高速公路边坡变形监测与分析

张杰

摘 要：高速公路是连接地区与地区之间的重要交通方式，在推进我国现代化经济建设的过程中，高速公路的建设也是一直被作为一项重要的基础设施建设任务，尤其对于一些边远山区来说，高速公路是当下最便捷、性价比最高的一种交通方式。但当前在山区进行高速公路建设仍然有一定的难度，尤其在边坡工程的施工中，需要更高水平的施工技术和更精密的数据分析，从而维护高速公路边坡工程的稳定性。本文通过对具体的高速公路边坡变形问题进行分析，探讨高速公路边坡监测方法、监测标准等方面的具体内容，为利用监测数据分析边坡变形状态，维护高速公路边坡的稳定性提供参考。

关键词：高速公路;边坡工程;变形监测

中图分类号：U416.14 文献标识码：A

0 引言

高速公路边坡变形产生的病害是引发公路交通安全事故的一项重要原因，尤其在我国的交通运输网布局拓展到山地地区后，更复杂的地形地势情况以及特殊的地质问题，使滑坡灾害的发生更加频繁，对我国社会经济的发展造成了较大的破坏。因此，我们需要对高速公路边坡变形情况展开监测与分析，实时了解边坡的内部状态、位置偏移和相应的地形变化规律，从而形成准确的滑坡灾害预报、预警机制，保护人民生命安全和社会财产安全。

高速公路边坡变形监测工作主要包括测定滑体的具体边界、定期监测滑体的滑动量、确定滑动线的方向及其滑动速度，从而保障高速公路的交通安全。在具体的高速公路边坡变形监测工作中，通常使用倒垂、引线等正轨技术手段，但在一些外部监测工作中，还会应用大地测量学原理，应用现代化测量方法和先进的精密测量仪器展开外部监测，而为了保障测量结果的准确性和真实性，减少测量误差，需要进行多次的重复监测。目前，高速公路边坡变形监测领域已经形成了较为成熟的监测体系，出现了多种监测方法，其中对位移变形测量效果较好的方法有前方交会和极坐标法。同时，随着社会科技的快速发展，定位系统以及科技含量更高的全站仪等监测工具的出现和应用，进一步提高了监测技术水平，本篇文章对应用全站仪进行高速公路边坡变形监测与分析工作展开讨论与研究。

1 高速公路边坡变形监测案例概述

案例中的高速公路边坡位于我国南方某山地城市，该高速公路的边坡采用锚索框架梁植草加固的方法，其边坡长度有两百米，最高处有三十五米;当地属于丘陵地区，地形地貌复杂，坡度较大，边坡经历过一次全断面开挖卸载，坡脚处没有支撑点，在高强度降水的影响下，煤系地层的强度大幅度降低，坡脚的承载能力严重不足;该边坡的地层较为脆弱，其中表层由粉质黏土构成，带有沙粒状的手感，下层由粉砂岩和页岩构成，受到强烈的风化作用，岩质较软，其中掺杂有脆性较大的劣质煤;岩层的整体走向与路线接近垂直。该路段多处出现坍塌现象，为了获取准确的边坡变形数据，为后续的道路加固、改造工作提供数据支撑，需要对该路段进行边坡变形监测。

2 全站仪以及极坐标监测法相关概述

社会科学技术的进步推动着边坡工程监测工具的快速发展，当前高速公路边坡变形监测工作中所使用的测量工具在灵敏度和精密程度上都有了巨大的提升。如以人工智能技术为基础研发的高速公路边坡变形测地机器人使我们在边坡变形监测的辨识、跟踪、搜索和精准查找工作环节的效率大幅度提升，在距离、角度和三维坐标等信息的获取上更加的准确。监测过程的智能化、自动化可以在较小尺度的局部坐标的监测时，使监测工作具备更强的灵活性、便捷性和精准性。徕卡TS60具备这样的功能，是当前边坡工程监测中所广泛使用的一种全站仪。

2.1 徕卡TS60全站仪的相关概述

徕卡TS60全站仪配备有先进的映像传感器、马达传感器等多种硬件，这些硬件使其不仅具备高精度的识别、搜寻和查找功能，能准确的测量角度、距離和三维坐标，同时也可以实现自动校准，完成观察和记录工作。除了具有科技含量高的硬件，优秀的机载控制软件也是徕卡TS60巨大优势的重要原因之一，机载控制软件的运行实现了全站仪的自动化，并且使全站仪具备了较高的学习性和成长性，在实际工作中，使用者能够根据作业需求进行机载应用程序的设计开发，增强全站仪的实用性，使全站仪具有广泛的适用性。

2.2 极坐标差分监测法相关概述

极坐标差分监测法要求在监测地点之外选择合适的位置，建立稳定的工作基点网，并在每个测量周期，按照测量坐标原理，采集变形点的斜距、天顶距、水平角等数据，然后将参考基准线的数据与采集的真实数据进行对比，根据数据对比结果，分析外部影响因素，并进行调整，以使监测结果更加准确。在最大限度减少外部影响因素和仪器本身的影响后，将数值差异与变形点观测值按照要求进行运算，从而得出变形点的准确坐标。通常变形监测点的建立包括测站点、参考点、目标点这三部分。测站点就是测量仪器的位置，参考点的设立是为了使具体变形量数据更加准确，目标点则是能够用于获取变形点信息数据的点。利用这三点的信息和测量仪器得到的数据，能够准确的显示边坡变形的具体状态。

3 高速公路边坡变形监测与分析具体措施

边坡按其成因可分为自然边坡和人工边坡，按介质成份可分为土质边坡和岩质边坡。对于不同的边坡工程，其成因、组成成份各不相同，地质构造和地应力的分布更是千差万别，这样就决定了边坡监测是一个复杂的系统工程，它不仅跟监测手段的高低与仪器设备的优劣息息相关，也与监测技术人员对岩土体介质的了解程度和工程情况的掌握程度密不可分。边坡变形不仅破坏自然环境，而且会对人民生命财产造成巨大损失。监测控制是预防边坡灾害的有效途径。每一种监测方法都有其特点和适用范围，监测人员应该在充分了解工程地质的基础上，结合边坡等级、边坡变形所处的阶段、边坡加固结构特点制定合适的监测与分析措施。

高速公路边坡监测的具体目的包括掌握该高速公路边坡的变形发展方向、大小和发展趋势等基本信息、进一步了解主要滑动区域部位潜在的岩体变形情况、在观测过程中分析边坡滑动变形的影响因素、预测山体变形情况并进行预报，最终形成治理边坡变形的具体策略和措施，为高速公路的正常、安全使用保驾护航。具体来说，高速公路边坡变形监测与分析的具体措施包括以下几个方面：

3.1 建设工作基点

工作基准点应该设置在地形平坦、地质结构稳定的区域，在这一标准要求下，分别在山顶、山洼、山坡上选择三处合适的地方埋设三个水准基点，并用混凝土对基点进行加固。然后根据高速公路边坡的实际变形情况，设置相应数量的监测点，并对监测点进行编号，确保数据管理的便捷性。

3.2 外业数据采集

首先对埋设好的监测点进行逐一观测，以观测数据为元素建立概略坐标X、H、Y的坐标数据库，数据库中原始数据、信息的准确度和精度越高，后期各个观测点进行自动化观测得到的数据就会越精准，因此要确保人工观测数据的准确性，并在数据积累到一定程度時，及时对数据库的相应数据信息进行修正。在正式开展监测工作时，考虑到距离远近对坐标精准度的影响，应该尽可能的以距离监测位置更近的基准网点作为基准站和参考站。在观测时，将全站仪放到基准站最高的观测点上，并对仪器进行调整、调试，设置好观测点集、观测顺序和测回数。然后全站仪会以数据库中的坐标信息为基础展开自动测定，测量出具体的方位角、斜距、天顶距等数值并进行记录。为了保障观测数据的准确性，要尽量减少外部因素对观测过程的影响，如减少阳光直射，降低观测数据的离散程度，在下雨天气，要及时清理棱镜上的雨水和灰尘，提高全站仪的精准和速度。通常情况下，选择在良好天气进行监测，能够使观测数据更加准确。

3.3 边坡变形监测数据的分析

利用数据处理工作站的计算机对全站仪观测并记录的斜距、天顶距、水平角等多种数据信息进行处理，应用标准观测值计算公式，并借助现代计算机技术和专门的计算软件对数据进行计算与分析，从而得出观测点精确的三维坐标、位移量等信息。这种数据处理方式能够支撑高速公路变形趋势和变形量的预测分析。

4 结语

高速公路边坡变形监测具有积极的现实意义，在现代高速公路建设工程中占有十分重要的地位，一直以来都受到社会各界的广泛关注。通过提高边坡变形监测工作的质量，充分利用现代化监测设备与工具，提高监测数据的准确性和观测效率，为后续高速公路边坡改造工程提供有力的数据支撑，推动我国交通事业的进一步发展。

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