变形监测技术在高陡边坡稳定性监测中的应用

文/王克东

山西汾西正晖煤业有限责任公司昌元煤矿属急倾斜煤层，煤层倾角在 60°～72°之间， 由于历史开采的原因，致使昌元煤矿存在大面积的露头和隐伏火区及塌陷区。经多次论证后，采用“分层剥挖、逐层注水灭火、彻底挖除火体和封堵回填”的综合灭火方法进行灭火，但在灭火的过程中，形成了150～220m的临时高陡边坡。临时高陡边坡的稳定性成为该治理项目安全生产的关键因素之一。为此，昌元煤矿在对高陡边坡进行锚索加固的前提下，同时对边坡进行24小时不间断监测，直至内排回填结束，为综合治理工程提供了可靠的安全生产保障，在实践应用过程中取得了较好的效果。

一、边坡变形监测的目的

1．对边坡稳定性进行实时动态监测，为施工提供边坡三维位移数据。

2．评价边坡在施工中的稳定性，并作出预测预报，若位移数据异常，及时发出预警。

3．对边坡可能出现变形破坏的区域、规模、滑动方向、发生时间及危害程度，及时做出分析和预报。

4．统计边坡位移数据，分析研究边坡变形破坏的规律。

5．通过边坡稳定性监测，为工程提供可靠的安全保障。

二、边坡监测具体措施

1．主要监测设备

采用瑞士TM30/TM50系列智能全站仪，主要设备是测量机器人Measurementrobot，它是一种能代替人进行自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台，在全站仪基础上集成了磁驱伺服驱动马达装置、CCD影像传感器构成的视频成像系统、多目标快速锁定和跟踪技术并配置智能化系统、应用测量软件和多种通讯开发接口，具有自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标、自动进行正倒镜观测并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息功能，使其能在无人的环境和特殊条件下执行精确的测量任务，并及时地传送测量数据，又称为智能化自动全站仪。

该仪器精度±0.5"，测距精度±(0.6mm+1ppm*Dkm），圆棱镜测程最长可达3.5㎞。TM30/TM50系列自动全站仪能够实现免棱镜自动测量、电子整平、自动正倒镜观测、自动记录观测数据、影像采集等功能，而其独有的 ATR（Automatic TargetRecognition)模式，使全站仪能自动快速识别目标并进行锁定，及时准确地掌握全部高边坡稳定性动态情况。

2.监测原理及应用软件

利用测量机器人进行边坡监测时，应在高边坡影响范围之外稳定坚硬的岩石上布设参考点，在边坡上布设目标点，在特定的地点设置基站，测量机器人在此进行监测操作，测量机器人通过对参考点的测量，通过后方交会法实时校正基站测量机器人的坐标，然后对目标点进行测量 （测量周期约180个/小时），结合温度气压传感器修正所测数据，对监测点进行实时在线监测，并将测量数据通过有线和无线通信方式传输到中央处理站，利用徕卡GeoMoSMonitor软件对监测数据进行预处理，将测量数据转换为测量机器人的GSI数据格式，存入数据库中。数据库中的字段包括：序号、点名、X坐标、Y坐标、高程H、观测日期等信息，然后建立点表、观测循环表等，由徕卡Geo-MoSAnalyzer软件将所采集的数据生成监测点位移曲线图，以实现对矿区高边坡的实时监控。

3．基准网设置

为了使监测点位移数据具有可靠性、高精度，在高边坡影响范围之外稳定的地方设置4个以上的基准点构成基准网。

4．监测点选择与设置

首先应确定主要监测的范围，在该范围内按监测方案的要求确定主要滑动方向，按主滑动方向及滑动面范围确定测点，然后选取典型断面，再按测线布置相应观测点。对于不同岩层的边坡，一般在布置测点时均有所不同。对可能形成滑动带的重点监测部位和可疑点，应加密测点。

根据开挖断面的长度和高度，随工程进度不间断布置监测点，各个测点与测站点和基准点形成监测网，监测点在每一层边坡平台上按照间隔30～50m设置。由于地质、降水及荷载的原因，部分高边坡会重复卸载，在每一次卸载结束后形成的平台上重新布置监测点。基于以上原因，一工区在施工期间共累计设置295个监测点。

5．监测精度及计算方法

在实际监测中，单向最大距离不大于1km，仪器测角精度±0.5"，测距精度±(0.6mm+1ppm*Dkm），经公式计算监测点中误差为小于等于±2.5mm。在监测期间每两个月对基准点进行一次校正，然后采用后方交会法对测站点进行校正，确保监测点采集数据的准确性。

6．监测程序、频率与周期

边坡的监测程序按图1所示进行。

图1边坡开挖过程中机器人稳定性监测的实施流程图

项目区一工区施工形成平台后设置监测点，于2014年5月12日开始进行监测点测量，每天24小时在线监测，每隔30分钟监测一次监测点，至2016年5月29日开挖区域回填结束。

7．监测预警实例

2015年5月初，一工区高边坡开挖至高程1675m，形成了高约150m，长约400m的高边坡断面。其中高边坡断面1730m平台监测点JCD172位移量较大 （见图2），位移量已达到预警值，随即向项目部及施工方下达报警通知书。施工方接到报警后立即对该危险部位进行处置，于2015年5月17日处置结束后，立即在该部位重新布置监测点 （JCD1207），并及时开始监测，监测点位移曲线处于平稳趋势，表明该部位已恢复稳定状态。

图2 5月4日～5月10日JCD172监测点累积位移曲线图

三、结论

山西汾西正晖煤业公司昌元煤矿变形监测方案，可准确、及时、直观地对高边坡稳定性进行监测、预警，为工程各个阶段施工顺利进行提供了可靠的安全技术保障，在实践应用过程中效果良好。