1、监测背景

高速公路由于沿线高填深挖路基较多，运营期间风险较大，为严格控制路基稳定变形，保障公路运营安全，防患于未然，并对病害路基处治、加固及防护效果进行评价，为处治设计提供依据，本次针对黄石路段高风险路基边坡进行了自动化监测。

本项目选择高风险的边坡与路基主要依据以下几个原则：

（1）相关单位建议需要加强监测存在较高风险的边坡及路基；

（2）发生过滑动变形或滑动破坏，经处治后仍具有较高风险的边坡及路基；

（3）监测持续变形且尚未收敛的边坡及路基；

（4）现场踏勘发现的存在较高风险的边坡及路基；

（5）距离敏感构筑物较近的边坡、路基。

监测内容及方法

本次高速公路边坡监测主要依据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）、《公路边坡监测技术规范》（JTG/T 3334-2018）、《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015）、《**高速公路路基边坡智能监测设计方案》等规范及方案。

监测区域：**高速沿线14个高填、深挖路基边坡。

监测内容及方法：地表位移监测采用GNSS一体机；深部位移监测采用导轮式固定测斜仪；降雨量监测采用翻斗式雨量计，见表2.1.

表2.1监测内容与监测方法

监测工作量及设备安装要求

3 监测工作量

根据边坡稳定性等级、地质条件、施工扰动范围，按规范布设监测点密度和位置（如坡顶、坡脚、潜在滑动面等），详细工作量见表3.1。

表3.1 深挖、高填路基变形监测工程数量表

4 设备安装技术要求

一、GNSS监测站技术要求

公路路基边坡地表位移监测一般采用GNSS（导航卫星系统定位）测量法，采用GNSS进行监测时，外业应符合下列要求：

1）基准点点位应位于隐患点边界及影响区外围区域，且需地基坚实稳固，地质条件较好，易于长期使用;点位距离隐患点变形区远近适中，距离监测站控制在0.5公里以内，不宜大于1.5公里；方便管理维护使用。

2）监测点点位尽量将观测点布设在能反映隐患点的稳定性状态差、变形强烈区域，反映隐患点形变特征。

3）站点位置应空旷，在±15°高度角上空不能有成片障碍物，便于接收GPS卫星信号；尽量远离大片水域和大型构筑物，距离高压输电线、变压器等信号干扰物50米以外，距离无线电发射台、电视发射台及微波中继站等强信号源200m以外。

4）站点安装位置应平整牢固，设备安装后不易摇晃以减少监测误差。GNSS监测点建议DN140镀锌钢管固定，GNSS接收机和太阳能供电系统安装在钢管上。

5）设置在挡墙顶部或拱形骨架上的监测站点，采用钻孔锚入螺栓的方法，使用膨胀螺栓与立杆法兰相连接的方式安装并支模围护浇筑混凝土墩。

6）设置在土体上的监测站点，应制作混凝土墩基座，尺寸不宜低于60cm*60cm*60cm，以保障测站稳定为要求；（如下图所示）：

7）设置在混凝土上的监测站点，可以先用膨胀螺栓固定立杆，再制做混凝土墩进行加固；

8）基座处若易积水，则应设置导流槽排泄积水以防浸泡基座。

本次设备采用ZDHD-GP30型号的GNSS一体机，

GNSS一体机

主要技术指标如下；

表4.1 GNSS接收机主要技术指标

二、深部位移监测站安装技术要求

1.钻孔要求

钻孔施工一般按滑坡勘查技术要求施工，测斜孔的造孔深度应穿过最下一层滑动面5米左右，进入稳定地层，控制性监测孔应深入稳定地层一定深度，钻孔深度应大于拟放置测斜管长度1～2m。

1）钻孔终孔口径一般不小于110mm（最少不少于91mm，并满足设备安装技术要求）。孔深允许误差<1%m;孔斜误差:①孔深<50m时、孔斜≤1°，②50m≤孔深≤100m时、孔斜<2°,③100m<孔深≤150m、孔斜<3。

2）为确保测斜仪测量到位，测斜孔需比测斜仪安装深度深1-2m。在遇到松散或破碎体钻孔时采用泥浆护壁钻探，确保测斜管安装前不塌孔。

3）钻进时必须按滑坡勘查规范做好地质编制及钻进过程记录。钻孔地质编录内容一般包括日期、班次、回次孔深（回次编号、起始孔深、回次进尺)、岩芯(长度、残留、采取率）、岩芯编号、分层孔深及分层采取率、地质描述、标志面与轴心线夹角、标本取样号码位置和长度、备注等;岩芯的地质描述应客观、详细，对构造擦痕和采样段进行拍照;钻进台班记录要完整，并加强对水文地质观测、钻进异常记录。

4）钻孔完成后，应进行清孔并测定钻孔倾斜度。

2.测斜管安装要求

1）测斜管每节管外对应一条导槽作明显标记，连接时应确保导槽对正并使所有管外标记在一条线上，以确保测斜仪导轮能平整通过。

2）测斜管接头处可用无纺布包扎密封，防止泥浆进入。

3）在分段下放测斜管时，将测斜管上端用夹具固定在钻孔中心，并将导槽严格对准施测方位。深层安装时，在测斜管底部系上缆索，安装时收紧缆索以防测斜管接头受力剪断。

4）当遇到孔内有泥浆或、水使测斜管受浮力放不下去时，可向测斜管内注入清水。

5）本项目钻孔回填材料以颗粒状粗砂为宜，粗砂直径在1～3mm之间；测斜管与孔壁之间的孔隙应填充密实，在回填时可采用轻柔摇晃测斜管辅助浇水的方式保证回填密实。

6）测斜管安装完毕后，应用测斜仪模具从管口试放，模具应能上下运行自如。

7）测斜管管口应设置保护装置。

3.测斜仪安装要求

1）安装前对测斜管导槽和传感器正方向做性标记，避免传感器方向颠倒。固定式测斜仪默认高轮方向为正方向，见图3.3.1，故安装时应确保传感器高轮侧沿导槽朝施测方向。

图4.2 导轮式固定测斜仪方向图

本次设备采用ZDHD-DCX导轮式固定测斜仪，其主要技术指标；

表4.2 导轮式固定测斜仪主要技术指标

2）本次测斜共4个孔，钻孔深度及传感器埋设深度按照设计深度执行。

3）按照设计要求的安装深度和数量将单个固定式测斜仪组装成多个测量单元，组装方法：按照部测斜仪的安装深度截取钢丝绳（钢丝绳顶部与孔口吊环固定），将各测斜仪探头方向保持一致，按照设计深度将探头用卡扣固定到钢丝绳上；

下放前需记录每个测斜仪的安装深度及传感器地址，下放时，调正方向沿导槽依次缓慢下放。注意各个测量单元的所有导向轮方向必须一致。

4）所有传感器下放到指定位置后，将钢丝绳最顶端的孔口吊环固定到测斜管口。

5）安装完成后，吊装绳索同总电缆一同捆绑，留待检修用。

三、雨量监测技术要求

1）雨量计应安装在远离建筑物和树木的空地上，减小遮挡引起的误差；

2）雨量计应固定于混凝土基座上或立柱上，雨量计应安装稳固，遇暴风雨时不发生倾斜为宜；

3）雨量计安装前，应取出内部固定翻斗的橡皮筋；

4）雨量计安装时，应用水平尺校正，使承雨器处于水平状态；

5）雨量计安装后，用一定量的水倒入雨量筒中，测试数据的准确性；

6）雨量计安装后需要定期进行清理维护，主要清除雨量筒中的树叶、灰尘等，保持雨量筒干净，防止堵塞影响数据，并对设备进行现场测试校准；

图4.3 翻斗式雨量计

本次采用ZDHD-JYL翻斗式雨量计，主要技术指标如下：

表4.3 翻斗式雨量计主要技术指标

四、采集及供电设备安装技术要求

1）选型与质量：根据监测项目和现场条件，选择合适的监测采集设备，确保设备的精度、可靠性和稳定性。设备应具有良好的防护性能，能适应野外环境条件，如防水、防尘、抗干扰等。

ZDHD-RTU数字信号采集仪可满足各种RS485信号类型的传感器数据采集，采集仪将采样、数据管理、测量、传输、供电功能集成于一体，具有集成度高、外观小巧、安装便捷、运用灵活、性价比高等特点，适用于传感器分布较为集中，需要无线通信、无线组网、远程在线监测等工况。设备支持4G全网通上传，可同时支持6条链路通讯，支持TCP/UDP/MQTT/HTTP/地灾灾害监测HTTP等通讯协议。

图4.4 数据采集仪

其主要技术指标如下：

表4.4 主要技术指标

2）安装与调试：按照设备说明书的要求进行安装和调试，确保设备安装牢固、位置准确。安装过程中，要注意避免对设备造成损坏，同时要确保设备的电气连接正确、安全，防止漏电等事故发生。

设备电气连接注意：

A、供电设备采用应做可靠的防雷接地处理。

B、供电设备进行供电前应检查接线线序是否正确。

C、当监测系统为太阳能电池板供电时，应注意光伏控制器先接监测设备负载和蓄电池，最后接太阳能电池板输入线。

D、太阳能板安装应朝正南方向，倾斜30-45°左右，具体视地域经纬度而定。

3）维护与保养：定期对监测设备进行维护和保养，检查设备的运行状态，及时更换损坏或老化的部件。在恶劣天气条件下，如暴雨、大风等，要加强对设备的检查和防护，确保设备安全。

4）数据安全：

A、采集与传输：确保监测数据采集的准确性和完整性，采集设备要定期进行校准和检查。数据传输过程中，要采取加密等安全措施，防止数据泄露和篡改。

B、存储与管理：监测数据应进行妥善存储，建立数据备份制度，防止数据丢失。数据管理要严格按照相关规定进行，设置访问权限，确保数据的安全性和保密性。

五、预警阈值及响应

1.预警阈值

 1）依据《公路工程安全风险评估指南》，明确位移速率、累计位移量等预警指标（如单日位移超过3mm需预警）；  

 2）分级响应机制（黄色、橙色、红色预警对应的停工、撤离、加固等措施）。  

3）本项目初步采用累计位移与位移速率为预警指标（实际开展过程中，预警值会根据每个边坡的情况进行设置），具体预警指标如下：

表4.5 监测预警级别划分标准

当出现如下情况时，也应进行监测预警：

1）坡顶邻近路基出现新裂缝，原有裂缝有新发展；

2）支护结构中有重要的构件出现应力骤增、压屈、断裂、松弛或破坏的现象；

3）边坡底部或周围岩土已出现可能导致边坡剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆；

4）根据当地工程经验判断已出现其他必须报警的情况。

2.监测预警响应

1）蓝色注意：口头提示现场运营人员与相关单位；

2）黄色警示：口头提示现场运营人员与相关单位，加密监测频率，由月变形统计调整为周变形统计；

3）橙色警戒：发布正式橙色警戒预警通知，监测频率提高至 1 次/1 小时；

4）红色警报：发布临滑预警通知，监测频率提高至 1 次/10 分钟。

除采集监测措施外，同时建议甲方根据现场情况，采取措施如下：

1）蓝色注意：加强现场巡查；

2）黄色警示：组织相关单位进行现场评估，根据评估结果采取措施；

3）橙色警戒：组织相关单位进行现场评估，采取必要的处治措施；

4）红色警报：根据紧急程度，采取应急抢险措施或者疏散人员。

现场施工及安装图片

一、施工安全交底及进场封控图

施工前安全交底

道路封控后车辆人员进场

二、GNSS监测站安装图

设备运输

立杆固定（膨胀螺丝固定）

设备组装，水泥墩加固

GNSS安装后图片

三、深部位移监测站安装图

钻机搬运

钻孔施工

下测斜管回填

基础固定，测斜仪下放

设备组装安装

四、雨量监测站安装

雨量计组装

数据展示

GNSS位移曲线（X/Y/Z）

GNSS变形轨迹

测斜仪X\Y轴深度-位移曲线

测斜仪X\Y轴累计位移曲线

日降雨量与累计降雨量

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一、高速公路施工交通组织与安全风险

难点：施工占用车道或路肩，易引发交通事故或拥堵。如何在保障车流畅通的同时确保施工人员、设备安全。

解决方案：采用智能交通管理，提前跟高速公路管理部门报备，每日填报“智慧施工”APP，高速监控中心会在可变情报板（VMS）提前警示驾驶者，先封控后进场，临时占用应急车道，按照高速公路施工封道设置施工作业标识牌、锥桶、限速标志等；采取日间施工，规范作业：施工时间控制在白天，避免夜间施工。人员及车辆在施工区内作业，人员佩戴安全帽、反光衣。

二、有限作业时间及空间

难点：施工作业时间有限，区域狭窄，涉及边坡钻孔作业，大型机械难以展开作业。

解决方案：采用轻量化、模块化设备，如：GNSS一体机、太阳能蓄电池一体化供电系统、小型钻机等。方便运输的同时，提高工作效率，减少现场作业时间，

三、边坡施工安全

难点：部分高边坡施工区陡峭，坡度达70°，部分高边坡无台阶，施工安全难以保障。

解决方案：采用边坡两侧绕行、再分级吊装的方式，将设备从低台阶区域人工吊装至高台阶区域，并确保施工人员证件齐全，施工佩戴安全带，高处固定安全绳。