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(jìn)我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程中，高速公路的建設(shè)也是一直被作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)任務(wù)，尤其對(duì)于一些邊遠(yuǎn)山區(qū)來說，高速公路是當(dāng)下最便捷、性價(jià)比最高的一種交通方式。但當(dāng)前在山區(qū)進(jìn)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(hù)高速公路邊坡工程的穩(wěn)定性。本文通過對(duì)具體的高速公路邊坡變形問題進(jìn)行分析，探討高速公路邊坡監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等方面的具體內(nèi)容，為利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析邊坡變形狀態(tài)，維護(hù)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(cè)

中圖分類號(hào)：U416.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xiàng)重要原因，尤其在我國的交通運(yùn)輸網(wǎng)布局拓展到山地地區(qū)后，更復(fù)雜的地形地勢(shì)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(duì)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了較大的破壞。因此，我們需要對(duì)高速公路邊坡變形情況展開監(jiān)測(cè)與分析，實(shí)時(shí)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(bào)、預(yù)警機(jī)制，保護(hù)人民生命安全和社會(huì)財(cái)產(chǎn)安全。

高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)工作主要包括測(cè)定滑體的具體邊界、定期監(jiān)測(cè)滑體的滑動(dòng)量、確定滑動(dòng)線的方向及其滑動(dòng)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(cè)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(cè)工作中，還會(huì)應(yīng)用大地測(cè)量學(xué)原理，應(yīng)用現(xiàn)代化測(cè)量方法和先進(jìn)的精密測(cè)量?jī)x器展開外部監(jiān)測(cè)，而為了保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，減少測(cè)量誤差，需要進(jìn)行多次的重復(fù)監(jiān)測(cè)。目前，高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)形成了較為成熟的監(jiān)測(cè)體系，出現(xiàn)了多種監(jiān)測(cè)方法，其中對(duì)位移變形測(cè)量效果較好的方法有前方交會(huì)和極坐標(biāo)法。同時(shí)，隨著社會(huì)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(cè)工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，本篇文章對(duì)應(yīng)用全站儀進(jìn)行高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)與分析工作展開討論與研究。

1 高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)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(zhǎng)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(diǎn)，在高強(qiáng)度降水的影響下，煤系地層的強(qiáng)度大幅度降低，坡腳的承載能力嚴(yán)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(qiáng)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(duì)該路段進(jìn)行邊坡變形監(jiān)測(cè)。

2 全站儀以及極坐標(biāo)監(jiān)測(cè)法相關(guān)概述

社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著邊坡工程監(jiān)測(cè)工具的快速發(fā)展，當(dāng)前高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)工作中所使用的測(cè)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(cè)地機(jī)器人使我們?cè)谶吰伦冃伪O(jiān)測(cè)的辨識(shí)、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(cè)過程的智能化、自動(dòng)化可以在較小尺度的局部坐標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)，使監(jiān)測(cè)工作具備更強(qiáng)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(cè)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(jìn)的映像傳感器、馬達(dá)傳感器等多種硬件，這些硬件使其不僅具備高精度的識(shí)別、搜尋和查找功能，能準(zhǔn)確的測(cè)量角度、距離和三維坐標(biāo)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)載控制軟件也是徠卡TS60巨大優(yōu)勢(shì)的重要原因之一，機(jī)載控制軟件的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了全站儀的自動(dòng)化，并且使全站儀具備了較高的學(xué)習(xí)性和成長(zhǎng)性，在實(shí)際工作中，使用者能夠根據(jù)作業(yè)需求進(jìn)行機(jī)載應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)開發(fā)，增強(qiáng)全站儀的實(shí)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(cè)法相關(guān)概述

極坐標(biāo)差分監(jiān)測(cè)法要求在監(jiān)測(cè)地點(diǎn)之外選擇合適的位置，建立穩(wěn)定的工作基點(diǎn)網(wǎng)，并在每個(gè)測(cè)量周期，按照測(cè)量坐標(biāo)原理，采集變形點(diǎn)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(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果，分析外部影響因素，并進(jìn)行調(diào)整，以使監(jiān)測(cè)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(diǎn)觀測(cè)值按照要求進(jìn)行運(yùn)算，從而得出變形點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)。通常變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立包括測(cè)站點(diǎn)、參考點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)這三部分。測(cè)站點(diǎn)就是測(cè)量?jī)x器的位置，參考點(diǎn)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(diǎn)則是能夠用于獲取變形點(diǎn)信息數(shù)據(jù)的點(diǎn)。利用這三點(diǎn)的信息和測(cè)量?jī)x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(cè)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(duì)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(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅跟監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)人員對(duì)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(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。監(jiān)測(cè)控制是預(yù)防邊坡災(zāi)害的有效途徑。每一種監(jiān)測(cè)方法都有其特點(diǎn)和適用范圍，監(jiān)測(cè)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(jí)、邊坡變形所處的階段、邊坡加固結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定合適的監(jiān)測(cè)與分析措施。

高速公路邊坡監(jiān)測(cè)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(shì)等基本信息、進(jìn)一步了解主要滑動(dòng)區(qū)域部位潛在的巖體變形情況、在觀測(cè)過程中分析邊坡滑動(dòng)變形的影響因素、預(yù)測(cè)山體變形情況并進(jìn)行預(yù)報(bào)，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(hù)航。具體來說，高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)與分析的具體措施包括以下幾個(gè)方面：

3.1 建設(shè)工作基點(diǎn)

工作基準(zhǔn)點(diǎn)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(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，并用混凝土對(duì)基點(diǎn)進(jìn)行加固。然后根據(jù)高速公路邊坡的實(shí)際變形情況，設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，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(duì)埋設(shè)好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行逐一觀測(cè)，以觀測(cè)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(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)化觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)就會(huì)越精準(zhǔn)，因此要確保人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并在數(shù)據(jù)積累到一定程度時(shí)，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修正。在正式開展監(jiān)測(cè)工作時(shí)，考慮到距離遠(yuǎn)近對(duì)坐標(biāo)精準(zhǔn)度的影響，應(yīng)該盡可能的以距離監(jiān)測(cè)位置更近的基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)站和參考站。在觀測(cè)時(shí)，將全站儀放到基準(zhǔn)站最高的觀測(cè)點(diǎn)上，并對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整、調(diào)試，設(shè)置好觀測(cè)點(diǎn)集、觀測(cè)順序和測(cè)回?cái)?shù)。然后全站儀會(huì)以數(shù)據(jù)庫中的坐標(biāo)信息為基礎(chǔ)展開自動(dòng)測(cè)定，測(cè)量出具體的方位角、斜距、天頂距等數(shù)值并進(jìn)行記錄。為了保障觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，要盡量減少外部因素對(duì)觀測(cè)過程的影響，如減少陽光直射，降低觀測(cè)數(shù)據(jù)的離散程度，在下雨天氣，要及時(shí)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠使觀測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

3.3 邊坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析

利用數(shù)據(jù)處理工作站的計(jì)算機(jī)對(duì)全站儀觀測(cè)并記錄的斜距、天頂距、水平角等多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)值計(jì)算公式，并借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和專門的計(jì)算軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，從而得出觀測(cè)點(diǎn)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(shì)和變形量的預(yù)測(cè)分析。

4 結(jié)語

高速公路邊坡變形監(jiān)測(cè)具有積極的現(xiàn)實(shí)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(huì)各界的廣泛關(guān)注。通過提高邊坡變形監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量，充分利用現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)設(shè)備與工具，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和觀測(cè)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(dòng)我國交通事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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