拟建左侧深路堑工程，属于武汉至大悟高速公路工程的一段深挖方路基，该处路线走向方位角为 41°，路堑最大挖方高度约为 42 m，路附近无道路可至，交通条件不便利。
本段挖方属剥蚀丘陵地貌，斜坡地形，路线切割山坡，山体自然坡度约31局部较陡，沿路线中心线地面高程一般为 75~125 m，基岩出露。
路堑段地表水不发育，无常年地表径流，主要为雨季时形成的地表径流:地下水主要为赋存于基岩中的裂隙水，富水性弱，水量贫乏，主要接受大气降水入渗补给，水文地质条件较简单。本次边坡施工范围内未见稳定地下水。
2 边坡监测的目的和意义
边坡安全监测系统是边坡安全掌握及其支护结构维护决策系统的支撑条件之一。建立结构健康监测系统的目的在于确定边坡结构的安全性，监测支护结构的承载能力、运营状态和耐久性能等，以满足安全运营的要求。
边坡监测作为应急抢险主要工作范畴，其投资都是巨大的，同时由于其结构、运行环境等因素的复杂性，加上设计、施工、运维的不确定性，如果发生意外变形，失事后造成的灾难也是极其严重的。因此对边坡状态进行持续的实时监测，是十分有必要的，不仅可以为坡体提供安全评估，保证边坡的安全运行，也可以为类似项目的设计、施工积累宝贵的技术资料。
3 监测项目及范围
根据《公路边坡技术规程》DB42/T 1496-2019，A.0.1 条：挖方边坡监测范围应包括边坡体和不少于开挖面坡顶外 2 倍影响区宽度。
本项目最大开挖垂直高度为 42 米，根据上述规定，L=70 米，H=42 米，路堑开挖后坡脚角度约为 53°，L1=38 米，取值 2 倍，监测宽度应为 76 米，监测长度需覆盖整个边坡坡体，目前提供地勘报告中无边坡坡体纵断面图尺寸资料，暂按 200 米计算，详见下图。
同时，根据《公路边坡监测技术规程》（DB42/T-2019）和现场地探等详细资料结合高边坡的结构特点，本次自动化安全监测系统主要监测项目以及使用的仪器设备如下：
监测项目及设备表
4 自动化监测要达到的效果
（1）边坡的挖方垂直高度大于 42 m，属于一级边坡工程。边坡可能出现规模不等的滑坡，严重危害着开挖的安全生产。通过建立边坡表面位移监测系统，能系统有效地对施工边坡的整体稳定状态、浅层滑坡等地质灾害进行实时在线监测监控。
（2）表面位移变形监测点的布置位置应能体现出该山体边坡整体的表面沉降变形的趋势及分布状态，并具有合理恰当的布置间距。
（3）整个测量、监测监控过程具有自动操作与测量功能，监测数据能自动生成报表。当监测结果超过设定的预警值时，能自动发出预警信息（短信或邮件）给指定的工作人员，整个监测监控过程为全自动操作。
（4）开挖路堑合法合规，使得技术与管理人员能实时、全方位地了解开挖边坡的变形状态，充分发挥其对开挖生产安全的指导作用。
5 监测系统架构
本项目监测系统主要由四部分组成：数据采集子系统、数据传输子系统、数据分析及管理子系统（监控中心）以及预警子系统（用户子系统）。其中，数据采集子系统由安装在各个监测关键点位区域的各项监测设备组成，采集的原始数据通过数据传输子系统进行传输。
系统结构和组网示意图如下所示：
自动化安全监测预警系统是自主研发的专业服务于地理信息监测领域的变形监测系统。整个系统在基于物联网，大数据和云计算的技术上，将行业前沿岩土传感器设备，测量机器人和视觉检测技术等相结合，可为客户提供全方位监测和一站式融合解决方案。
本平台采用了云端模式进行监测和服务，属本单位自主研发。VUE 平台所有服务都采用了冗余设计，重要服务采用双重冗余，保证服务的高可用性，并将用户数据储存多个副本，且进行异地数据灾备，保证数据的高可靠性。另外，平台提供在线服务配置和数据的升级，无需用户介入；同时针对目前市场上主流的监测系统和监测设备做到了最大可能性的兼容，对于不能兼容的产品，只要提供相关通信指令，7 天内即可完成系统上线。提供 API 接口，方便第三方监测系统软件的对接；平台底层采用成熟UVE架构，从组织安全、合规安全、数据安全、访问控制、人员安全、物理安全、基础设施安全、系统和软件开发及维护、灾难恢复及业务连续性都有极高的保障。
●平台优势：
1) 边缘计算+云计算
2) 支持所有测量机器人、北斗 GNSS 及环境岩土传感器混合组网
3) 支持单多站及联网监测，自动实时数据改正和网平差
4) 强大的行业监测分析，丰富的图表、数据、多用户多项目管理、完整的用户、设备、数据管理，符合国标和行业监测规范
5) 支持自定义监测报告输出
6) 便捷云端访问、小程序，自主 APP 查看
7) 智能诊断、智能升级，短信、电话、微信及声光报警
8) 完全无人值守，7x24 小时连续自动运行
6 技术实施
山体高边坡地表位移是灾害演化过程中最直观的反应指标，因此掌握其表面位移量，可以及时发现山体高边坡坡体变形发展趋势，在其灾害演化的过程中及时预报警，让监管部门及时采取应急措施，从而避免灾害的发生和减少灾害发生造成的损失。
设计拟采用“测量机器人自动监测技术”进行边坡表面位移监测。在山体高边坡开阔、稳定的位置布设 1 个测量机器人监测站墩，在周边稳定的山体上布设 3 个监测基准点编号为：BM01、BM02、BM03。（使用工程测量规范（GB50026-2007）：基准点，应选在变形影响区域之外稳固可靠的位置。每个工程至少应有 3 个基准点）。基准点埋设在与监测测墩通视、地基稳固、不宜被破坏的山体基岩上；监测点按照设计位置埋设，并保证与监测站房之间通视。监测测站点应建在地基稳固、视野开阔、不易被破坏的地段。在观测站基础施工期间，同步建造测量机器人保护栅栏。在建好的监测墩上安装测量机器人、供电及通信电缆、表面位移监测电控箱。进行通电、通信测试，并通过数据信号线将监测数据接入系统。实际运行过程中以山体高边坡周边的测量控制点为起算，建立统一的绝对坐标系，依据《工程测量规范》的二等平面控制测量精度要求实测测量机器人安装墩、各监测基准点的坐标，采用机器人在线监测系统软件，按照既定观测程序对边坡各表面位移监测点实现在线监测。
测量机器人工作示意图
监测点拟布设数量为 30 个监测点, 3 个基准点。根据相关规范及现场情况测点间距约为 50 米左右。
7 工程主要设备清单
8 基准点布设
选取不受挖方高边坡边坡范围影响区域外的 3 个控制网点上设置标准圆棱镜,作为监测基准点。基准点与测站点构成控制网来测定各监测点的实时坐标。如果监测区域周边有已有控制点，可以通过已有控制点建立监测控制网，也可以直接使用自定义坐标系统来进行监测。
基准点的埋设：基准点标准圆棱镜安装在测点观测墩上，通过强制对中基座稳固埋设。为了防止碰动点位，并保证整个监测过程中不受破坏，必要时需加装保护盒对基准点进行保护。
监测基准网，即工作基点与后视点的坐标复测周期为半年。
变形监测基准网的复测每年 1 次。
基准点安装示意图
9 监测点布设
在山体高边坡边坡监测区域上选取合适位置（存在较大滑坡隐患的点同时要求要与测站点通视条件良好）布置表面位移监测点，通过埋设观测墩安置监测棱镜。进行实时自动沉降监测。必要时需加装保护盒对基准点进行保护。
变形观测点应在埋设标石 10～15 天后进行初次监测。
在地表岩石移动最终境界线以外 200 m内，应建立地表变形的永久监测网，监测线不应少于 3 条，每条监测线不应少于 3 个变形监测点，监测线上的监测点间距宜为 30m～50 m。
本项目监测点区域及布点图如下：
10 测站点安装
测站安装示意图
Box 自带 4 个传感器接口，用于接驳岩土传感器（智能全站仪）。一般布置在传感器埋设地，智能全站仪架设处旁边，Box 不带电源，需要另配置电源（交流电或者蓄电瓶等）对Box本身和传感器（智能全站仪）进行供电。Box 集成了 wifi 、4G、蓝牙，和有线网络等多种通讯模块，可以根据项目现场情况进行选择。在设备安装时候，将 Box 埋设在传感器附近，连接传感器，供电装置，通讯装置后，测试 Box 以及传感器设备的工作性能无误后，在外部使用金属外壳进行封装上锁，如右图所示。
11 云平台
Box+云平台搭载的数据处理系统模块可连续实时进行数据处理，数据解算变形监测的定位精度，待总体方案论证时选择，确保系统运行稳定及数据的可靠性。
自动化云平台可实现对监测数据的分析，最终实现监测解算数据以图形化的方式显示，具体流程时数据传输部分在存储数据到数据库的同时，也将解算结果传输给数据分析部分，以实现实时分析。也可以调用数据库的历史数据实现历史统计分析。
分析的主要方式是将监测数据在点面的各方向以时间为横轴生成曲线。对各监测方向设置预警限值，当监测数据达到限值时便启动报警功能，并且根据不同条件设置不同的报警级别。
为了提供给上级专家和领导直观的分析结果，将监测数据生成日常报表。报表可设置周期一天、一周或一月。
云平台主要内容包括：客户显示测区信息、数据详表、变化趋势分析、速度过程线、加速度过程线、断面分析模块、报警模块、报表模块等。
对于一个横向的监测点变形统计，可以形成一条断面线，将其生成与时间相关的图形可以看出整个断面随时间的波动情况，并监测出变形最大的部位。
12 预警预报
根据稳定性分析以及前n期的监测成果模拟监测点的变形曲线，并结合相关资料预报今后的变化趋势。由于影响变形体的因素错综复杂，考虑到系统的通用性，系统提供了回归分析、灰色系统、kalman 滤波等传统的模型供选择。根据系统给出的限值进行预警，提供相关工程图纸及地质、水文气象资料，便于变形情况的进一步分析。
1) 报警级别
报警按问题严重情况可以分 3 个级别：
a. 一级报警：设备故障或是偶然变形峰值出现，可以上报给值班人员或一般主管。方便工作人员及时查明原因。
b. 二级报警：变形趋势明显，超过了设定限值，这时报警给安全管理部门领导，以及时作出项目分析和安排。
c. 三级报警：当严重变形超限，长时间变形峰值出现，这时说明问题很严重，得迅速上报给县级领导和相关专家，及时做出反映，保障人民群众的生命和财产安全。
2) 报警内容
报警内容以一定的格式，简洁明了的说明事发状况。
例如：某监测点的报警格式设置为：某时间，某监测点，几级报警，X/Y/H 变形值。
某监测区域报警格式为：某时间，某区域，几级报警，表面位移及深度位移情况。
3)报警设置
a. 报警级别：可以默认设置为 3 各级别，当相关领导专家对报表分析数据作出认为判断认为应该提升或降低报警级别，也可以认为修改。
b. 报警人员：当相关安全责任人及领导有变的情况下，报警接收人员可以通过系统管理员登录后对其进行添加或删除。
c. 报警方式：监控现场可以装备警报器，当达到报警级别后启用警报器作出响应。远程通讯报警，可采用短信息、微信报警。
13 APP访问
针对监测系统定制开发了手机云终端，该终端是一款基于 Android 系统的 App 应用，能方便安装在当前使用率最高的智能手机上。下载该应用的客户可以随时随地联网登录 APP 应用，依据访问权限不同，获取不同功能信息，如实时监测数据查询、分析报告查看、上传群防群策信息、辅助决策等。
14 监测成果提交
监测成果包括每次监测成果、周监测成果及最终监测报告。
（1）每次监测成果
每次监测结束，观测值中的超限误差，除在观测过程中应严格作业、认真检核随时予以排除外，在变形分析中，还应通过检验将判定含有粗差的观测值予以剔除。
每次观测结束后及时通过自动监测系统自动整理资料，并严格执行三级检查制度。每次监测完成后均用电子邮件 E-MAIL 方式及时向业主及其他相关单位提供本次观测成果（本次变形量、累计变形量）和分析等。如发现变形值较大，达到警戒值、控制值时，应根据现场情况和到现场查明是否点位碰动等非隧道变形因素引起的位移及沉降，排除这些因素后，用电子邮件 E-MAIL 方式和报表方式及时向业主及相关单位提供本次观测成果（本次变形量、累计变形量）和分析等并作出报警处理。
出现险情时，应加大监测频率，自动监测完后 1 个小时内即将自动监测成果和分析报告报业主方，且电话通知相关其他单位，第二天提交文本文件，并根据以往工程经验及本工程实际情况提出初步相关处理意见。
（2）周监测成果
监测周报采用纸质简报的方式向业主单位提供本周观测成果（包括变形量、累计变形量）和变形分析等内容，周报表包括：
a、沉降监测成果表；
b、水平位移监测成果表；
c、“时间—沉降量”曲线图；
d、“时间—位移（变形）”曲线图；
e、本周监测结果评述。
（3）最终监测成果
所有监测工作完成后15日内提交正式监测报告。最终监测报告包括：
a. 概况和监测目的；
b. 监测项目和测点布置；
c. 采用仪器的型号、规格和标定材料；
d. 变形监测成果表；
e. “时间—沉降量”曲线图；
f. “时间—位移”曲线图；
g. 监测结果评述，评述内容包括对监测对象的全部观测数据进行综合分析，统计各项监测精度指标，分析各项变形数据，并对相关项目的监测结果作总结性说明，并做出综合评价。
END
