高速公路邊坡變形監(jiān)測與分析

張杰

摘 要：高速公路是連接地區(qū)與地區(qū)之間的重要交通方式，在推進我國現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)的過程中，高速公路的建設(shè)也是一直被作為一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)任務(wù)，尤其對于一些邊遠山區(qū)來說，高速公路是當(dāng)下最便捷、性價比最高的一種交通方式。但當(dāng)前在山區(qū)進行高速公路建設(shè)仍然有一定的難度，尤其在邊坡工程的施工中，需要更高水平的施工技術(shù)和更精密的數(shù)據(jù)分析，從而維護高速公路邊坡工程的穩(wěn)定性。本文通過對具體的高速公路邊坡變形問題進行分析，探討高速公路邊坡監(jiān)測方法、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)等方面的具體內(nèi)容，為利用監(jiān)測數(shù)據(jù)分析邊坡變形狀態(tài)，維護高速公路邊坡的穩(wěn)定性提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;邊坡工程;變形監(jiān)測

中圖分類號：U416.14 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

高速公路邊坡變形產(chǎn)生的病害是引發(fā)公路交通安全事故的一項重要原因，尤其在我國的交通運輸網(wǎng)布局拓展到山地地區(qū)后，更復(fù)雜的地形地勢情況以及特殊的地質(zhì)問題，使滑坡災(zāi)害的發(fā)生更加頻繁，對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展造成了較大的破壞。因此，我們需要對高速公路邊坡變形情況展開監(jiān)測與分析，實時了解邊坡的內(nèi)部狀態(tài)、位置偏移和相應(yīng)的地形變化規(guī)律，從而形成準(zhǔn)確的滑坡災(zāi)害預(yù)報、預(yù)警機制，保護人民生命安全和社會財產(chǎn)安全。

高速公路邊坡變形監(jiān)測工作主要包括測定滑體的具體邊界、定期監(jiān)測滑體的滑動量、確定滑動線的方向及其滑動速度，從而保障高速公路的交通安全。在具體的高速公路邊坡變形監(jiān)測工作中，通常使用倒垂、引線等正軌技術(shù)手段，但在一些外部監(jiān)測工作中，還會應(yīng)用大地測量學(xué)原理，應(yīng)用現(xiàn)代化測量方法和先進的精密測量儀器展開外部監(jiān)測，而為了保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性，減少測量誤差，需要進行多次的重復(fù)監(jiān)測。目前，高速公路邊坡變形監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)形成了較為成熟的監(jiān)測體系，出現(xiàn)了多種監(jiān)測方法，其中對位移變形測量效果較好的方法有前方交會和極坐標(biāo)法。同時，隨著社會科技的快速發(fā)展，定位系統(tǒng)以及科技含量更高的全站儀等監(jiān)測工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，進一步提高了監(jiān)測技術(shù)水平，本篇文章對應(yīng)用全站儀進行高速公路邊坡變形監(jiān)測與分析工作展開討論與研究。

1 高速公路邊坡變形監(jiān)測案例概述

案例中的高速公路邊坡位于我國南方某山地城市，該高速公路的邊坡采用錨索框架梁植草加固的方法，其邊坡長度有兩百米，最高處有三十五米;當(dāng)?shù)貙儆谇鹆甑貐^(qū)，地形地貌復(fù)雜，坡度較大，邊坡經(jīng)歷過一次全斷面開挖卸載，坡腳處沒有支撐點，在高強度降水的影響下，煤系地層的強度大幅度降低，坡腳的承載能力嚴重不足;該邊坡的地層較為脆弱，其中表層由粉質(zhì)黏土構(gòu)成，帶有沙粒狀的手感，下層由粉砂巖和頁巖構(gòu)成，受到強烈的風(fēng)化作用，巖質(zhì)較軟，其中摻雜有脆性較大的劣質(zhì)煤;巖層的整體走向與路線接近垂直。該路段多處出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，為了獲取準(zhǔn)確的邊坡變形數(shù)據(jù)，為后續(xù)的道路加固、改造工作提供數(shù)據(jù)支撐，需要對該路段進行邊坡變形監(jiān)測。

2 全站儀以及極坐標(biāo)監(jiān)測法相關(guān)概述

社會科學(xué)技術(shù)的進步推動著邊坡工程監(jiān)測工具的快速發(fā)展，當(dāng)前高速公路邊坡變形監(jiān)測工作中所使用的測量工具在靈敏度和精密程度上都有了巨大的提升。如以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)研發(fā)的高速公路邊坡變形測地機器人使我們在邊坡變形監(jiān)測的辨識、跟蹤、搜索和精準(zhǔn)查找工作環(huán)節(jié)的效率大幅度提升，在距離、角度和三維坐標(biāo)等信息的獲取上更加的準(zhǔn)確。監(jiān)測過程的智能化、自動化可以在較小尺度的局部坐標(biāo)的監(jiān)測時，使監(jiān)測工作具備更強的靈活性、便捷性和精準(zhǔn)性。徠卡TS60具備這樣的功能，是當(dāng)前邊坡工程監(jiān)測中所廣泛使用的一種全站儀。

2.1 徠卡TS60全站儀的相關(guān)概述

徠卡TS60全站儀配備有先進的映像傳感器、馬達傳感器等多種硬件，這些硬件使其不僅具備高精度的識別、搜尋和查找功能，能準(zhǔn)確的測量角度、距離和三維坐標(biāo)，同時也可以實現(xiàn)自動校準(zhǔn)，完成觀察和記錄工作。除了具有科技含量高的硬件，優(yōu)秀的機載控制軟件也是徠卡TS60巨大優(yōu)勢的重要原因之一，機載控制軟件的運行實現(xiàn)了全站儀的自動化，并且使全站儀具備了較高的學(xué)習(xí)性和成長性，在實際工作中，使用者能夠根據(jù)作業(yè)需求進行機載應(yīng)用程序的設(shè)計開發(fā)，增強全站儀的實用性，使全站儀具有廣泛的適用性。

2.2 極坐標(biāo)差分監(jiān)測法相關(guān)概述

極坐標(biāo)差分監(jiān)測法要求在監(jiān)測地點之外選擇合適的位置，建立穩(wěn)定的工作基點網(wǎng)，并在每個測量周期，按照測量坐標(biāo)原理，采集變形點的斜距、天頂距、水平角等數(shù)據(jù)，然后將參考基準(zhǔn)線的數(shù)據(jù)與采集的真實數(shù)據(jù)進行對比，根據(jù)數(shù)據(jù)對比結(jié)果，分析外部影響因素，并進行調(diào)整，以使監(jiān)測結(jié)果更加準(zhǔn)確。在最大限度減少外部影響因素和儀器本身的影響后，將數(shù)值差異與變形點觀測值按照要求進行運算，從而得出變形點的準(zhǔn)確坐標(biāo)。通常變形監(jiān)測點的建立包括測站點、參考點、目標(biāo)點這三部分。測站點就是測量儀器的位置，參考點的設(shè)立是為了使具體變形量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，目標(biāo)點則是能夠用于獲取變形點信息數(shù)據(jù)的點。利用這三點的信息和測量儀器得到的數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確的顯示邊坡變形的具體狀態(tài)。

3 高速公路邊坡變形監(jiān)測與分析具體措施

邊坡按其成因可分為自然邊坡和人工邊坡，按介質(zhì)成份可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。對于不同的邊坡工程，其成因、組成成份各不相同，地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力的分布更是千差萬別，這樣就決定了邊坡監(jiān)測是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅跟監(jiān)測手段的高低與儀器設(shè)備的優(yōu)劣息息相關(guān)，也與監(jiān)測技術(shù)人員對巖土體介質(zhì)的了解程度和工程情況的掌握程度密不可分。邊坡變形不僅破壞自然環(huán)境，而且會對人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。監(jiān)測控制是預(yù)防邊坡災(zāi)害的有效途徑。每一種監(jiān)測方法都有其特點和適用范圍，監(jiān)測人員應(yīng)該在充分了解工程地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡等級、邊坡變形所處的階段、邊坡加固結(jié)構(gòu)特點制定合適的監(jiān)測與分析措施。

高速公路邊坡監(jiān)測的具體目的包括掌握該高速公路邊坡的變形發(fā)展方向、大小和發(fā)展趨勢等基本信息、進一步了解主要滑動區(qū)域部位潛在的巖體變形情況、在觀測過程中分析邊坡滑動變形的影響因素、預(yù)測山體變形情況并進行預(yù)報，最終形成治理邊坡變形的具體策略和措施，為高速公路的正常、安全使用保駕護航。具體來說，高速公路邊坡變形監(jiān)測與分析的具體措施包括以下幾個方面：

3.1 建設(shè)工作基點

工作基準(zhǔn)點應(yīng)該設(shè)置在地形平坦、地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的區(qū)域，在這一標(biāo)準(zhǔn)要求下，分別在山頂、山洼、山坡上選擇三處合適的地方埋設(shè)三個水準(zhǔn)基點，并用混凝土對基點進行加固。然后根據(jù)高速公路邊坡的實際變形情況，設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的監(jiān)測點，并對監(jiān)測點進行編號，確保數(shù)據(jù)管理的便捷性。

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

首先對埋設(shè)好的監(jiān)測點進行逐一觀測，以觀測數(shù)據(jù)為元素建立概略坐標(biāo)X、H、Y的坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中原始數(shù)據(jù)、信息的準(zhǔn)確度和精度越高，后期各個觀測點進行自動化觀測得到的數(shù)據(jù)就會越精準(zhǔn)，因此要確保人工觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并在數(shù)據(jù)積累到一定程度時，及時對數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進行修正。在正式開展監(jiān)測工作時，考慮到距離遠近對坐標(biāo)精準(zhǔn)度的影響，應(yīng)該盡可能的以距離監(jiān)測位置更近的基準(zhǔn)網(wǎng)點作為基準(zhǔn)站和參考站。在觀測時，將全站儀放到基準(zhǔn)站最高的觀測點上，并對儀器進行調(diào)整、調(diào)試，設(shè)置好觀測點集、觀測順序和測回數(shù)。然后全站儀會以數(shù)據(jù)庫中的坐標(biāo)信息為基礎(chǔ)展開自動測定，測量出具體的方位角、斜距、天頂距等數(shù)值并進行記錄。為了保障觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，要盡量減少外部因素對觀測過程的影響，如減少陽光直射，降低觀測數(shù)據(jù)的離散程度，在下雨天氣，要及時清理棱鏡上的雨水和灰塵，提高全站儀的精準(zhǔn)和速度。通常情況下，選擇在良好天氣進行監(jiān)測，能夠使觀測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

3.3 邊坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析

利用數(shù)據(jù)處理工作站的計算機對全站儀觀測并記錄的斜距、天頂距、水平角等多種數(shù)據(jù)信息進行處理，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)觀測值計算公式，并借助現(xiàn)代計算機技術(shù)和專門的計算軟件對數(shù)據(jù)進行計算與分析，從而得出觀測點精確的三維坐標(biāo)、位移量等信息。這種數(shù)據(jù)處理方式能夠支撐高速公路變形趨勢和變形量的預(yù)測分析。

4 結(jié)語

高速公路邊坡變形監(jiān)測具有積極的現(xiàn)實意義，在現(xiàn)代高速公路建設(shè)工程中占有十分重要的地位，一直以來都受到社會各界的廣泛關(guān)注。通過提高邊坡變形監(jiān)測工作的質(zhì)量，充分利用現(xiàn)代化監(jiān)測設(shè)備與工具，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和觀測效率，為后續(xù)高速公路邊坡改造工程提供有力的數(shù)據(jù)支撐，推動我國交通事業(yè)的進一步發(fā)展。

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