深孔位移传感器在滑坡监测中的应用

2022-01-19吕飞飞侯云凯张南星

山西建筑 2022年2期

吕飞飞，侯云凯，张南星

(陕西路桥集团有限公司，陕西西安 710075)

0 引言

为保证山区高速公路建设及运营过程中的安全，如何有效监测线路范围内滑坡体的稳定显得尤为重要。最早的监测方法分为人工观测和巡查记录[1]，随着通讯技术的发展、大数据的应用以及北斗卫星定位系统的启用，北斗在线滑坡监测系统逐步应用到滑坡监测中[2]。该系统主要由数据采集、传输、管理等部分组成，涉及到的设备有位移传感器、水位监测设备、雨水监测设备。通过计算机统计分析，对滑坡体进行安全监测。深孔位移传感器结合北斗在线监测技术在滑坡体监测中的应用较少。

采用深孔位移传感器进行深部位移监测主要是为了及时掌握边坡的内部位移情况及规律，并分析研究其有无滑动和失稳的趋势。北斗在线监测技术能实现高精度实时监测[3-8]，因此二者结合能实现对滑坡体的稳定性实时监测，保证山区高速公路建设及运营过程中的安全。

1 深部位移监测原理及设备简介

1.1 深部位移监测原理

深部位移量是对滑坡体内部结构的扰度变形的直接反应，是影响滑坡体稳定的重要因素。测斜仪是广泛应用在滑坡等岩土体工程中测定岩土体内部深部水平位移的一种原位监测仪器[8]。因此，采用测斜仪监测深部水平位移进而完成监测工作。

测斜仪一般采用串联的方式安装在测斜管的内部，在选定的高程位置处安装倾斜传感器，利用传感器测得倾斜角，绘制出结构物的变形曲线。除此之外，还能够通过计算得出杆标距长度范围内的水平位移。

1.2 设备简介

项目采用一组内部测斜仪对边坡体内部结构的扰度变形进行实时、连续的监测，所用设备为GN-1B型固定式测斜仪(技术指标如表1所示)。GN-1B固定式测斜仪主要包含固定式测斜仪、测杆、导向轮等设备。测斜仪采用的是耐冲击型倾斜传感器，可靠性好稳定时间快，安装附件少组装方便，配合测斜管使用，可方便实现测量的自动化。

表1 GN-1B固定式测斜仪技术指标

2 工程应用

2.1 工程概况

湫坡头(陕甘界)至旬邑高速公路支党河特大桥位于黄土大沟壑地区，区内不良地质主要为黄土滑坡、崩塌及湿陷性黄土。为确保施工及运营安全，需对桥址范围内的滑坡体进行稳定性监测。

2.2 设备安装

监测点位的选取需要结合地质勘查报告和现场地形情况确定，兼顾HP15，HP15-2沿地质剖面2-2′共布设2处。每处各5支深部位移计，分别位于：9号平台东南处CXY01～CXY05和10号平台上方CXY06～CXY10；埋设深度CXY01～CXY05埋深依次为5 m，10 m，15 m，20 m和25 m，CXY06～CXY10埋深依次为7 m，14 m，24 m，34 m和44 m。

仪器采用打孔安装方式，采用钻孔机打孔时孔径要求大于75 mm，孔深要求穿过最下一层滑面。在每个孔位不同深度安装一组(多支)内部测斜仪，仪器沿着铅垂线的方向在边坡面的指定勘测位置进行安装(见图1)。

监测站的数据通过特定的测量模块控制数据采集，并采用有线的传输方式连接至前端采集站的工控机，由工控机接收数据或者控制命令并最终进行数据的接收与上传。每支测斜仪都通过有线电缆连接至测量模块，通过特定的测量模块装置实现数据的统一控制、管理。

2.3 深部位移监测

本文选择CXY06-CXY10监测点进行深部位移监测分析，该监测点安装于HP15-2上10号平台上方。由于该监测点位于黄土地区，结合以往人工监测经验及地质条件、降雨量等因素，确定预警值为3 mm/d、累计变形量为30 mm。

2.3.1 垂直滑坡方向形变量

分析时将X轴确定为滑坡的垂直方向，以月作为单位进行数据采集分析，采集数据如图2所示，累计形变量采集数据如图3所示，累计变化量及变化速率见表2。形变量为正表示垂直2-2′向东，为负表示垂直2-2′向西。

表2 深部位移X轴累计变化量及变化速率

经过分析可以看出，采集的数据比较稳定，累计形变量均远小于30 mm，变化速率最大为0.014 mm/d，最小值为-0.003 mm/d，均小于3 mm/d，且均小于预警阀值。通过深部位移分析得出结论：边坡体未见异常或滑动迹象。

2.3.2 滑坡方向形变量

滑坡方向(Y轴、HP15-2滑坡2-2′)形变量监测数据以月为单位，累积形变值为纵坐标，时间为横坐标。形变量为正表示沿2-2′逆坡方向，为负表示沿2-2′滑坡方向。10号平台西南处深部位移Y轴月形变量统计分析见图4，累计形变量统计分析见图5，累计变化量及变化速率见表3。

表3 深部位移Y轴累计变化量及变化速率

经过分析可以看出，除CXY08之外的各测斜仪测得的累计形变量均远小于30 mm，变化速率最大为-0.048 mm/d，最小值为-0.017 mm/d，均小于3 mm/d，且均小于预警阀值。各监测点数据平稳，其中CXY08累计变化量最大达到-38.17 mm，变化速率为最大达到-0.048 mm/d，其次CXY09变化量为-23.92 mm，变化速率为-0.03 mm/d，后续继续关注该层变化。通过深部位移分析得出结论：边坡体未见异常或滑动迹象。

2.4 深部位移分析

深部位移变化量及变化速率结果如表4所示。深部位移形变量及方向示意见图6。

表4 深部位移变化量及变化速率

由以上数据可知，除CXY08外各测斜仪累计形变量均远小于30 mm，变化速率最大为-0.061 mm/d，最小值为-0.016 mm/d，均远小于3 mm/d，且均远小于预警阀值。

施工前对10号平台处钻孔进行土样分析，0 m～32.5 m为粉质黏土，结构不均匀，含碎石，较松散，32.5 m～35.8 m为泥岩，强风化后成碎块状，35.8 m～50 m中风化后成块状，岩芯多呈短柱状，局部夹砂岩薄。

10号墩桩基施工前对墩位进行卸载开挖，开挖前标高为1 093.06，卸载开挖后标高为1 080，平台底部标高为1 076.3，大型旋挖钻机及冲击钻在施工过程中带来的振动对CXY08处的影响较大，导致CXY08变形量较大。通过深部位移分析得出结论：滑坡体HP15和P15-2深部地质层未见明显异常或滑动迹象。