1. 監測背景與需求

依據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013  相關要求，對坡頂及坡底鄰近建(構)筑物、道路及管線等可能引發較大變形或危害的邊坡應加強監測并采取設計和施工措施。邊坡滑塌區有重要建(構)筑物的一級邊坡工程施工時必須對坡頂水平位移、垂直位移、地表裂縫和坡頂建(構)筑物的變形進行監測。

實施邊坡信息化監測預警工作基本思路：首先結合邊坡安全等級、邊坡地質環境、邊坡類型以及支護方式等，提出變形控制的要求。然 后根據相關規范，確定監測內容及監測需求，并結合現場實際情況，選擇合理的監測技術方法，實時獲取邊坡變形現狀及變形發展趨勢，對邊坡的穩定性情況進行動態反饋，保障施工期及運行期人員財產安 全，達到動態設計，信息化施工的目標。

2. 相關技術標準和規范性引用文件

GB50330-2013 建筑邊坡工程技術規范 GB51214-2017 煤炭工業露天礦邊坡工程監測規范 DZ/T 0221-2004 崩塌、滑坡、泥石流監測規范

YS 5229-1996 巖土工程監測規范

GB 50021-2001 巖土工程勘察規范

JGJ 79-2012 建筑地基處理技術規范

GB 50026-2007 工程測量規范

JGJ 8-2016 建筑變形測量規范

GB/T18314  全球定位系統（GPS）測量規范

 

3. 邊坡監測設計基本原則

（1） 坡頂位移觀測，應在每一典型邊坡段的支護結構頂部設置不少于 3 個監測點的觀測網，觀測位移量、移動速度和移動方向；

（2） 錨桿拉力和預應力損失監測，應選擇有代表性的錨桿(索)，測定錨桿(索)應力和預應力損失；

（3） 非預應力錨桿的應力監測根數不宜少于錨桿總數 3％，預應力錨索的應力監測根數不宜少于錨索總數的 5％，且均不應少于 3根；

（4） 監測工作可根據設計要求、邊坡穩定性、周邊環境和施工進程等因素進行動態調整；

（5） 邊坡工程施工初期，監測宜每天一次，且應根據地質環境復雜程度、周邊建(構)筑物、管線對邊坡變形敏感程度、氣候條件和監測數據調整監測時間及頻率；當出現險情時應加強監測；

（6） 一級永久性邊坡工程竣工后的監測時間不宜少于 2 年。

（7） 監測工作以自動化監測技術手段為主，輔以必要的專業技術人員巡查巡檢工作，采用的技術方法成熟可靠，經濟合理；

（8） 監測儀器設備適宜野外觀測環境，滿足野外連續無故障運行的基本要求；

（9） 監測設施設備的安裝部署盡可能與施工作業相協調，避免相互干擾；

（10） 監測成果表達直觀，開展快速及時的告警、預警服務，充分服務于現場施工作業風險管控。

 

坡頂水平位移和垂直位移監測

坡頂水平位移和垂直位移采用 GNSS 自動化監測方法進行實時監測。北斗/GNSS   定位其本質為空間距離后方交會，即已知北斗

/GNSS 衛星位置，監測點位置為待定點，二者通過彼此間的空間距離建立聯系，通俗理解該空間距離由衛星信號傳播速度乘以傳播時間得到，而傳播時間為信號發出時刻與接受時刻之差，由于二者分別由原子鐘和石英鐘測得，二者測時精度相差甚遠，故信號傳播時間△t 與監測點位置（x,y,h）均視為未知數，為此至少必須同步觀測 4 顆衛星才具備解算條件，同時考慮各類誤差源對定位精度的影響，實際作業中觀測衛星數應遠大于 4 顆，以便開展平差計算，提升觀測精度。

北斗/GNSS 形變監測原理：鑒于形變監測精度要求高，為此不能采用簡單的單點定位方法，北斗/GNSS   形變監測采用載波差分算法（站間、星間各求一次差分），該算法消除了衛星鐘差、電離層折射、對流層折射、衛星軌道誤差以及接收機鐘差的影像，實現 mm 級高精度形變監測，其簡明工作流程如下：

 

（1） 基準站和監測站接收衛星信號，并將接收到的信號調制成原始差分數據；

（2） 接收機通過數據傳輸模塊利用 4G/5G 網絡實時傳輸至云端數據處理中心；

（3） 數據處理中心對數據進行解碼、解算、平差及精度評定；

（4） 數據處理中心輸出解算成果至應用端軟件平臺，根據不同行業需求進行專業化展示。從數據流程及功能劃分角度，整個監測系統可劃分為空間部分、地面基準站部分、監測終端以及后臺解算四大部分。

 

 

6.2 裂縫監測

自動化裂縫監測原理，在裂縫兩端（即固定點和被測點）連接一條鋼絞線，鋼絞線一端固定在被測點上，另一端繞過角位移傳感器，并由恒力進行平衡。當被測點發生位移時，所連接的鋼絞線將隨之移動發生變化，這個變化值在滑輪上表現滑輪轉過相應的角度，即可通過角度變化量來計算出裂縫寬度的變化量。

該型觀測設備其可靠性由合理的多余觀測來保證，即傳感器同時輸出具有固定差值（一般為傳感器半量程：模擬量為 2000）的一組模擬信號，通過二者的差值穩定性檢驗傳感器的工作狀態是否良好。后期數據處理則依據解析算法（解析系數 K=0.067）求解數字量，而后計算變形速率及累計變形量。

 

6.3 降雨量監測

目前，工程應用常用翻斗式雨量計，其中可靠性較高的雙翻斗雨 量計有上下兩個翻斗，中央有一個支點。當上翻斗盛積的水量達到一 定的數量值時，上翻斗翻倒，另一半翻斗開始盛雨，翻倒雨水經過匯 集漏斗流入計量翻斗。在測量過程中，隨著翻斗間歇翻倒動作，帶動 開關，發出一個個脈沖信號，將非電量轉換成電量輸出，此輸出電信 號將通過數據采集傳輸系統送入運營商網絡，實現降雨量自動化觀測。

采用雨量計進行降雨量動態觀測，可實現降雨過程記錄、不同階段降雨量累積分析，亦可計算得到降雨強度。該法屬于誘發因素監測，可服務于降雨型滑坡、泥石流成災告警或警示，亦可服務于多觀測量相關性分析，深入開展降雨誘發災害的定量風險分析。

 

6.4 應力應變類監測

自動化應力應變監測主要利用布設在支護結構內部或表面的各類應力應變傳感器，實時獲取支護結構應力應變信息，通過無線采發終端實現監測數據的采集，再通過運營商網絡將采集的數據傳輸至云端進行存儲分析。

 

6. 邊坡信息化監測系統架構

 

邊坡信息化監測系統架構主要由 4 個層面組成，分別為傳感層、傳輸層、分析層和運用層構成。前端傳感層面，主要利用布設在坡體及周邊環境的各類監測設備，實時獲取監測對象的變形形變、應力應變、水文及環境參數數據；傳輸層面，主要利用運營商網絡，將監測數據按一定推送頻率發送到后臺云端數據中心；分析及應用層面，主要是利用后臺數據分析和管理平臺，對監測數據進行處理、分析，綜合研判邊坡變形現狀及發展趨勢，及時進行預警預報，并生成相應的數據報表。

 

 

7. 預警判據

 

邊坡信息化監測的目的是通過實施自動化監測，實時獲取邊坡及周邊環境變形現狀及變形發展趨勢，進而預測預報邊坡未來在各種工況下的穩定性，若存在邊坡失穩等安全風險，則按照相關規定進行預警，并采取相關應對措施，保障施工及運營安全。

邊坡預警判據主要從以下幾點考慮：

 

（1） 有軟弱外傾結構面的巖土邊坡支護結構坡頂有水平位移跡象或支護結構受力裂縫有發展；無外傾結構面的巖質邊坡或支護結構構件的最大裂縫寬度達到國家現行相關標準的允許值；土質邊坡支護結構坡頂的最大水平位移已大于邊坡開挖深度的 1/500 或 20mm，以及其水平位移速度已連續 3d 大于 2mm/d；

（2） 土質邊坡坡頂鄰近建筑物的累計沉降、不均勻沉降或整體傾斜已大于現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB 50007 規定允許值的 80％，或建筑物的整體傾斜度變化速度已連續 3d 每天大于 0.00008；

（3） 坡頂鄰近建筑物出現新裂縫、原有裂縫有新發展；

（4） 支護結構中有重要構件出現應力驟增、壓屈、斷裂、松弛或破壞的跡象；

（5） 邊坡底部或周圍巖土體已出現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；

（6） 根據當地工程經驗判斷已出現其他必須報警的情況。

 

8. 主要監測儀器設備

 

為適應野外高低溫交變濕熱環境下監測儀器設備的連續無故障運行，確保監測數據質量，保證預警預報可靠性，監測儀器設備選型應按如下原則執行：

（1） 監測設備技術參數應滿足相關技術規范中監測方法及監測精度的要求，同時應遵循技術方案實用、可靠、經濟合理的原則；監測設備應通過第三方檢驗檢測機構的相關檢測認證。

（2） 監測設備選型時應充分考慮野外長期自主運行的實際特點，從以下幾個角度進行選取，盡量選取各功能同時具備的一體化封裝式專業設備。

環境適宜性：選取的設備應能長時間工作于野外惡劣環境條件下，

應具備防雷、防水、防塵、耐高低溫等基本性能。

性能適用性：選取的設備應具有基本的硬件、軟件機制，監測精度及頻率技術規范要求。

數據可靠性：所選設備除可實現數據遠程傳輸外，還應具備足夠容量的本地存儲介質（如 SD 卡或外接USB 存儲設備等），數據遠程傳輸設備應保證全天候運行的需求。

網絡多樣性：選取的設備應具備靈活組網機制，能根據現場的實際網絡條件選擇最為適合的入網方式，無線網絡方面應支持國內三家運營商 2G-4G 等多種無線網絡技術；預留電臺通訊及北斗通訊接口。

使用壽命：選取的監測設備其使用壽命不得低于 3 年。

（3） 供電系統可靠，儀器設備遵循低功耗設計要求，供電系統配置采用冗余設計（冗余度一般不低于 2.0）。