蘇麗薇

前言

105國道是國家級南北主干道，起點為北京，經(jīng)過天津市、河北省、廣東省等9個省(市/特別行政區(qū))，終點為澳門特別行政區(qū)，全程2717km。

其中一段經(jīng)過廣州市從化區(qū)良口鎮(zhèn)南山村（湖光山莊北側(cè)），該處原為一老滑坡，1989年曾發(fā)生過滑移。2004年4月中旬，因105國道改造，坡腳開挖，造成滑坡產(chǎn)生新的變形，同年5月下旬，因連降暴雨，滑坡變形加速，并造成湖光山莊網(wǎng)球場邊水泥路面產(chǎn)生多條裂縫，暫停使用。隨后對滑坡體進(jìn)行過卸載及增設(shè)抗滑樁治理。多次邊坡變形，雖未造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，但由于該處滑坡位于重要交通要道，仍存在對湖光山莊、105國道及國道北西側(cè)的村莊的致災(zāi)風(fēng)險。為實時監(jiān)測邊坡變形情況，于2014年開始采用基于GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）的綜合專業(yè)監(jiān)測手段對湖光山莊段實施滑坡地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測。

環(huán)境背景概況

湖光山莊滑坡監(jiān)測點位于廣東省從化區(qū)良口鎮(zhèn)105國道南面，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°47′05″、北緯23°44′45″。監(jiān)測點北側(cè)附近為橫截流溪河干流的流溪河水庫。

監(jiān)測點地貌總體為中山，地形坡度一般在35°～50°之間，主要為修路建房的人工邊坡。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔揭露，監(jiān)測點地層巖性表層為第四系坡殘積黏性土層（厚4.5～20.5m）和人工填土層（厚2.1～10.0m），基底為晚侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖（圖1）。監(jiān)測點地下水類型主要為松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水，水量均較貧乏，大氣降水是監(jiān)測點地下水的主要補(bǔ)給來源，地下水向低洼處徑流，排泄于流溪河中。

綜合監(jiān)測布置情況

監(jiān)測點的地理地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，布置該處的專業(yè)監(jiān)測須從地形地貌、降雨量、巖土及水文地質(zhì)條件、滑坡特征等多方面進(jìn)行綜合考慮。因此，湖光山莊滑坡邊坡采用了雨量監(jiān)測儀、地表位移監(jiān)測儀、深部位移監(jiān)測儀3種儀器進(jìn)行綜合監(jiān)測。其中雨量監(jiān)測儀1套、地表位移監(jiān)測儀4套、深部位移監(jiān)測儀2套（圖2），分別用于監(jiān)測降雨量、滑坡表面位移和內(nèi)部位移，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)即時發(fā)送至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

（一）雨量監(jiān)測儀

雨量監(jiān)測儀與地表位移監(jiān)測基準(zhǔn)站一起安裝在滑坡體外圍一幢辦公樓樓頂（圖3），距滑坡體距離約260m。降雨量采用DJ05型翻斗式雨量計監(jiān)測。雨量計為降水量測量一次儀表，由承雨口、濾網(wǎng)、一體化支架、引水漏斗、一體化上翻斗組件、翻斗、翻斗支承、傾角調(diào)節(jié)裝置、水平調(diào)節(jié)裝置、恒磁鋼、干簧管、信號輸出端子、排水漏斗、底座、不銹鋼筒身、底座支承腳等組成，具有自滌灰塵、容易清洗的功能，其性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)《翻斗式雨量計》（GB/T 11832—2002）相關(guān)要求。與其他的雙翻斗式雨量計不同，本型翻斗式雨量計的下翻斗上增加了一個活動分水板和兩個用于改變活動分水板回轉(zhuǎn)方向的限位柱，在翻斗翻水過程中，本儀器的活動分水板頂端分水刃口能自動地回轉(zhuǎn)到降水泄流水柱的邊緣臨界點位置，當(dāng)翻斗水滿開始翻水時，分水刃口即會立即跨越泄流水柱完成兩個承水斗之間的降水切換任務(wù)，由此縮短了降水切換時間，減小了儀器測量誤差。

圖1 湖光山莊監(jiān)測點區(qū)域地質(zhì)圖

圖2 監(jiān)測點監(jiān)測儀器分布圖

圖3 雨量監(jiān)測儀與地表位移監(jiān)測基準(zhǔn)站

1.雨量計安裝

（1）定做雨量計鋼架，尺寸為1000mm（為提高觀測資料的連續(xù)性和可比性，安裝沿用南方地區(qū)通用的1.0m高度），在半徑為R116mm的圓周上，等間距鉆出3個?12mm的圓孔，圓孔內(nèi)放入M8×100mm膨脹螺栓。然后把鋼架固定于樓頂。

（2）把雨量計安置于鋼架中，接好排水管、供電電纜、信號輸出電纜等，調(diào)整調(diào)平螺母，使圓水泡居中（表示計量組件處于水平狀態(tài)），然后用螺釘鎖緊。用手輕輕撥轉(zhuǎn)翻斗部件，檢查接受部分的信號是否正常。套上筒身，用三個螺釘鎖緊。至此，雨量計安裝完畢。

2.雨量計調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試時使用量杯進(jìn)行3次人工注水試驗(每次注水10mm，5至10min內(nèi)均勻注完水量)，并觀測儀器記數(shù)是否與所注入水量一致。測試允許誤差為±0.2mm/10mm，超過誤差進(jìn)行調(diào)整。

（二）地表位移監(jiān)測儀

地表位移監(jiān)測儀由地表位移監(jiān)測基準(zhǔn)站（GPS0）和地表監(jiān)測站組成，地表監(jiān)測站設(shè)置3處，位于滑坡坡面。地表位移監(jiān)測儀和深部監(jiān)測儀布設(shè)剖面圖見圖4。

1. GNSS設(shè)備安裝

地表位移監(jiān)測儀器采用南方GNSS監(jiān)測機(jī)SM02，參數(shù)指標(biāo)見表1。

表1 SM02主機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)

本項目共設(shè)置3套GNSS監(jiān)測站和1套GNSS基準(zhǔn)站。

2.選址

圖4 地表位移監(jiān)測儀和深部監(jiān)測儀布設(shè)剖面圖

GNSS觀測站選址的流程主要包括踏勘和分析兩個階段。踏勘工作主要是在擬選位置實地察看觀測條件，是否具有良好的衛(wèi)星跟蹤條件，測站視場是否開闊，高度角10°以上有無障礙物等。分析工作主要包括進(jìn)行高度角10°以上成功跟蹤衛(wèi)星數(shù)據(jù)百分比測試、數(shù)據(jù)完整性測試、周跳測試、監(jiān)測站時鐘測試、多路徑測試等工作。其中，基準(zhǔn)站（GPS0）選在遠(yuǎn)離邊坡變形區(qū)域，點位穩(wěn)固的滑坡體外圍一幢辦公樓樓頂；監(jiān)測站點（GPS1、GPS2、GPS3）選在邊坡坡面位置。

3. GNSS天線安裝

觀測墩頂上安裝的強(qiáng)制對中器頂端加工有5/8英制螺旋以固定GNSS天線，天線柱下端通過螺栓與GNSS天線底座牢固連接，以確保整個天線安裝裝置與觀測墩形成一個整體。

4. GNSS監(jiān)測站安裝

將GNSS天線與監(jiān)測站連接好之后，連接PWR接口接通電源，需立即查看GNSS監(jiān)測站各狀態(tài)信號指示燈情況，檢查GNSS天線與監(jiān)測站的連接情況。

5.調(diào)試

通過專用軟件對GNSS監(jiān)測站的各項參數(shù)如采集頻率、位移基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)端口等進(jìn)行設(shè)置。

（三）深部位移監(jiān)測儀

深部位移監(jiān)測采用GN-1B測斜儀（見表2）對滑坡體內(nèi)部變形進(jìn)行監(jiān)測。

表2 GN-1B測斜儀相關(guān)參數(shù)

本項目共布置2個測斜孔（CX1、CX2），每個測斜孔位安裝3臺測斜儀，測斜儀布設(shè)于GPS1和GPS2附近的土體中。

1.測斜管安裝

先將測斜管裝上管底蓋，用螺釘或膠固定。測斜管與測斜管之間用管接頭連接，測斜管與管接頭之間用螺釘固定后涂膠填縫密封。

測斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向，導(dǎo)槽方向必須與滑坡主滑的方向一致。安裝時將裝好接頭的測斜管依次逐節(jié)放入鉆孔中，直至連接到設(shè)計深度的孔底。

當(dāng)確認(rèn)測斜管安裝完好后即可進(jìn)行回填，回填一般用膨潤土球或原土砂。回填時每填至3～5m時要進(jìn)行一次注水，注水是為了使膨潤土球或原土砂遇水后與孔壁結(jié)合得牢固，以此方法直至孔口。露在地表上的測斜管應(yīng)注意做好保護(hù)，蓋上管蓋防止物體落入。測斜管地表管口段應(yīng)澆注混凝土，做成混凝土墩臺以保護(hù)管口及其轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定性。墩臺上應(yīng)設(shè)置測繪標(biāo)點。

安裝完成后的測斜管應(yīng)先用模擬測斜儀試放，試放時測斜管互成90°的兩個導(dǎo)向槽都應(yīng)從下到上試放到，保證模擬測斜儀在測斜管導(dǎo)槽內(nèi)能從上到下或從下到上均平穩(wěn)順暢通過，以此作為測斜管安裝完好的標(biāo)志。

2.儀器安裝

固定測斜儀從生產(chǎn)廠家出廠時為散件包裝，安裝前首先應(yīng)檢查測斜儀的導(dǎo)向輪是否轉(zhuǎn)動靈活，扭簧是否有力。檢查測斜儀部件是否工作正常（以鉛垂線為基準(zhǔn)傾向高端導(dǎo)向輪一側(cè)讀數(shù)增大，傾向另一側(cè)讀數(shù)減?。丛O(shè)計高程截取連接鋼絲繩（設(shè)計高程加25cm），并將固定測斜儀用鋼絲繩首尾相連，按設(shè)計圖紙要求的數(shù)量組裝成一個個測量單元。吊裝是按一個個測量單元的順序放入測斜管內(nèi)（圖5），每個測量單元之間用鋼絲繩連接，連接務(wù)必牢靠，各個測量單元的所有導(dǎo)向輪方向必須一致。

如在測孔內(nèi)只安裝一套儀器，只需把固定測斜儀頭部與鋼絲繩連接即可。在安裝時要根據(jù)被測體需要觀測的位移方向，先將測桿導(dǎo)輪的正方向(高輪方向)對準(zhǔn)測斜管的測量平面的主方向，緩緩滑入測管內(nèi)，理順儀器電纜，每放一段深度用自鎖扎帶把電纜同吊裝鋼絲繩纏在一起，不要扎在固定測斜儀的部件上。當(dāng)放到設(shè)計高程后把最后吊裝鋼絲繩固定在孔口裝置的橫軸上用鎖扣鎖緊，將電纜按設(shè)計走向埋設(shè)。

圖5 安裝測斜儀器

圖6 監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖

需要注意的是每套固定測斜儀要按順序作好編號記錄，所有電纜要松弛不能拉緊。下放完成后應(yīng)核查儀器高程是否準(zhǔn)確，并拉動吊裝鋼絲繩用讀數(shù)儀檢查每支測斜儀的工作是否正常，隨后記錄穩(wěn)定的初始讀數(shù)。

（四）供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)需根據(jù)監(jiān)測點現(xiàn)場情況及為以后推廣此監(jiān)測方式考慮（許多地質(zhì)災(zāi)害點難以提供市電）。本次在監(jiān)控中心采用市電供電方式，現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備用太陽能供電方式，通過調(diào)整太陽板功率和蓄電池容量，來保證陰雨天氣下的不間斷供電時間。按照100W太陽板和100Ah蓄電池，保證陰雨天氣下可滿足所供設(shè)備工作8天。

（五）通信系統(tǒng)

基于監(jiān)測區(qū)域復(fù)雜的地形環(huán)境，同時盡量不對現(xiàn)有景區(qū)建設(shè)造成破壞，監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸宜采用GPRS無線通信技術(shù)。利用無線通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，具有安裝方便、移動簡單等特點。

數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的組成

滑坡監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器組、現(xiàn)場主控單元和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心三級組成（圖6）。

（一）傳感器組

傳感器組布設(shè)于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測現(xiàn)場，負(fù)責(zé)各類參數(shù)的測量，并將數(shù)據(jù)傳送給現(xiàn)場主控單元。傳感器組是監(jiān)測系統(tǒng)的主要測量單元，包括深部位移監(jiān)測系統(tǒng)、地表位移計、土壤含水率等監(jiān)測儀器。

（二）現(xiàn)場主控單元

現(xiàn)場主控單元也布設(shè)于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測現(xiàn)場，包括數(shù)據(jù)采集傳輸單元、電源管理單元和防雷單元，是現(xiàn)場監(jiān)測儀器的管理中心，控制各傳感器的工作模式和工作狀態(tài)，對傳感器組上傳的各類參數(shù)進(jìn)行采集、處理、存儲，并通過GPRS或短信實現(xiàn)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交互。

（三）數(shù)據(jù)監(jiān)控中心

數(shù)據(jù)監(jiān)控中心是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心和控制中心，控制整個系統(tǒng)的工作模式和工作狀態(tài)，接收現(xiàn)場主控單元上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、處理、分析、預(yù)警管理、顯示輸出和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布；是系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，接收用戶的控制指令，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，同時通過現(xiàn)場主控單元實現(xiàn)對現(xiàn)場儀器設(shè)備工作方式的控制。

結(jié)語

105國道湖光山莊段地處非地震易發(fā)區(qū)，大氣降水是產(chǎn)生或加劇邊坡變形的主要因素，因此，該段滑坡專業(yè)監(jiān)測加入了雨量監(jiān)測，同時結(jié)合地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測等監(jiān)測手段實現(xiàn)多角度全方位監(jiān)測，達(dá)到災(zāi)害鏈綜合監(jiān)測的目的。同時，全時監(jiān)控管理，實現(xiàn)了從人工觀測到現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，有利于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險早期識別的專業(yè)化。此外，綜合監(jiān)測手段運用GNSS技術(shù)從地表的“幾何形態(tài)和形變”方面揭示災(zāi)害體的形態(tài)與位移變化特征，結(jié)合地面觀測和物理模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、處理、分析，設(shè)置預(yù)警域值能實現(xiàn)通過GPRS或短信向指定系統(tǒng)發(fā)送預(yù)警信息，大大提高了監(jiān)測預(yù)警預(yù)報的準(zhǔn)確性和時效性。

災(zāi)害鏈綜合監(jiān)測、風(fēng)險早期識別和預(yù)報預(yù)警能力是地質(zhì)災(zāi)害隱患專業(yè)監(jiān)測的關(guān)鍵所在，105國道湖光山莊段滑坡采用基于GNSS的綜合專業(yè)監(jiān)測手段進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測是滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域的一個新嘗試，效果良好，對同類地質(zhì)災(zāi)害防治監(jiān)控具有一定的參考意義。