自动化监测预警系统在边坡监测工程中的应用

路学爱

（甘肃第三建设集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

在岩土工程中，由于边坡结构可能会受设计坡角和自然因素的影响，受到岩土重力或振动力的作用下可能会出现崩塌或滑坡等地质问题,因此，边坡稳定性是关键问题之一。大范围的边坡岩和土体破坏可能会导致交通中断、水库淤填、建筑倒塌等严重的地质灾害，因此为了提高岩土工程稳定性，有必要加强边坡监测力度，针对项目区域高边坡进行安全监测，但是传统的监测手段大多利用全站仪或经纬仪等设备进行人为监测，耗费大量人力、物力和时间，但监测效果不尽如人意。自动化监测预警系统的应用，则可以有效地弥补传统监测手段存在的不足，实现边坡监测工程的自动化、动态化开展，能够在确保监测精度的同时提高监测效率。

1.自动化监测预警系统

1.1 系统构成分析

主要结构：该边坡自动化监测预警系统是一个以Web 为基准的多路分布式光纤故障监控系统，由现场多个监测单元与测试系统主控计算机构成，子站和主站利用无线通信GPRS 实现通信以及数据交互，客户端选择了浏览器界面，操作便利且方便后续的维护工作。

远程监测站：其主要结构有测试单元RTU 与机箱机架等，RTU 的功能性主要表现在两个方面。一方面，为运用OTDR 测试模块来收集线路中的信息，并转换为统一格式，之后利用无线网络传输的方式发送到监测中心站，由主控计算机来接受并处理信息；另一方面，为执行监测中心站主控计算机下达的指令，根据有关标准实现部分测试任务，按照RTU 指令需要将待测试光纤转到和OTDR 连接好的光路中，利用单个的OTDR实现多路光纤的自动化监测。

主控计算机：其一般功能模块包含预警模块、数据收集模块、Web 服务模块等，边坡安全管理用户能够运用网络来控制主控计算机，针对远程监测站RTU 下达的命令，利用点名监测等方法来定位监测光纤的故障位置，掌握不同路光纤的具体运作信息[1]。

1.2 主要功能

光时域反射测试功能：光时域反射检测是检测有无光纤故障的关键方法，系统主要有点名监测与定期监测两种方法，可以实现线路的实时预警。定期监测是结合边坡工程基本特性以及安全管理需求，针对光纤制定的针对性监测方案，定期监测完成后RTU 可以将每个光纤OTDR 监测信息利用无线通信的方式传输到TSC，以供预警处理。而点名监测则是按照临时需求设定一定的检测参数，对检测对象进行重点监测。

故障报警处理功能：远程监测站RTU 在完成路由表检测工作之后，RTU 可以将检测出的数据传输到主控计算机，而主控计算机在接收到信息文件之后，再根据监测预警平台将测试曲线及参考曲线进行比对分析，从而得出是否存在故障问题，若测试曲线存在较大偏差，那么系统会检查故障位置和特点。根据预定的方法路径发送故障报警，期间会将告警时间与告警等级等信息进行记录，生成告警记录信息。告警本身也能根据被检测位置划分为光纤或系统告警，并且根据故障的基本特征和严重程度划分为3 个类别与4 个等级区间，比如通信故障告警、光纤故障告警、电源故障告警等。根据告警严重性发动对应的声音与颜色反馈，在出现告警时，屏幕会将基本故障信息显示出来，光纤拓扑图中也会利用不同的颜色来表示告警等级，也可以利用信息提醒的方式告知维护人员。

数据查询报表功能：运用数据库可以构建监测站与主控计算机数据库系统，服务器能够提供光纤路数的信息资料存储服务，有助于系统进行信息数据的分类和统计处理。并且系统还能提供监测边坡光纤监测动态化告警信息，以及维护处理的统计报表。

系统配置功能：在主控计算机主站中，用户能够利用对应的软件来配置或调整被监测光纤路线的名字和设备端口等，建立光纤端口和对应路由的关系，设定不同光纤路由和开关端口的对应关系。结合输入到数据库中的信息自动构建边坡监测站RTU 分布图和不同RTU 的监测分布图，以及被监测光纤故障点分布图等，也能够针对这些视图进行修改调整，包含监测站和光纤等，可以设计警告限制条件和测试周期等。五是用户管理功能。为确保系统能够稳定运作，系统用户权限设计为分级制，用户权限划分为普通操作员与管理员，分别具有不同的权限内容，相比之下管理员具备更高的权限，而且可以对普通用户权限进行调整，明确用户操作权限的范围，从而确保边坡安全监测预警网络的运行稳定性[2]。

2.边坡监测工程中自动化监测预警系统应用的重要意义

边坡监测工程在实际开展的过程中，由于涉及内容相对较多，而且具有复杂性特点，为实现对各项工作的优化，则应该加强创新的同时，充分认识到自动化监测预警系统运用的重要意义，进而制定针对性应用方案，分析各个环节运行效果，进而实现有效创新与优化，为后续工作的顺利进行提供帮助。在实践应用过程中，自动监测预警系统在实践应用环节能够将自身的优势发挥，需要得到广泛重视，进而对光时域反射测试功能、故障报警处理功能、数据查询报表功能、系统配置功能、用户管理功能有着充足了解，将其贯穿到边坡监测工程的各个环节，并适当地对功能进行调整，将其优势更加全面地发挥。与此同时，在实践探究工程中应用时，还应该围绕各项工作展开分析，并对某项公正影响效果进行探讨，对系统存在的问题制定针对性解决方案，实现有效创新的同时，保证系统运行的稳定性。但仍要注意由于受地质环境的影响，导致检测效果会有不确定因素，所以必须完善技术应用，并创新多样化应用方案，遵循实践工程展开原则，有效控制实践数据检测误差，保证监测点布置的合理性，并通过子系统的创新应用，为后续监测工作的顺利进行奠定基础。

3.自动化监测预警系统在边坡监测工程中的具体应用

3.1 地表巡视情况

某边坡监测工程于2019 年9 月初正式进场实施，在当天地表巡视期间发现ZK5 周围沿路基方向1 m 位置出现了一条裂缝，后缘滑壁贯通良好，长度在120 m 左右，大里程端和垮塌破口贯通，错高10 cm 宽15 cm，剪出口在B 匝道附近，顺着剪出口上缘地面能够发现一个扇形的裂缝，勘查过程中也了解到这一剪出口裂缝仍然处于不断发展的阶段。之后在滑坡壁后20 cm 的位置也发现了新的牵引裂缝，观测缝宽度只有3 mm左右，可见长度只有3 m，这也能够证明滑坡中上段存在牵引式滑坡现象。在当月月底时，滑坡后壁发生了显著变化，裂缝宽度达到了30cm，错高在10～40 cm，剪出口也出现了严重的膨胀现象，滑坡前方存在推移特点[3]。

3.2 深部位移监测结果

测斜管底部位于稳定地层，作为水平位移零点，不同点的累积位移便是相对孔底位移的累加值，按照测斜管测槽的具体位置和方向，位移设定为x 主滑方向、y 平行线走向及合位移方向，两者皆为方向的矢量和。位移方向标准有以下：x 方向作为垂直线路的主要方向，正方向指向坡体正下位置，也是主滑方向。Y 方向便是平行线走向，正方向指向起点方向，结合两种位移情况能够经过分析来找到合位移方向的累积位移情况。按照三种位移情况，能够推断出滑动面的深度和位移速度，又结合深部位移检测结果进行分析，能够了解到不同部位的检测孔累积位移情况。将9 月1 日作为起始日期，计算1 日至30日整月的检测孔周期累积位移，并根据监测结果来绘制实践曲线图，为后续的分析工作打下基础。

3.3 深部位移监测分析

在检测工作开始之初，滑坡周边的监测孔部分因坡体位移情况较为明显，滑动变形较大，且在成孔后一段时间内受到不同程度破坏。监测孔在当月5 号时便开始深部位移监测，经监测得到的数据信息能够了解到孔深15 m 左右的深度便开始出现位移突变的现象，由此能够判断该位置周边的滑动面积深度在15 m 左右。在10 号时，该监测孔的x 方向累积位移最大已经达到了130 mm，y 方向累积位移也达到了65 mm 以上，合位移累积量最大达到了146.6 mm。

3.4 综合性分析

根据上述的地表巡视和深部位移，以及该地区的地下水监测情况和已有的地质信息进行综合性分析，其结果如下：滑坡机理表现为边坡开挖主要为从上至下的程序，但卸荷疏松导致了开挖路堑边坡向着临空面的方向发生形变。边坡开挖揭露至泥岩部位，在与空气充分接触后其强度也发生明显变化，强度不断降低，同时泥岩层面属于外倾顺层面，路堑边坡开挖时不断滑动从而形成了泥岩层面局部滑坡现象，而前缘部分滑坡牵引上部坡体的形变，导致滑坡现象越来越严重。滑坡会形成一定推力，带动前部岩土体移动，在前滑坡边沿位置产生推移滑坡，并且滑坡从最初开挖时，前沿低面反翘剪出，前沿推动滑坡滑动，使得后沿滑坡多为牵引滑坡，对前缘产生的推移滑坡，之后转变为牵引和推移滑坡共存且相互影响，导致滑坡问题越来越严重；边坡稳定性亟需加强，至月底时滑坡依然在不断变形[4]。

4.结语

对于边坡监测工程来说，自动化监测预警系统的应用相较于传统监测系统具有显著优势，能够实现边坡形变情况的比对分析，并且清晰地反馈出变形位置和变形情况，分析滑动面的深度，保证边坡安全性和稳定性的同时提高了滑坡监测工程智能化、信息化水平。自动化监测预警系统有效改善了以往监测手段精度差、成本高、效率不佳等现状，监测数据更加准确，对后续施工设计带来了可靠的设计依据。