歐陽(yáng)明明，王大濤

(1.重慶市勘測(cè)院，重慶 401121； 2.重慶市巖土工程技術(shù)研究中心，重慶 401121)

1 引 言

危巖崩塌、墜落、滑落等危巖活動(dòng)是我國(guó)山地地區(qū)所面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，具有爆發(fā)突然、難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，災(zāi)害將給當(dāng)?shù)卦斐蓢?yán)重經(jīng)濟(jì)損失并引發(fā)安全問(wèn)題。

在危巖周邊有工程項(xiàng)目施工時(shí)，施工的擾動(dòng)易降低危巖的穩(wěn)定系數(shù)，誘發(fā)危巖體墜落。在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，有必要加強(qiáng)對(duì)鄰近危巖體的監(jiān)測(cè)，掌握危巖的活動(dòng)狀態(tài)，有效地控制工程風(fēng)險(xiǎn)，避免安全事故的發(fā)生。

2 重慶某項(xiàng)目周邊危巖特征

重慶某項(xiàng)目(下簡(jiǎn)稱本項(xiàng)目)所處場(chǎng)地巖性為侏羅系沙溪廟組砂質(zhì)泥巖、砂巖，巖層傾向140°，傾角8°。本項(xiàng)目場(chǎng)地基巖中發(fā)育兩組裂隙，都屬于硬性結(jié)構(gòu)面，裂面較直，無(wú)充填物或局部方解石充填，結(jié)合差。J1裂隙傾向260°～270°，傾角65°～75°，延伸長(zhǎng)度 3 m～5 m，間距 2 m～5 m不等；J2裂隙傾向80°～90°，傾角65°～75°，延伸長(zhǎng)度 1 m～3 m，間距 1 m～3 m不等。

本項(xiàng)目HB匝道的隧道進(jìn)口位于陡崖下方，陡崖由厚度 25 m的砂巖形成，崖底高程 220 m～222 m，崖頂高程 245 m～247 m，地形坡角65°～75°(與裂隙一致)；陡崖以上為坡度30°～50°的陡坡，出露砂質(zhì)泥巖。砂巖呈厚層狀，卸荷裂隙發(fā)育，形成危巖(下簡(jiǎn)稱該危巖)，該危巖下方為HB匝道高架橋和嘉陵路，嘉陵路車流量大，人類活動(dòng)頻繁。危巖初始照片與示意圖如圖1、圖2所示：

圖1 危巖初始照片

圖2 危巖示意圖

該危巖屬于傾倒滑移式崩塌類型，上部砂巖受陡傾裂隙切割，危巖體與母巖分離，危巖體的重量隨裂隙切割深度的加大而不斷增大，則下部較軟砂質(zhì)泥巖承受的荷載也逐步增大，當(dāng)上部危巖體重量超過(guò)了砂質(zhì)泥巖的抗拉荷載極限時(shí)，將使得砂質(zhì)泥巖發(fā)生剪切破壞，最終反應(yīng)為危巖體的失穩(wěn)破壞。

本項(xiàng)目危巖在一般工況下穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.28，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)在地震情況下，穩(wěn)定系數(shù)有所降低，F(xiàn)s=1.21，仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但穩(wěn)定系數(shù)小于穩(wěn)定性安全系數(shù)。危巖下方為HB匝道高架橋和嘉陵路，在工程項(xiàng)目施工階段和道路運(yùn)行期間，危巖失穩(wěn)將危及下行嘉陵路的通行和施工安全?？辈炱陂g，地勘單位建議對(duì)該危巖進(jìn)行清除或錨固，施工時(shí)應(yīng)避免爆破開(kāi)挖，同時(shí)采取必要的工程措施以避免影響下行嘉陵路的通行。

3 施工對(duì)危巖的影響

本項(xiàng)目施工期間，施工單位對(duì)該危巖進(jìn)行了局部錨固和切除，H-B出洞口外留有兩米厚的巖體未切除，未切除的危巖位于陡坡邊緣卸荷帶中，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定。H-B出洞口仰坡開(kāi)挖范圍內(nèi)巖體主要是砂巖，采用人工水鉆切除的方式開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)采取豎向分層，平面分塊的開(kāi)挖方式，每層開(kāi)挖深度約 0.6 m，每層巖層開(kāi)挖方式由西向東進(jìn)行開(kāi)挖，按照設(shè)計(jì)要求采取分級(jí)放坡+噴錨支護(hù)的開(kāi)挖方式。對(duì)于堅(jiān)硬的巖層采用巖水鉆人工劈裂開(kāi)挖，人工清運(yùn)至卸料平臺(tái)。圖3方框位置為洞口待切除巖體，圖5為巖體切除后暴露的危巖截面。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

對(duì)H-B出洞口外2 m厚巖體切除后，從危巖側(cè)面進(jìn)行豎直切割，暴露了危巖的橫切面，巖體被3條斜向裂縫切割形成危巖體，H-B出洞口 2 m后的巖體被切割后，危巖的穩(wěn)定系數(shù)降低，危巖體滑落可能性明顯增加，為掌握危巖體的活動(dòng)情況，需要采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段監(jiān)測(cè)危巖活動(dòng)情況。

根據(jù)該危巖的物理力學(xué)特征，結(jié)合危巖發(fā)生傾倒滑移式崩塌破壞經(jīng)典力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算分析，在危巖裂縫寬度變化達(dá)到 2.5 mm時(shí)，該危巖將發(fā)生失穩(wěn)破壞。為保證本項(xiàng)目施工過(guò)程中的安全，確保在危巖崩塌滑落前及時(shí)預(yù)警，為應(yīng)急措施的實(shí)施和危巖處置贏取時(shí)間，經(jīng)本項(xiàng)目危巖安全管理小組研究確定，設(shè)置危巖監(jiān)測(cè)裂縫寬度變化量報(bào)警值為 2.0 mm。

4 危巖自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

危巖災(zāi)害是較陡斜坡上的巖體在重力作用下突然脫離母體崩塌、滾動(dòng)、滑落。危巖地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有突發(fā)性和不可預(yù)見(jiàn)性，同時(shí)具有較強(qiáng)的破壞性。本項(xiàng)目危巖下方有重慶市的主要交通干道，車流量大，危巖崩落將造成安全事故和不良社會(huì)影響。為確保危巖崩落前能及時(shí)發(fā)布預(yù)警，危巖自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

(1)在切割面揭露的3條裂縫上，各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)裂縫寬度的變化情況。在裂縫的外側(cè)(危巖體側(cè))固定一個(gè)立柱，在相對(duì)穩(wěn)定的母巖體測(cè)固定亞毫米級(jí)高精度拉伸式傳感器，用拉線連接立柱與拉伸式傳感器，測(cè)量裂縫寬度的相對(duì)變化量，傳感器及采集器安裝如圖5所示；

圖5 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集端

(2)埋設(shè)監(jiān)測(cè)采集器，對(duì)3條裂縫傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；

(3)采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)上傳送至自動(dòng)化監(jiān)測(cè)云平臺(tái)；

(4)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)云平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集器傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，每 10 s處理一次數(shù)據(jù)，并與報(bào)警值進(jìn)行比對(duì)，未超過(guò)報(bào)警值，平臺(tái)不發(fā)送預(yù)警信息；若超過(guò)報(bào)警值，及時(shí)向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人發(fā)出預(yù)警信息；

(5)設(shè)置報(bào)警值為2 mm，裂縫寬度變化超出 2 mm后立即通過(guò)短信提示由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位、地勘單位、監(jiān)測(cè)單位組成危巖安全管理小組。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議進(jìn)行緊急討論、分析，確定處理措施和臨時(shí)交通封堵；

(6)在危巖下方道路(縱向)兩側(cè)各200 m位置布設(shè)語(yǔ)音和警示燈報(bào)警裝置，由安全管理小組通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，發(fā)布預(yù)警信息。

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及預(yù)警

以危巖監(jiān)測(cè)云平臺(tái)2019年11月1日22：00～2019年11月2日11：00時(shí)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在該時(shí)段有較大雨量的降水。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖6所示：

圖6 危巖活動(dòng)初期監(jiān)測(cè)裂縫變化曲線

其中，2019年11月2日02：15，危巖相對(duì)變化量超過(guò) 2 mm，發(fā)布預(yù)警短信，11月2日凌晨03：00，裂縫寬度恢復(fù)至初始位置，詳見(jiàn)圖6橢圓形框；11月2日10：00～13：00，裂縫寬度急速發(fā)展，裂縫相對(duì)初始值擴(kuò)張 4.3 mm，詳見(jiàn)圖6矩形框，監(jiān)測(cè)平臺(tái)連續(xù)發(fā)布預(yù)警通知。本項(xiàng)目安全管控小組要求施工單位立即在危巖下方實(shí)施危巖被動(dòng)防護(hù)措施，并要求設(shè)計(jì)、施工單位編制危巖解除方案。11月2日13：00～2日21：30，危巖裂縫張開(kāi)后未恢復(fù)至初始位置，2日21：30～2日23：20，危巖裂縫寬度再次劇烈變化，半小時(shí)后，處于初始值擴(kuò)張 4.3 mm的狀態(tài)，詳見(jiàn)圖6圓形框。

6 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)對(duì)危巖解除的施工管控

由于本項(xiàng)目危巖自11月2日02：15開(kāi)始活躍，11月4日確定了項(xiàng)目危巖處置方案：在危巖體外側(cè)掛被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，采用預(yù)應(yīng)力鋼纜束縛危巖，由上至下采用水鉆人工逐級(jí)解除。在預(yù)應(yīng)力鋼纜收緊危巖的受力過(guò)程中，危巖自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)裂縫的變化情況，指導(dǎo)施工逐步施加預(yù)應(yīng)力，避免危巖體受集中荷載影響而突然斷裂，直接墜落。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明11月5日20：00～11月6日01：00，危巖在初始受力過(guò)程中，裂縫寬度處于劇烈波動(dòng)狀態(tài)，裂縫寬度最大達(dá)到 5.9 mm，如圖7所示。施工單位停止施工，改進(jìn)施工方案，采用多股鋼纜從上至下同時(shí)加載的模式束縛危巖，11月7日17：20，完成對(duì)危巖的主動(dòng)束縛，裂縫寬度急劇收縮，相對(duì)變化量為裂縫寬度減小 10.3 mm，詳見(jiàn)圖8矩形框。

圖7 危巖體受外拉力和自身重力的作用裂縫寬度變化曲線

圖8 危巖活躍初期至危巖主動(dòng)防護(hù)完成裂縫寬度變化曲線

7 結(jié)論及展望

本文危巖監(jiān)測(cè)項(xiàng)目反映了危巖由基本穩(wěn)定向危巖活動(dòng)活躍的發(fā)展過(guò)程，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)地發(fā)布了預(yù)警信息，避免了安全事故的發(fā)生。其中，危巖突然活躍是在大量降水之后，表明地表降水，將加劇危巖地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；周邊施工將對(duì)危巖的穩(wěn)定性有較大影響，加劇危巖的活躍程度，降低危巖的穩(wěn)定性。當(dāng)工程項(xiàng)目附近有穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的危巖存在時(shí)，應(yīng)盡早對(duì)這類危巖先行處置后再進(jìn)行工程項(xiàng)目的施工。

此外，危巖在受外力束縛時(shí)，若約束力的施加不當(dāng)，將會(huì)引起危巖向不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。因此在危巖處置時(shí)，即便是采用主動(dòng)防護(hù)措施，同樣需要慎重對(duì)待，避免危巖處置過(guò)程誘發(fā)危巖體的突然斷裂而崩塌滑落。

最后，本項(xiàng)目?jī)H從裂縫寬度變化的維度對(duì)危巖進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，鑒于危巖在自身重力和外加束縛力的作用下，危巖和母體組成一個(gè)復(fù)雜的受力體系，單一的裂縫寬度監(jiān)測(cè)難以反映危巖災(zāi)害演變過(guò)程和災(zāi)害發(fā)生時(shí)間點(diǎn)。筆者建議更多的科研機(jī)構(gòu)，從危巖的應(yīng)力監(jiān)測(cè)、地震波場(chǎng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域投入更多的研究工作，以掌握危巖地質(zhì)災(zāi)害演變的共性特征和災(zāi)害發(fā)生的前兆條件，更好地認(rèn)識(shí)危巖和治理危巖。目前，對(duì)危巖監(jiān)測(cè)的控制值難以給出一個(gè)清晰的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)危巖地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生難以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，仍需要廣大監(jiān)測(cè)工作者和地質(zhì)工作者共同努力，掌握危巖活動(dòng)規(guī)律，為精準(zhǔn)的危巖地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供監(jiān)測(cè)方法和指導(dǎo)。