應具有良好的防護性能，能適應野外環(huán)境條件，如防水、防塵、抗干擾等。

ZDHD-RTU數(shù)字信號采集儀可滿足各種RS485信號類型的傳感器數(shù)據(jù)采集，采集儀將采樣、數(shù)據(jù)管理、測量、傳輸、供電功能集成于一體，具有集成度高、外觀小巧、安裝便捷、運用靈活、性價比高等特點，適用于傳感器分布較為集中，需要無線通信、無線組網(wǎng)、遠程在線監(jiān)測等工況。設備支持4G全網(wǎng)通上傳，可同時支持6條鏈路通訊，支持TCP/UDP/MQTT/HTTP/地災災害監(jiān)測HTTP等通訊協(xié)議。

圖4.4 數(shù)據(jù)采集儀

其主要技術指標如下：

表4.4 主要技術指標

2）安裝與調(diào)試：按照設備說明書的要求進行安裝和調(diào)試，確保設備安裝牢固、位置準確。安裝過程中，要注意避免對設備造成損壞，同時要確保設備的電氣連接正確、安全，防止漏電等事故發(fā)生。

設備電氣連接注意：

A、供電設備采用應做可靠的防雷接地處理。

B、供電設備進行供電前應檢查接線線序是否正確。

C、當監(jiān)測系統(tǒng)為太陽能電池板供電時，應注意光伏控制器先接監(jiān)測設備負載和蓄電池，最后接太陽能電池板輸入線。

D、太陽能板安裝應朝正南方向，傾斜30-45°左右，具體視地域經(jīng)緯度而定。

3）維護與保養(yǎng)：定期對監(jiān)測設備進行維護和保養(yǎng)，檢查設備的運行狀態(tài)，及時更換損壞或老化的部件。在惡劣天氣條件下，如暴雨、大風等，要加強對設備的檢查和防護，確保設備安全。

4）數(shù)據(jù)安全：

A、采集與傳輸：確保監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的準確性和完整性，采集設備要定期進行校準和檢查。數(shù)據(jù)傳輸過程中，要采取加密等安全措施，防止數(shù)據(jù)泄露和篡改。

B、存儲與管理：監(jiān)測數(shù)據(jù)應進行妥善存儲，建立數(shù)據(jù)備份制度，防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)管理要嚴格按照相關規(guī)定進行，設置訪問權限，確保數(shù)據(jù)的安全性和保密性。

五、預警閾值及響應

1.預警閾值

 1）依據(jù)《公路工程安全風險評估指南》，明確位移速率、累計位移量等預警指標（如單日位移超過3mm需預警）； 

 2）分級響應機制（黃色、橙色、紅色預警對應的停工、撤離、加固等措施）。 

3）本項目初步采用累計位移與位移速率為預警指標（實際開展過程中，預警值會根據(jù)每個邊坡的情況進行設置），具體預警指標如下：

表4.5 監(jiān)測預警級別劃分標準

當出現(xiàn)如下情況時，也應進行監(jiān)測預警：

1）坡頂鄰近路基出現(xiàn)新裂縫，原有裂縫有新發(fā)展；

2）支護結構中有重要的構件出現(xiàn)應力驟增、壓屈、斷裂、松弛或破壞的現(xiàn)象；

3）邊坡底部或周圍巖土已出現(xiàn)可能導致邊坡剪切破壞的跡象或其他可能影響安全的征兆；

4）根據(jù)當?shù)毓こ探?jīng)驗判斷已出現(xiàn)其他必須報警的情況。

2.監(jiān)測預警響應

1）藍色注意：口頭提示現(xiàn)場運營人員與相關單位；

2）黃色警示：口頭提示現(xiàn)場運營人員與相關單位，加密監(jiān)測頻率，由月變形統(tǒng)計調(diào)整為周變形統(tǒng)計；

3）橙色警戒：發(fā)布正式橙色警戒預警通知，監(jiān)測頻率提高至 1 次/1 小時；

4）紅色警報：發(fā)布臨滑預警通知，監(jiān)測頻率提高至 1 次/10 分鐘。

除采集監(jiān)測措施外，同時建議甲方根據(jù)現(xiàn)場情況，采取措施如下：

1）藍色注意：加強現(xiàn)場巡查；

2）黃色警示：組織相關單位進行現(xiàn)場評估，根據(jù)評估結果采取措施；

3）橙色警戒：組織相關單位進行現(xiàn)場評估，采取必要的處治措施；

4）紅色警報：根據(jù)緊急程度，采取應急搶險措施或者疏散人員。

4、現(xiàn)場施工及安裝圖片

一、施工安全交底及進場封控圖

施工前安全交底

道路封控后車輛人員進場

二、GNSS監(jiān)測站安裝圖

設備運輸

立桿固定（膨脹螺絲固定）

設備組裝，水泥墩加固

三、深部位移監(jiān)測站安裝圖

基礎固定、測斜儀下放

設備組裝安裝

四、雨量監(jiān)測站安裝

5、數(shù)據(jù)展示

GNSS位移曲線（X/Y/Z）

GNSS變形軌跡

測斜儀X\Y軸深度-位移曲線

測斜儀X\Y軸累計位移曲線

日降雨量與累計降雨量

施工難點及解決方案

一、高速公路施工交通組織與安全風險

難點：施工占用車道或路肩，易引發(fā)交通事故或擁堵。如何在保障車流暢通的同時確保施工人員、設備安全。

解決方案：采用智能交通管理，提前跟高速公路管理部門報備，每日填報“智慧施工”APP，高速監(jiān)控中心會在可變情報板（VMS）提前警示駕駛者，先封控后進場，臨時占用應急車道，按照高速公路施工封道設置施工作業(yè)標識牌、錐桶、限速標志等；采取日間施工，規(guī)范作業(yè)：施工時間控制在白天，避免夜間施工。人員及車輛在施工區(qū)內(nèi)作業(yè)，人員佩戴安全帽、反光衣。

二、有限作業(yè)時間及空間

難點：施工作業(yè)時間有限，區(qū)域狹窄，涉及邊坡鉆孔作業(yè)，大型機械難以展開作業(yè)。

解決方案：采用輕量化、模塊化設備，如：GNSS一體機、太陽能蓄電池一體化供電系統(tǒng)、小型鉆機等。方便運輸?shù)耐瑫r，提高工作效率，減少現(xiàn)場作業(yè)時間，

三、邊坡施工安全

難點：部分高邊坡施工區(qū)陡峭，坡度達70°，部分高邊坡無臺階，施工安全難以保障。

解決方案：采用邊坡兩側繞行、再分級吊裝的方式，將設備從低臺階區(qū)域人工吊裝至高臺階區(qū)域，并確保施工人員證件齊全，施工佩戴安全帶，高處固定安全繩。