监测网稳定性

监测网稳定性（精选9篇）

监测网稳定性 篇1

0 引言

在进行经典GPS网平差时,每期的观测值分别利用已知的基准点坐标,部分相对稳定点的重心坐标进行GPS网的无约束平差,如果各期的GPS网进行的平差都是以首期固定的坐标为基准,则平差后即实现了位置基准的统一,但是平差的结果还存在着方位和尺度上的偏差。如果各期的GPS网进行的无约束平差都不是以首期的坐标为基准,则必须对其位置、尺度和方位进行统一,再进行误差分析[1]。

1 坐标转换法进行变形分析基础的统一

采用坐标转换法,将各期的测量结果转化为统一的基础。不同坐标系统的转换其本质上是不同基准间的转换。转换方法是很多的,其中最常见有七参数法,又称为布尔沙模型和四参数法[2]。其主要思想是在不同基准下,把公共的点建立在两套坐标体系下的方程,在最小二乘的基础上求得最优解。由于方程中参数个数不同,需要的公共点个数不同。

1.1 七参数法

采用将OA-XAYAZA下的坐标转换为OB-XBYBZB下的坐标的公式可以表示为:

将上式线性化,则可以表示为:

将公共点的具体数据代入(2)公式,可以得到误差方程:

利用此参数模型,在公共点的两套坐标下的值,再根据平差的方法求出其转换的参数,然后在根据这些参数进行控制点的坐标转换并评定其精度。转换后的精度用来评定,其中n是公共点的个数。

1.2 四参数模型

在上述七参数的基础上对于局部的GPS监测网,还可以用基线向量求解转换参数的方法,即四参数模型。先求出重合点相对于地面某网原点的坐标向量,再利用这些坐标求解转换参数。当用的参数只为ωX,ωY,ωZ和比例常数m时,被称为四参数法。

2 无穷权在变形监测网基准统一中的应用

对于GPS变形监测网,一期分别进行固定1个已知点的无约束平差,成果会更有价值。这样已知基准点之间的位移,或者第1期对基准点得观测误差就不会影响平差的结果。当用坐标准换实现了当前期与首期的“基准统一”,但是此时的“统一基准”下的统一固定点得坐标值可能与首期的值是不同的,没有实现真正意义上的基准统一。为解决此问题设计2种方案:a)直接将统一后的坐标值减去固定点的差值,但固定点的差值并不是完全由位置的误差引起来的;b)保证坐标转换前后固定点得坐标值保持不变,要实现之一要求可以用约束条件平差的方法,但是此约束条件和七参数求解时列立的方程重复。

所以该约束条件的权为无穷大,才能满足固点的坐标值保持不变。

为了比较方便,首先将这2期的坐标数据相减,此时对应的坐标差没有顾及尺度基准和方位基准,仅仅考虑位置基准。利用公式(2),可以求得七参数为:[-9.965-5.115 1.211 0.5328×10-6-1.54×10-6-0.100×10-6],此时固定点Q1的x,y,z坐标差分别为[1.4 1 0]mm,将基准统一后的个点同时减去该差值,得到基准统一后的坐标,如表3中的方案一。将约束Q1点的条件对应的权设为其他权的20倍,求得的七参数为:[-9.912-5.220 1.132 0.5054×10-6-0.636×10-61.58×10-6-0.078×10-6],基准统一后的坐标差间表3中的方案二。比较方案一和方案二可知,这2种方案得到的坐标差(变形量)很接近。说明这2种情况统一了尺度基准和方位基准。

3 GPS监测网稳定性分析

平均间隙法是德国测量学者Pelzer于1971年提出的,其主要思想为:先进行两周“图形”一致性检验,如果检验通过,则认为所有的参考点都是稳定的。否则,就要找出那些不稳定的点。寻找不稳定点的方法是“尝试法”,就是依次去掉1个点,计算图形不一致减少的程度,验证得图形不一致程度减少最大的那个点位不稳定点。排除不稳定点后,在重复上述工作,直到图形一致性检验通过为止[3,4]。

3.1 整体检验

现考虑用某两周(1周,和j周)的成果进行检验,根据每周的观测成果,按秩亏自由网平差的方法进行平差。由平差改正数可以计算单位权方差的估值:

式中分别用1和j来表示两期的观测成果。一般情况下2个不同周期的观测精度时相等的(必要时可以检验)。将μ12和μj2合起来求共同的单位权方差估值,

如果作假设“两次观测期间点位没动”则可从这两周所得的坐标差△x来计算另一方差估值:

式中:P△X=Q+△X=(QX1+QXj)+;f△x为独立的△X的个数。利用F检验法,我们可以组成统计量:在原假设H0(两次观测期间点位没动),F服从自由度为f△x、f的F分布[5]。故用

检验点位是否变动。置信水平通常取0.05或者0.01,当统计量F小于相应的分位值时,则可以认为点位是稳定的。

3.2 不稳定点的搜索

当发现存在不稳定点,则需要将不稳定点找出来,此时可以将监测网点分为2组:稳定点组F组和不稳定点组M组。其中F组可能既有稳定点也有不稳定点[6]。将△X、P△x按F,M组排序并分块为:△XT=[△XFT△XMT];;其中下标M对应i点,F对于其他的点。作如下变换:将二次型△XTP△X△X分解为:△XTP△X△X=△X'MTPMM△X'M+△X'FTPFF△X'F;用此公式将GPS监测网中所有的点都进行分解,计算所有的△X'MTPMM△X'M和△X'FTPFF△X'F。然后去掉max(△X'MTPMM△X'M),它对应的点就是不稳定点。剔除后,对剩余的点重复上过程,知道剩下的点都是稳定点为止[7]。

4 结语

本文介绍了坐标转换法在变形基础统一中的应用,并提出了无穷权对基准点的约束算法,实例表明该方法用于基准统一是合理的,最后叙述了GPS监测网稳定性的分析的常用方法。

摘要：在对GPS监测网的观测成果进行平差计算和变形分析时,必须考虑GPS网的位置基准、尺度基准和方位基准统一的问题。叙述了无穷权在变形监测网基准统一中的应用,分析了GPS监测网的稳定性。

关键词：GPS监测网,变形分析,坐标转换,平差

参考文献

[1]伊晓东,李保平.变形监测技术及应用[M].郑州:黄河水利出版社,2007.

[2]张华海,高井详,余学详.矿区GPS网坐标转换的高崩溃污染率抗差估计[J].地壳变形与地震,1998,4(18):22-29.

[3]兰孝奇.GPS精密变形监测数据处理方法及其应用研究[D].南京:河海大学,2005.

[4]王军,张华海,徐仁龙,等.GPS变形监测网不同期观测数据的处理方法[J].江苏测绘,2001,24(4):12-14.

[5]王穗辉.变形数据处理、分析及预测方法若干问题研究[D].上海:同济大学,2007.

[6]张华海,王爱生.GPS变形监测网的动态数据处理[J].解放军测绘学报,1999,1(16):13-16.

[7]张书毕.测量平差[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009.

监测网稳定性 篇2

近年来，霍林郭勒市积极开展失业动态监测工作，组织深入重点行业、企业开展用工状况调查，及时、准确掌握监测企业岗位增减情况，有效预防、控制和调节失业，千方百计采取措施确保就业局势的稳定，为分析判断霍林郭勒地区就业失业形式提供信息支持。

结合实际情况，选择本市代表性行业、企业。霍林郭勒市就业局结合本市经济发展实际情况，选择本市支柱行业和居民服务业，特别是占有较大比重的采掘业、制造业、交通运输业等重点行业作为监测对象。确定监测企业的原则是：单位用工达到一定规模、市场化程度高、受经济结构调整或国家内外经济形势变化等影响因素，可能出现从业人员增减变化的企业。最终选取了霍煤集团、泰丰公路等16家市场化程度较高、规模以上劳动密集型用工企业作为监测目标。霍林郭勒市积极实施稳就业、促发展、保民生的就业政策，对最具代表性14家企业的用工情况、职工待岗情况及就业岗位增减变化情况等进行实时追踪，在全市建立完善失业动态监测制度。

加强组织领导，定期参加失业动态监测培训班。作为通辽市重点监测旗县之一，霍林郭勒市切实加强组织领导，建立严格的监测工作管理制度，组建动态监测群，及时协调各监测单位，定期组织参加“失业动态监测工作业务培训班”，对负责失业动态监测人员进行系统化培训。通过每月统计企业岗位人数变动情况，客观准确反映当前经济发展形势下我市就业现状，认真把握工作要求，准确掌握工作原则，及时制定切实有效稳定就业岗位、调控失业率的政策措施。

指定专人负责，建立失业动态监测联络员制度。为确保监测工作的顺利开展，霍林郭勒市全面部署、积极推进，指定专人为失业动态监测联络员，负责本市失业动态监测工作。联络员分为两层，其中，失业保险经办机构联络员主要职责有：

（一）充分利用动态监测群及电话通讯设施，做好与监测企业的沟通协调，督促本市各监测企业每月25日按时做好数据上报工作

（二）为上级失业保险经办机构和本市监测企业搭建桥梁，协助双方做好信息工作的上传与下达，确保把各项政策措施落到实处、做到好处。动态监测企业联络员的主要职责有：

（一）如实、准确填报报表，建立严格动态监测工作管理制度

（二）按时、定期上报数据，在每月25号将本企业用工人员名单及人员增减情况上报至通辽市本级。

5月监测:熊猫稳定 酷熊快奔 篇3

在细分市场中，5月，自主品牌sUV共销售1.84万辆，占SUV销售总量的39％。其中：销量排名前五位的SUV品牌依次为：本田CRV、RAV4、啥弗、狮跑和途胜，分别销售8330辆、5912辆、4231辆、4001辆和3856辆。5月，上述五个品牌共销售2.63万辆，占SUV销售总量的55％；自主品牌MPV共销售1.11万辆，占MPV销售总量的63％。其中：销量排名前五位的MPV品牌依次为：瑞风、别克GL8、奥德赛、开瑞优雅和风行，分别销售4035辆、286I辆、2174辆、1414辆和1224辆。5月，上述五个品牌共销售1.17-57辆，占MPV销售总量的67％。

1－5月，乘用车自主品牌共销售168.31万辆，占乘用车销售总量的45.98％；日系，德系、美系、韩系和法系分别销售74.40万辆、51.98万辆、33.87万辆、27.97万辆和9.56万辆，占乘用车销售总量的20.32％、14.20％、9.25％、7.64％和2.61％。自主品牌轿车共销售77.34万辆，占轿车销售总量的29.71‰日系、德系、美系、韩系和法系轿车分别销售64.45万辆、51.42万辆、32.48万辆、25.09万辆和9.56万辆，占轿车销售总量的24.76％、19.75％，12.48％、9.64％和3.67％。

受国家多项利好政策的影响，全国各地汽车市场销售均有不同程度的增长。同时，汽车价格开始出现不同程度的上浮，主要集中在中级车领域，尤其1.6L的汽车，销量大增，远远出乎市场预料，加上购置税利好政策的刺激，该排量车型价格上浮幅度远超其他排量车型。

5月，北京亚运村汽车市场共销售3380辆，在销售排名前10的汽车企业中，奇瑞作为惟一自主品牌榜上有名，以221辆排名第三。从亚市售出的车型来看，高级车和合资车市场需求相对较多。

武汉竹叶山汽车市场5月份车市继续呈上升趋势，该月销售达4263辆，与去年同期相比上涨5％，比上月高出100多辆。而市场内销售好的车型仍为自主品牌车型，主要销售好的车型有比亚迪、威志、力帆这几款自主品牌和部分合资品牌轿车。

重庆汽博中心5月份共销售各类乘用车3892辆，约占全市销售总量的47％。与4月相比，销量排名前10位的品牌所据席次变化较大，本月轿车继续热销；名车广场本月共计销售338辆，其中国产轿车占39％，SUV、皮卡占45％，进口车及MPV占16％。就市场整体来看轿车主要以奇瑞、比亚迪在市场内交易量大，皮卡、SUV以长城、东风、双环等品牌畅销。

成都西部汽车城五月销售各种车辆4056辆，自主品牌汽车表现抢眼，长安、吉利、长城、昌河、奇瑞、比亚迪占据了汽车销售前十强的6个位置。其中，长安汽车共销售757辆，在全国各大车市中也是名列前茅。

杭州汽车城5月份共销售4196辆，与4月相比也出现下滑，减少288辆。在汽车城的销售中，微型车深受市场的喜爱，五菱微型和长安微型连续两个月占据销售排行前两位；自主品牌中，吉利汽车表现优异，两次均排行销售榜第五，除长安外，吉利是惟一上榜的自主品牌。

与4月相比，深圳东都车城5月份汽车销量比上月有所下降，东都车城总销量为1248辆。虽然4月份销量有所回暖，进入到5月的淡季后车市还是受到了一些影响。在政府进一步加大对汽车产业扶持力度以及降低养车成本的政策措施逐步实施到位的情况下，市场低迷的情况虽然没有得到明显的改善，但是对车市的刺激还是起到了作用。

云南世博汽车市场5月份销售1964辆，与四月相比下降了13.13％，其中长安汽车销售257辆，比4月份少100辆，但仍然排在车市排行首位。其他销售较好的自主品牌主要是夏利、比亚迪、奇瑞和海馬，均能在4、5月份中进入销售前十。

纵观全国各大汽车市场，虽然部分车市销量在不同程度上出现下滑，但自主品牌汽车的销售仍然是整个市场的主流。在众多品牌中，长安汽车表现突出，在11个全国重点车市销量TOP10中占据7席，吉利、奇瑞、比亚迪紧随其后，各占4席，其他的自主品牌如哈飞、力帆、江淮等等虽榜上有名，但和前几强的销量相比仍然有不少的差距。

南华深基坑稳定性监测分析 篇4

南地广场大厦建筑设计地上4 层结构, 高18 m, 地下3 层结构, 深16 m。选用筏板基础结构形式。本工程重要性等级为一级, 场地等级为二级, 地基等级为二级, 工程勘察等级为甲级, 地基设计等级为甲级。

本项目土层构成由浅至深, 主要分布为杂填土、粉质粘土、粗砂和砂砾等。工程水文情况该建筑场区地下水主要为潜水, 补给源为大气降水以及地表径流, 勘察稳定水位埋深为13. 6 m ~ 14. 4 m。根据钻孔水质分析表明, 地下水对钢筋混凝土及混凝土中的钢筋无侵蚀性, 对钢结构有弱腐蚀性。

常用的基坑支护结构主要有人工挖孔桩方案、钻孔灌注桩方案、螺旋钻孔压浆桩方案。人工挖孔桩虽然强度高、施工快、无噪声, 但挖孔时需要进行降水, 对周围建筑物威胁比较大; 钻孔灌注桩方案具有整体性好的特点, 但要进行泥浆制备操作, 环境污染大, 钻孔过程中机械噪声太大, 对于钻机摆放空间要求较高; 螺旋钻孔压浆桩方案具有结构整体性好、施工速度快、低噪声、无污染的优点, 综合考虑选用该方案进行施工。基坑支护采用“动态设计、信息化施工”法, 施工过程中根据基坑开挖及降水的实际情况, 对局部地段进行动态调整。

2 现场监测分析

2. 1 监测平面布置

为了实施监控基坑施工过程中的稳定性, 根据本工程特点在基坑每侧各选取了21 个测点进行监测, 监测平面布置如图1 所示, 其中S为桩顶位移监测点, 以方向命名的监测点为地表沉降监测点。

2. 2 桩顶位移监测分析

监测数据水平位移监测中, 所有水平位移值均表示位移指向基坑内, 其位置关系如图1 所示, 各点监测位移趋势如图2 所示。

根据实测数据表, 0 d ~ 5 d为基坑第一层土方开挖支护作业, 该过程初始阶段各侧基坑桩顶水平位移均有向内1 mm ~ 2 mm的位移值, 表现为越接近基坑各侧坑壁中间位置, 桩体水平位移越大。5 d ~ 10 d为基坑第二层土方开挖支护作业, 该过程中监测发现桩顶位移迅速增加最大达到8 mm ~ 16 mm。这是由于基坑深度增加, 挡土桩体也越长, 柔度增加, 抗弯刚度下降, 稳定性随之下降。采取边挖边支护, 接近阴角处监测点位移值都较小, 稳定性较好。持续进行开挖支护作业, 最大累计水平位移值较大, 其中北侧测点中位移值最大的为S4 和S5 测点, 达到了20 mm, 如图2a) 所示, 因为该处基坑壁略为前凸, 不利于基坑稳定。东侧测点中产生最大值测点为S10, 位移值达到了24 mm, 如图2b) 所示; 南侧测点中产生最大值测点为S14, 位移值达到了24 mm, 如图2c) 所示; 西侧测点中产生最大值测点为S18 和S19, 位移值达到了26 mm, 如图2d) 所示。施工过程中桩顶位移值较大, 应尽量减少施工扰动, 加强降水, 准备沙袋必要时需及时回填。

2. 3 地表沉降监测分析

本次监测对基坑周围沉降作了详细监测, 监测布点如图1 所示。沉降位移曲线如图3 ~ 图6 所示, 观测初期沉降较大, 各个方向沉降最大值达到了10 mm以上, 因此增加了观测频率, 间隔1 d观测一次, 如出现问题及时停止施工; 到第4 天以后, 各个方向沉降量基本降到了4 mm以下, 间隔2 d ~ 3 d监测一次。第8 天~第10 天沉降值基本趋于稳定。当后期趋于沉降稳定时, 提取基坑东、南、西、北各方向关键沉降点沉降增量值, 针对基坑角点、基坑侧壁中点沉降值进行分析。由沉降观测图可以看出, 各测点的趋势均为初期沉降增量较大, 后期沉降增量基本为0, 趋于稳定。基坑北侧前8 天相同时间内, 北测点1 沉降增量值略大于北测点4 沉降增量, 但在8 d以后两测点沉降基本控制住, 如图3 所示。

如图4 所示, 基坑东侧, 沉降未稳定之前, 同一时间内测点1的沉降量略小于测点3 的沉降量。因为测点1 为基坑角点, 稳定性好, 抑制地表沉降的能力也较强, 测点3 为基坑壁中心点, 稳定性较差, 抑制地表沉降能力也较差。就稳定时间来看, 测点1 的稳定时间也要早于测点3 的稳定时间。测点1 到第9 天沉降值为0, 测点3 第10 天才趋于稳定。

如图5 所示, 基坑南侧, 测点1 沉降量也略小于测点5 沉降量, 规律类似于东侧点。测点5 沉降量4 d ~ 8 d出现了明显的不平滑, 因为开挖支护对于侧壁中点沉降影响比较大, 而在测点1该现象则不够明显。两测点稳定时间较为接近, 均在第9 天沉降趋于稳定。

如图6 所示, 基坑西侧, 测点1 和测点3 均在第8 天沉降趋于稳定, 其中测点3 在4 d ~ 8 d出现了明显的不平滑现象, 该现象在南侧测点5 中也有明显表现, 均是因为基坑中点受开挖支护施工影响所导致。因此侧壁中点要作为重要安全监控对象, 如位移超过容许值要及时停止施工, 采取有效措施进行处置。

3 结语

基坑支护采用“动态设计、信息化施工”法, 施工过程中根据基坑开挖及降水的实际情况, 对局部地段进行动态调整。最终本基坑采用螺旋钻孔压浆桩加锚索支护方案, 并提出了具体结构设计参数和施工控制指标。对基坑各测点沉降的趋势进行了实时监测, 初期沉降较大, 后期沉降趋于稳定, 基坑北向和西向8 d以后基本不再下沉, 东向和南向10 d后基本不再沉降, 测量中误差为3 mm, 符合要求。桩顶水平位移监测结果表明, 桩顶最大累计水平位移值较大处对应位置均为基坑各侧中间位置, 应尽量减少施工扰动, 加强降水, 必要时需准备沙袋及时回填。

摘要：根据南华深基坑施工的实际情况, 确定了螺旋钻孔压浆桩加锚索支护方案, 并对基坑各测点沉降的趋势进行了实时监测, 监测结果表明, 桩顶最大累计水平位移值较大处对应位置均为基坑各侧中间位置, 应尽量减少施工扰动, 加强降水, 必要时需准备沙袋及时回填。

杉树坳隧道边坡稳定性监测与控制 篇5

在隧道工程中,洞口段的稳定性问题已经成为隧道施工过程中最为关键的一环,在现场施工过程中,大多数工程事故均出自洞口段,多数是由于洞口边坡产生破坏而引发洞口段整体失稳破坏。本文依托厦蓉高速公路(贵州境)水格段杉树坳隧道工程,对其进口边坡在隧道施工过程中的变形稳定性进行了分析,结合对洞内变形监测和地表位移的变形监测综合评价,并提出了有效的边坡稳定性控制措施,对工程的安全、顺利开展发挥了重要作用。

1 工程概况

厦蓉高速公路(贵州境)水格段杉树坳隧道为分离式长隧道,左幅隧道起讫桩号:ZK40+335～ZK42+780,长2 445 m,最大埋深232 m;右幅隧道起讫桩号:YK40+343～YK42+755,长2 412 m,最大埋深225 m。

杉树坳隧址区地层为上覆残坡积层(Qel+dl)碎石土、冲洪积层(Qal+pl)卵石土、崩埸堆积层(Qc)块石土,下伏基岩为振旦系南沱组一段(Zana)、二段(Zanb)地层,隧道轴线通过区为南沱组一段地层,岩性为薄～中厚层变余砂岩,局部夹含砾板岩。隧道区地下水类型主要为基岩裂隙水、断层裂隙水,其补给源主要为大气降水、地表水径流及地下水渗流补给。

2 监测数据分析

监测项目组于2008年9月25日进场,根据杉树坳隧道施工进度情况,布设拱顶下沉、周边位移监测断面。由于进口端左线ZK40+271～ZK40+277段地表发生塌陷,洞内左线ZK40+272断面监测数据较大,监测方在该段地表于10月11日共布设11个地表位移监测点,测点覆盖左右线地表,沿隧道纵向布置[1](见图1,图2)。

11月13日,杉树坳隧道进口左线,下台阶开挖作业,下台阶有大量的渗积水。ZK40+360附近初期支护拱部发现环向裂隙。11月1日～11月16日,地表裂隙呈现不断扩张拉伸趋势。进口左线ZK40+365,ZK40+373拱顶监测断面,拱顶下沉呈现不断增大趋势。ZK40+365监测断面的隧道周边收敛位移也比较明显,AB测线收敛状态,累计收敛-6.51 mm,AC测线呈扩张趋势,累计值为3.95 mm。地表测点P1累计下沉32.7 mm,向洞口方向位移29.2 mm。P5测点向洞口方向移动10.7 mm,向左线左侧位移58 mm,垂直下沉量达45.6 mm。P6测点向洞口方向位移6 mm,向左线左侧位移63.4 mm,垂直下沉量达61.4 mm。P8测点位移情况为:向洞口方向位移14.9 mm,向左线左侧方向位移38.9 mm,垂直下沉量达48.1 mm(见图3,图4)。

从观测结果来看,左线浅埋段地表处于不稳定状态,对洞内施工作业极为不利,隧道开挖过程中,周边围岩稳定性比较差,隧道掘进工作较困难。

3 边坡变形成因分析与控制

3.1 边坡变形成因分析

1)地质构造原因。杉树坳隧道进口左线洞口段ZK40+345～ZK40+390段,为隧道浅埋段,埋深0 m～22 m左右,围岩为碎石土及强风化薄层状变余砂岩,岩体较破碎,结构松散,地表水及地下水发育,围岩易坍塌。2)2008年10月29日～11月5日均为降雨天气,大量地表水沿裂隙渗入地层,使隧道围岩压力增大,从而使得洞内和地表位移均出现急剧增大趋势。3)隧道洞口附近埋深很浅,存在一定程度的偏压,很容易导致初衬、二衬以及地表的开裂,加之ZK40+377断面附近塌陷回填处理,洞内ZK40+373～ZK40+378段上部开挖扰动的影响,致使进口左线洞口边坡出现较大变形,并严重影响到了该段整体围岩的稳定性。

3.2 边坡稳定性控制措施

结合监测数据,以及对边坡变形失稳成因的分析,针对杉树坳隧道进口左线的情况,建议[2]:

1)暂缓开挖面掘进作业,及时对ZK40+335～ZK40+370段施作仰拱,使初支尽早闭合成环,进而施作二衬。2)开挖采用短台阶开挖,并保留核心土,爆破以松动爆破为主。3)开挖及支护下台阶时,左右侧分别采用短进尺、左右侧错开并及时封闭仰拱,随挖随撑,使初支结构闭合成环,及早提高初期支护的承载能力,以减少围岩的变形。

通过对杉树坳隧道进口边坡的监测数据的分析,结合施工现场的实际情况而提出的施工建议,很好地控制住了边坡加剧变形的态势,隧道进口边坡测点监测数据呈现平稳趋势。

4 结语

隧道施工过程中,边坡将会随着施工进程的推进发生不同阶段的变形破坏,应结合监测情况,针对不同阶段的变形特性采取有针对性的控制措施[3]。本文以杉树坳隧道为例,结合对边坡监测情况的分析总结,对杉树坳隧道进口边坡的稳定性进行了分析判定,并很好地控制了边坡的变形态势,为隧道施工的安全、顺利开展提供了保障。

摘要：通过对厦蓉线杉树坳隧道进口边坡在隧道施工过程中的变形稳定性变化的分析,以及对监测结果的分析,并结合隧道开挖、地质情况、降雨以及加固处理等因素,提出了有效的边坡稳定性控制措施,保障了工程的安全、顺利开展。

关键词：边坡,变形,监测,控制措施

参考文献

[1]陈建勋,马建秦.隧道工程实验检测技术[M].北京:人民交通出版社.2005.

[2]丁文其,李国锋.特殊地质公路隧道动态设计施工技术[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]侯利国,周建锋.任胡岭隧道边坡的稳定性评价与治理措施优化[J].公路交通科技,2005,22(6):222-223.

脱硝烟气在线监测系统稳定性分析 篇6

抽取式烟气在线监测系统是把烟道中的烟气通过采样管路抽取到烟气监测站房内的分析单元, 对烟气成分进行实时测量。组成部分包括采样探头、采样管线、反吹装置、冷凝器、滤芯、阻水器、采样泵、蠕动泵、烟气分析仪等。下面就如何提高各个组成部分的稳定性进行分析。

烟气采样探头是直接安装于烟道的设备, 采样探头包括采样杆、探头加热器、滤芯、吹扫装置。脱硝系统一般安装在锅炉尾部烟道和空预器之间的烟道上, 这段烟道里的烟气没有经过除尘设备, 所以烟气中的粉尘浓度含量极高。高浓度的粉尘极易堵塞探杆及滤芯。为了防止粉尘造成的堵塞, 设有反吹装置。反吹一般是由PLC进行控制, PLC定时发出指令, 由控制压缩空气的电磁阀动作来进行反吹操作。反吹的时间间隔不宜过长, 如果时间过长会造成粉尘沉积过多, 反吹效果差。一般2-3小时为宜。一般情况下采样探头在安装时会与烟道有一定的距离。由于这段管段暴露在空气中, 温度相对较低, 烟气在通过这段管段时, 烟气中的水分冷却形成水雾, 与烟气中的粉尘形成混合物, 极易堵塞采样管路。且这种堵塞往往不易吹扫。在实际工作中往往会出现这部分管段堵塞很厉害, 粉尘与水分混合物形成坚固的致密的固体, 很难清除。严重影响了烟气在线监测设备的长期稳定性。为了防止烟气中的水分在这部分凝结形成水滴, 在这个管段加装伴热带, 外面再使用保温包裹。可以达到很好的效果。采样探头的滤芯通过的是高温的烟气, 一般采用陶瓷滤芯。长时间运行后滤芯本身通气的能力会有所下降, 虽然定期吹扫功能能吹走表面的浮尘。陶瓷滤芯应半年更换一次, 最多不能超过一年一次。由于吹扫时间间隔为2-3个小时一次, 吹扫电磁阀每日动作次数至少十几次。吹扫电磁阀会出现密封圈老化导致漏气, 电磁阀卡涩等故障。利用机组检修机会对电磁阀阀杆、弹簧、密封O型圈进行检查, 发现电磁阀阀杆脏污及时清理, O型圈老化及时进行更换, 弹簧弹力降低也要及时更换。这样可以大大提高电磁阀的稳定性, 不会造成因电磁阀原因造成的漏气, 造成测量不准确现象发生。

烟气采样管线的作用是把烟道里面采集到的烟气传输至烟气分析柜, 进行测量。烟气采样管线一般采用耐腐伴热采样复合管。这种管线由耐腐高性能四氟乙烯管及高温恒功率或自限温伴热带组成内芯。外面由保温层及保护外套管组成。为了保证采样管中的烟气不至于冷凝, 采样管的加热温度应满足要求。温度过低会导致烟气中的被测气体部分被冷却水吸收, 导致测量结果偏低的现象发生, 影响测量的真实性。

冷凝器也是很重要的设备。主要由玻璃管、压缩制冷机、控制与测量部分组成。由温度控制器对温度值进行设定, 同时控制压缩制冷机的运行, 达到设定的温度。烟气经过玻璃管后由于温度较低, 烟气中的水分会快速凝结形成液态, 液态的水通过蠕动泵排走。同时保证被测量烟气中的气体不被吸收。红外烟气分析仪测量的是干烟气, 烟气含有水分不仅会影响测量结果, 也会对分析仪的精密测量元器件造成损害。制冷器达不到制冷效果会造成分析仪进水受损。必须对制冷器进行定期检查。检查项目包括:检查氟利昂压力是否正常、检查温度测点信号线是否松动、检查温控器接线是否松动、检查玻璃管是否有裂纹、检查压缩机电机绝缘是否正常。通过定期的检查与检修就能保证在运行期间制冷器正常工作。

采样泵的作用是把烟道里面的烟气抽取到烟气分析柜。采样泵由电机、机械连杆装置、膜片等组成。工作原理是采样泵的电机做圆周运动, 电机带动机械传动装置做往复运动。机械传动装置连接有耐腐性较好的膜片, 通过机械装置带动膜片做往复运动, 对固定容积的泵腔内的体积进行压缩、拉伸形成真空, 在泵抽气口处与出口处产生压力差, 在压力差的作用下, 将气体吸入泵腔, 再从排气口排出。采样泵停运会直接导致整个系统无法正常运行。采样泵定期检修与检查的部位包括:测量电机的绝缘是否合格、机械传动机构润滑是否正常、传动机构不卡涩。膜片由于长期的做往复运动, 容易老化和产生裂纹, 裂纹不严重时会造成空气漏入测量系统, 造成测量不准。膜片裂纹严重会导致采样泵不能抽取到烟气。每半年或一年对膜片进行更换。

蠕动泵的作用是把冷凝器凝结的水及时排出。蠕动泵由电机、转辊子、蠕动泵管组成。通过电机的转动带动转辊子转动, 挤压在转辊子之间的软管, 从而把液体排出, 同时保证空气不会进入。蠕动泵的机械部分需要定期润滑, 防止卡涩。蠕动泵管由于长时间挤压容易产生裂纹。泵管产生裂纹后空气会漏进烟气系统, 造成测量结果误差较大。至少每半年更换一次蠕动泵泵管。

烟气分析仪是烟气在线监测的核心部件。常用的红外烟气分析仪的工作原理是分析仪内部有一个光源, 发射一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱的辐射源, 让这个连续光谱通过固定长度的含有被测气体的混合组分, 在混合组分的气体层中, 被测气体的浓度不同, 吸收固定波长红外线的能量也不相同, 继而转换成的热量也不相同, 在一个特制的红外检测器中再将热量转换成压力, 通过测量这个压力就可以准确的测量出被分析气体的浓度。烟气分析仪需要定期进行校准, 包括零点校准和量程校准。零点校准是通入空气对分析仪进行校准, 量程校准一般使用标准气体进行校准。定期校准能保证测量误差达到最小。由于长时间运行, 分析仪内部测量池不可避免会出现脏污, 影响测量结果。利用停机检修机会寻找专业机构对分析仪进行检测清洗是必不可少的。

监测网稳定性 篇7

目前, 许多学者对公路边坡稳定性进行了研究, 取得了许多成果。金培杰、陈鹏等[1,2]研究了顺层岩质边坡的失稳破坏机制与稳定性, 提出了边坡失稳的控制因素。倪振强、孔纪名等[3]围绕开挖对边坡的扰动效应进行了深入研究, 提出了开挖对边坡位移场、应力场等的作用, 提出了治理建议。巨能攀、赵建军等[4]将变形理论与强度理论相结合, 形成基于地质过程原理的重点高边坡稳定性评价和灾害控制方法, 利用强度稳定性分析方法得出边坡治理设计所需数据, 进行优化设计。袁从华等[5]依据边坡地质调查等工程具体情况, 对边坡稳定性进行了评价, 并提出了优化的边坡加固方案。张季如等[6,7]利用数值模拟的方法对边坡稳定性进行了评价与分析, 得出了较好的结论。丁秀美、刘光士等[8]利用快速拉格朗日程序对滑坡堆积体进行了分析, 通过最大剪应变增量找到坡体内最易失稳部位并对边坡稳定进行了评价。连镇营、韩国城等[9]用强度折减有限元法对开挖边坡的稳定性进行了较全面的研究, 提出当折减系数达到某一数值时, 边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通, 认为边坡破坏。

目前, 常用的边坡稳定性监测方法大都只能对某一种或某几种可能导致滑坡发生的因素进行监测[10], 但是影响边坡稳定性的因素有很多, 因此, 从理论上传统的监测方法就无法准确预报滑坡的发生。本文采用中国矿业大学 (北京) 自主研发的“滑坡体远程实时监测预警系统”对公路边坡进行实时监测。

以某土质公路边坡工程开挖为工程背景, 对边坡的开挖与支护过程进行数值模拟, 得到了不同阶段的位移场、剪应变增量场等开挖变形与稳定性特征, 结合强度折减法计算边坡安全系数, 并对支护后的边坡稳定性进行了研究, 在关键部位布置了滑动力远程实时监测系统, 保证了对边坡稳定性状态的实时掌握。

1 计算与监测原理

1.1 强度折减技术

强度折减技术主要是利用式 (1) 和式 (2) 调整土体的强度指标c值与φ值, 其中Ft为折减系数。对边坡进行有限差分分析, 通过不断地增加折减系数Ft, 反复分析土坡直至达到临界破坏, 此时得到的折减系数即为安全系数Fs, 公式为

强度折减法的优点是安全系数可以直接得出, 不需要事先假设滑裂面的形式和位置, 另外可以考虑土坡的渐进破坏过程。

1.2 剪应变与边坡稳定性

现场路基和地基的滑动破坏以及山体运动的褶皱断层等均可视作局部化剪切带形成的现象。此种局部变形一旦发生, 变形将会集中在局部化变形的区域, 区域外的变形相当于卸载后的刚体运动。剪切带上土的强度不是同时发挥到最大值, 土的逐渐性强度特性是剪切带强度发挥的反映。非均匀变形的发展也使得整体上表现土的软化性状是与剪切带产生的结构破坏直接相关。可以用剪应变量最大的部位来评估岩土体的失稳区域。

1.3 滑动力监测系统

滑动力远程实时系统可以清楚地揭示滑坡的整个“稳定—平衡—失稳—破坏”的全过程, 是对“下滑力-抗滑力”的本质监测, 并且采用了现代卫星通讯技术, 使其具有远程性、实时性和智能性[11]。

滑坡体远程实时监测预警系统由两部分组成:一部分是智能传感-采集-发射系统 (现场安装) , 另一部分是智能接收-分析终端 (室内安装) 。整个系统工作原理如图1所示。

2 工程边坡基本情况

研究边坡所在区域为山间丘陵地貌, 地面高程为298~277 m, 相对高差约为18 m, 山坡自然坡度为15°~20°, 倾向SW, 地势较平缓。切坡形成了3级边坡, 边坡坡比为1∶1.5, 每级边坡高度为6 m, 总高度约为18 m。

边坡主要地层为粉质黏土, 黄褐色, 硬塑;碎石土, 黄褐色, 潮湿~饱和, 稍密, 一般粒径为60~200mm, 最大粒径300 mm, 呈浑圆状, 由粘性土及少量中粗砂充填;下伏地层为砂岩, 灰白色, 强风化, 主要成分为石英、长石, 砂质结构, 层状构造, 岩质软。边坡设计支护加固工程如下。

(1) 左侧1级边坡处设置钢筋混凝土抗滑桩一排, 截面尺寸为1.5 m×1.5 m, 桩长为8 m, 桩心间距为6 m。

(2) 左侧2级坡面处设置预应力锚索3排, 锚索沿线路方向3 m;锚索长度21 m, 自由段长度10m, 与水平面夹角为25°, 孔径φ=130 mm;锚索采用15.24 mm的高强度低松弛的钢绞线, 每孔5根锚索, 单孔设计锚固力为400 k N, 预张拉力为50 k N;边坡坡面均采用空心砖客土植草及栽种灌木防护。研究公路段工程地质及加固设计如图2所示。

3 边坡计算条件

FLAC3D是目前世界上优秀的岩土工程数值分析程序之一, 它采用有限差分法, 按时步进行显式迭代求解, 考虑了岩土体的复杂性、可变性, 及非均质、不连续、大变形、大应变、非线性等, 适合于开挖与滑坡等大变形问题的求解, 本文采用FLAC3D软件进行数值分析。

3.1 计算模型

研究段典型边坡模型中考虑的主要地层有粉质黏土、碎石土和砂岩三种材料, , 其计算模型如图2所示, y向 (平行公路) 范围为6 m;x向 (垂直公路) 范围为100 m;z向 (竖直) 范围为40 m。总节点数6 504个, 六面体单元数为27 301个;抗滑桩与预应力锚索加固结构采用FLAC3D的桩单元与锚索单元来模拟, 其计算模型如图3所示。

3.2 计算参数与边界条件

各计算岩层采用摩尔-库伦塑性模型, 根据工程地质勘查报告与现场试验研究, 确定岩土体力学计算参数见表1。计算模型底部为全约束边界, 侧面为法向约束边界。

4 计算结果与分析

4.1 开挖未支护状况

边坡进行开挖但未采取支护加固时的计算结果为如图4、图5所示。

第一步开挖后, 由于开挖造成的荷载回弹作用, 开挖边坡位移由左至右逐渐增大, 边坡位移由坡体内部到临空面逐渐增大且表现为回弹, 最大位移达0.03 m, 剪应变增量较大区域集中于一次开挖形成坡脚处。按强度折减法计算的安全系数为1.215, 这说明一次开挖完成后边坡总体处于稳定状态, 极限状态下边坡潜在失稳区域位于坡脚处。

第二步开挖后, 边坡位移进一步增大, 位移较大区域由坡脚向边坡坡面上部发展, 位移由回弹转变为向下滑动, 此时最大位移达0.05 m, 剪应变增量较大区域处于二次开挖所形成的坡脚部位且有向边坡左侧内部发展的趋势。此时按强度折减法计算边坡安全系数为1.12, 说明二次开挖后边坡稳定性有了大幅下降, 但仍处于稳定状态, 边坡潜在失稳区域位移坡脚处。

第三步开挖后, 也就是开挖未支护状态下, 位移较大部位处于坡面下部, 最大位移量可达0.25 m, 剪应变增量较大区域以转移至边坡内部且形成贯通整个边坡的区域。此时计算边坡安全系数为0.87, 说明在边坡开挖完成而未采取加固措施的状况下边坡会发生整体性的滑坡。

通过对个开挖后的位移场与剪应变增量场的分析可以看出一步、二步开挖对边坡稳定性有较大的影响, 但处于极限平衡状态;开挖完成后边坡坡面位移较大, 且在坡体内部形成贯通的将应变增量较大区域, 如未采取加固措施边坡极易发生失稳破坏。

4.2 开挖支护状态

开挖完成后采取抗滑桩支护措施, 开挖完成后边坡最大位移减少为为0.18 m, 剪应变较大区域范围有所缩小, 已不能形成贯通滑面。此时按强度折减法计算边坡安全系数为1.02, 说明在采取桩支护条件下边坡由不安全状态转换为安全状态, 但在此状态下边坡位移依据较大, 易发生边坡失稳事件。

开挖完成后采取抗滑桩与预应力锚索支护措施后, 边坡位移较大区域由整个坡面转换为坡脚与底部临空面部位, 最大位移减少到0.06 m, 通过单一抗滑桩加固与抗滑桩与预应力锚索结合加固时的位移矢量可以看到位移较大区域由向右侧水平方向发展转变为向坡面右上方发展剪应变较大区域大范围减小, 集中于坡脚临空面。此时边坡安全系数为1.38, 说明采取预应力锚索与抗滑桩加固下已经对边坡开挖的变形起到了有效地控制作用, 开挖后及时采取加固措施边坡的稳定性将极大的提升, 模拟结果见图6~图7。

5 监测系统现场安装设计与结果分析

5.1 监测点设计与布置

根据边坡地形地貌、地质特征与数值模拟结果, 在保证边坡稳定性的前提下, 采用经济的参数进行摄动锚索加固监测设计。布设5个监测点 (图8) 。摄动锚索相关设计参数说明如下。

(1) 每个监测点布置1根摄动锚索, 安装1套传感-采集-发射系统, 对滑体下滑力进行实时监测;

(2) 每根锚索的预应力设计值为40 t, 张拉力值为60 t, 锁定值为20 t。

5.2 监测结果分析

对自2013年12月以来5个监测点的全部数据汇总整理, 为了便于捕捉滑坡信息, 按照以下标准和原则对5个监测点进行分类。

(1) 正常点即监测曲线 (P-T曲线) 基本趋于平缓, 忽略脉冲峰值点, 应力P的样本极差ΔP<±40 k N (4 t) , 标准差s<15。

(2) 异常点即监测曲线 (P-T曲线) 呈现如下线形:稳定上涨曲线、稳定下降曲线、骤然上升曲线、骤然下降曲线、复合型曲线, 忽略脉冲峰值点, 应力P的样本极差ΔP>±40 k N (4 t) , 标准差s>15。

(3) 在正常监测点中, 根据监测曲线缓慢上涨或缓慢下降趋势, 进一步细分为:应力上升型、应力下降型和应力稳定型监测点, 便于实时跟踪非稳定型监测曲线的应力变化趋势, 捕捉滑坡信息, 划分准则如下。

式 (1) 中, (1) 样本极差ΔP总:ΔP总=Pmax-Pmin;

(2) 样本标准差s:

(4) 在异常监测点中, 根据监测曲线上涨或下降趋势, 进一步细分为:应力上升型、应力下降型, 划分准则如下 (ΔP总=Pmax-Pmin) 。

式 (3) 中, (1) 样本极差ΔP总:ΔP总=Pmax-Pmin;

(2) 样本标准差s:

通过实时监测可得到如图9所示的监测曲线, 计算变化率和标准差 (表2) 。

上述图表清楚的反映出监测点的曲线都很平稳, 依据预警标准边坡目前处于稳定状态。

6 结论

利用FLAC3D软件研究了边坡在各个开挖阶段下的变形与稳定性状态, 分析了采取单一抗滑桩桩支护与锚索与抗滑桩结合支护下的边坡稳定性, 并对监测结果进行了分析。通过稳定性模拟与监测结果分析, 得出以下结论。

(1) 开挖对边坡位移场的扰动较大, 随着开挖的进行, 剪应变增量较大区域逐渐扩大, 直至形成贯穿坡体内部的联通区域。

(2) 采取加固措施后剪应变增量较大区域位于坡脚临空面处, 说明有坡脚处发生位移与垮塌进而影响边坡整体稳定性的可能;抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高边坡稳定性有着重要的作用, 但工程仍处于较低的安全裕度状态, 需要采取监测手段掌握边坡稳定性状态。

(3) 采用滑坡体远程实时监测预警系统对边坡进行监测, 并对监测数据进行分析, 结果表明边坡目前处于稳定状态。

摘要：随着我国交通基础设施建设的快速发展, 公路边坡稳定性分析与滑坡整治设计等工程问题越来越多。以某高速公路边坡工程为例, 在分析工程地质条件和开挖扰动的情况下, 利用FLAC3D数值模拟软件, 模拟边坡整个开挖过程及开挖后边坡在未支护与不同加固方案下的变形情况与稳定性特征;并计算安全系数。依据工程地质条件分析与数值模拟结果, 在边坡关键部位安装5套滑动力远程实时监控系统。数值模拟分析表明随着逐步开挖的进行, 边坡稳定性明显下降;开挖完成后, 在未加固状态下会发生沿坡面的滑移破坏;采用抗滑桩与预应力锚索加固措施后边坡的变形得到了很好地控制;通过对滑动力远程实时监测结果分析得出边坡目前处于稳定性状态的结论。

关键词：边坡工程,开挖,FLAC3D,加固,监测

参考文献

[1] 金培杰.重庆市万梁高速公路顺层岩石高边坡失稳破坏机制与稳定性评价.岩石力学与工程学报, 2003;22 (增2) :2748—2750Jin P J.Stability-losing distruction machanism and stability evaluation consequent rock high slope in Chongqing Wanliang express highway.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003;22 (s2) :2748—2750

[2] 陈鹏, 徐博侯.顺层岩质路堑边坡稳定性数值极限分析.交通运输工程学报, 2012;12 (2) :38—45Chen P, Xu B H.Numerical limit analysis of stability for bedding rock cutting slope.Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012;12 (2) :38—45

[3] 倪振强, 孔纪名, 阿发友, 等.类土质公路边坡开挖扰动破坏过程的研究.公路, 2011;12:29—33Ni Z Q, Kong J M, A F Y, et al.Analysis of excavation disturbance of soil highway slope.Highway, 2011;12:29—33

[4] 巨能攀, 赵建军, 邓辉, 等.公路高边坡稳定性评价及支护优化设计.岩石力学与工程学报, 2009;28 (6) :1152—1161Ju N P, Zhao J J, Deng H, et al.Stability evaluation of high slope for highways and optimized support design.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009;28 (6) :1152—1161

[5] 袁从华, 倪俊.高速公路中红砂岩滑坡特征及整治.岩土力学, 2004;25 (5) :745—748Yuan C H, Ni Jun.Treatment and characters of red sandstone landslides in expressways.Rock and Soil Mechanics, 2004;25 (5) :745 —748

[6] 丁秀美, 黄润秋, 臧亚军.预应力锚索框架作用下附加应力的FLAC3D模拟.成都理工大学学报, 2003;30 (4) :339—345Ding X M, Huang R Q, Zang Y J.FLAC3D simulation of prestressed anchor sable frame under the action of additional stress.Journal of Chengdu University of Technology, 2003;30 (4) :339—345

[7] 张季如.边坡开挖的有限元模拟和稳定性评价.岩石力学与工程学报, 2002;21 (6) :843—847Zhang J R.Finite element simulation and the stability evaluation of slope excavation.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002;21 (6) :843—847

[8] 丁秀美, 刘光士, 黄润秋, 等.剪应变增量在堆积体边坡稳定性研究中的应用.地球科学进展, 2004;19 (增) :319—323Ding X M, Liu G S, Huang R Q, et al.Application of the shear strain increment in deposit slope stability study.Advance in Earth Sciences, 2004;19 (s) :319—323

[9] 连镇营, 韩国城, 孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性.岩土工程学报, 2001;23 (4) :407—411Lian Z Y, Han G C, Kong X J.Stability analysis of excavation by strength reduction FEM.Chinese Journal of Geo Technical Engineering, 2001;23 (4) :407—411

[10] 何满潮, 张金凤, 衡朝阳, 等.延边地区膨胀性软岩边坡临界参数研究.辽宁工程技术大学学报, 2004;23 (1) :55—56He M C, Zhong J F, Heng C Y, et al.Research on critical inclination of cut slope of expansive soft rock in Yan bian region.Journal of Liaoning Technical University, 2004;23 (1) :55—56

监测网稳定性 篇8

1 监测系统总体架构

监测系统主要由现场监测终端和远程监控中心的上位机服务器组成。 现场监测终端主要包括倾斜传感器、主控制板、GPRS数据传输模块、供电系统4 部分。 考虑到输电塔边坡崩滑速度较慢、对测量精度要求较高等特点,本文采用国内外较为通用的钻孔倾斜法来实现对岩土的多层次实时监测。 将多个倾斜传感器埋入不同深度的岩土中, 当岩土产生形变时, 传感器能够将轴线与铅垂线之间的夹角变量通过RS-485 总线传送给架设在高压线塔上及以MSP430 单片机为核心的主控制板上控制板收到信息后加以简单处理, 并通过GPRS无线网络发送给监测中心的上位机服务器。 由于野外供电不便以及电气隔离安全要求的限制,整套系统采用太阳能电池板与大容量蓄电池组成的供电系统提供电源。 上位机监测系统基于Web网络技术,采用B/S与C/S相结合的体系结构, 实现对监测数据管理和预警[2]。 系统的总体工作流程如图1 所示。

2 系统硬件设计

本文所设计的无线监测系统以MSP430G2553 微处理器为核心,将RS-485 通信技术与GPRS无线通信技术相结合[3], 利用倾斜度传感器实现对岩土体深度形变的持续测量与定位。 系统硬件结构框图如图2 所示。

为了提高测量精度,系统选用高精度硅微式倾斜度传感器, 该传感器基于先进的MEMS制造技术, 具有抗干扰能力强、灵敏度高、温漂极小等特点,测量范围为±15°,分辨率可达0.001°。 5 路传感器作为从机,通过RS-485串行通信接口与数据采集模块组建简单高效的通信网络,通过带隔离的增强型RS-485 收发器ADM2483 芯片连接到作为主机的单片机UART串口上,逻辑端采用3.3 V供电,总线端采用DC-DC电源模块B0505 为其提供5 V的隔离电源。 ADM2483 基于先进的i Coupler磁隔离技术, 省去了外部影响转换效率的光隔离器件, 且具有热关断和失效保护功能, 可以实现真正可靠的半双工通信。 硬件电路如图3 所示。

单片机模块采用TI公司最新推出的超低功耗、 高性能的16 位MSP430G2 系列单片机MSP430G2553, 该单片机具有16 位精简指令集架构和62.5 ns指令周期时间, 可以在不到1 μs的时间里从待机模式超快速地唤醒。 MSP430G2553 工作在1.8 V~3.6 V的低电压范围,且具有5 种低功耗运行模式,超低功耗的工作特性极大提高了光伏供电系统在阴雨天气的续航能力。 单片机作为前端监测系统的控制核心,主要作用是控制系统实现对数据的采集与处理、 存储和上传等功能。 MSP430G255片上的USCI_A模块能够实现UART功能,支持双缓冲接收/发送和自动波特率监测, 通过USCI模块内置的2 个调制器UCBRSx和UCBRFx采用BITCLK16 进行RX采样, 能够得到非常精准的波特率, 单片机利用这个串口通过AT指令控制GPRS模块完成数据传输过程。 此外, 由于5 路传感器需要通过UART串口和单片机之间组建RS - 485 通信网络, 这里利用定时器Timer_A模块的比较捕获功能模拟出一个软件UART, 利用捕获功能捕捉管脚起始位的变化, 并借助比较器不断将CCRx的设定值与与定时器的计数值相比较,当两者相等时即产生中断,获得精确的时间间隔对CCRx寄存器中定时间隔做相应的设置可以得到误差极小的通信波特率,灵活地完成串口扩展。

为了满足监测设备对数据采集时间点的精确记录要求,系统添加了内置晶振和锂电池的高精度串行时钟芯片SD2405, 该芯片内置高精度时钟调整功能, 无需人工校时,可以在恶劣的环境下长期可靠地工作。 同时,在数据存储方面, 系统采用4 片串行E2PROM芯片AT24C512 提供2 MB的数据存储空间, 用于循环存储6天的监测参数, 并永久保存GPRS模块的设定参数AT24C512 采用两线制的I2C串行接口, 相比于并行操作的E2PROM更能适应电力现场的强干扰环境。

GPRS数据传输部分选用西门子公司生产的工业级双频模块MC52i, 由于模块内部内嵌有TCP/IP协议栈单片机可以直接使用AT指令集控制模块, 将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送[4]。 MC52i模块正常工作时需要的供电电压输入范围是3.3 V ~4.8 V当模块以最大功率发射时,供电电流的峰值能达到2 A为了避免由此造成的电压跌落导致模块出现重启等异常状况[5],模块电源输入端采用开关稳压芯片LM2576-AD作为电源芯片,并在输出电压端口并联多个470 μF的大电容。LM2576-ADJ是一款可调节输出型开关稳压芯片,该芯片性能稳定, 输出电流驱动能力强, 最大输出电流可达3 A, 具有较强的抵抗电压跌落的能力[6]。

3 提高系统可靠性的措施

由于本系统主要工作在长期无人维护的工业环境,因此确保系统的稳定性尤为重要。 系统在设计时采取了多种措施以提高硬件设备对外部干扰的防护能力,并在软件设计中通过多种自检机制应对各方面可能出现的问题。

在电路设计与布局上,一方面采取多种防护措施对其进行保护,包括采用ESD芯片来提高系统的静电防护能力,并针对雷击与浪涌电压在关键电路添加TVS二极管等;另一方面,在对器件布局和走线时,尽量缩短敏感回路的走线长度, 并对其作铺地处理, 确保GPRS模块和其他敏感元器件工作稳定。

可能影响系统正常工作的因素有: 长时间无数据传输导致模块自动下线、GPRS网络受恶劣天气的不良影响、 高压线塔现场的电磁干扰、 阴雨天气造成的太阳能供电设备输出电压波动等[7]。 这里主要采用心跳包和状态自检与自恢复两种机制来提高系统的可靠性。

GPRS模块通过GGSN连接Internet网络, 当模块一段时间不进行数据传输时,GGSN会断开模块的网络连接,从而节省信道资源。 为了避免网络中断,系统设定每隔2 min向监测中心服务器发送一小段心跳信息, 以保证模块的长期在线。 针对可能造成GPRS链路断开的外部干扰, 系统设计了网络连接状态自检机制, 即定期向远程监控中心发送检测信息,若重复几次仍未收到应答信号, 则判断设备已掉线并立即通过AT指令重启模块并重新建立连接。此外,采用MSP430 单片机内部自带的看门狗以及MAX813 外部硬件看门狗两级看门狗机制来解决系统死机、 假在线等问题, 一旦单片机没有正常接收GPRS模块返回的信息, 立即控制GPRS模块的RESET引脚重启模块并恢复连接[8]。

4 系统软件设计

系统的软件设计主要包括两部分, 一部分基于Keil软件平台的单片机控制程序编写,用于控制监测设备完成数据的采集和发送;另一部分为基于Python编程语言的上位机监测系统, 利用Web网络技术和数据库技术,建立基于Web网络的监测管理系统, 实现数据的表单访问和图形化显示。

4 . 1 单片机控制程序

单片机程序主要采用C语言编写,作为数据采集与传送设备的控制核心,单片机软件设计主要包括系统初始化、与传感器之间的485 通信、数据的采集与处理、电池电量管理、时钟芯片控制、GPRS数据传输控制等。 本文主要介绍与GPRS模块相关的程序设计, 该部分程序实现的主要功能包括GPRS模块的初始化操作和GPRS数据业务的操作。

MSP430 单片机通过串口发送AT指令控制GPRS模块的各项操作,模块开机初始化之后,与监测中心建立链路连接并按设定格式传送GPRS数据包。模块每执行一条指令,均会向单片机返回一小段返回值,包括响应信息和结果码,以表明当前执行情况,单片机根据返回信息来控制模块的工作进程。 程序流程图如图4 所示。

4 . 2 上位机监测系统

上位机监测系统采用Python语言开发,Python是一种纯面向对象的程序设计语言,具有高度的扩展性和较高的开发效率。 上位机监测系统利用Apache服务器XBOP应用服务器和Postgre SQL数据库, 主要实现三部分的功能:(1)基于TCP/IP协议的数据接收;(2) 通过网页对塔基倾斜数据的实时监控;(3)提供表单形式的历史监测数据查询,为监控人员分析塔基边坡岩土运动规律提供方便。 监测界面如图5 所示。

经过实际运行, 基于GPRS的塔基稳定性监测系统能够较好地实现对高压线塔塔基边坡的实时监测,极大降低了人工巡视的人力成本, 提高了监测和管理效率随着我国智能电网建设的不断发展,输电线路的稳定性监测系统已经成为电力部门提升输电线路精益化管理水平的重要技术手段。 同时,以倾斜度传感器为基础的监测预警系统在工业或民用建筑的变形、倾斜等其他方面也有较好的应用前景。

摘要：针对我国高压线塔塔基边坡稳定性的远程监测所存在的问题,结合RS-485总线、GPRS无线通信技术、超低功耗MSP430单片机和Web网络技术,设计了一种稳定高效的实时在线监测系统。介绍了监测系统的结构功能、硬件设计、与上位机的通信方式,并着重阐述了为提高系统稳定性与通信可靠性所采取的多种机制。经过现场安装与长期运行,该系统工作稳定,在实际应用中取得了良好的效果。

关键词：高压线塔,边坡稳定性,GPRS,无线监测,MSP430G2553

参考文献

[1]李辉,苑臣芒,马晓鑫.基于AVR MCU与GSM/GPRS的航标灯监控系统的设计[J].电子技术应用,2012,38(6):97-99.

[2]龚剑,欧阳治华.基于Web网络技术的矿山安全预警系统及应用[J].金属矿山,2010(10):151-152.

[3]薛琳,魏兰磊,朱述川,等.基于GPRS和RFID技术的门禁控制系统[J].电子技术应用,2012,38(6):145-148.

[4]易玲芳,吕涛,周燕媚,等.基于GPRS的电力远程监管系统设计[J].仪器仪表学报,2006,27(3):2554-2557.

[5]赵明富.基于GSM/GPRS的变电站遥控系统[J].电力自动化设备,2005,25(8):81-83.

[6]杨智敏,侯传教,刘霞.单片式开关稳压器LM2576-ADJ及其应用[J].移动电源与车辆,2004(1):33-34.

[7]卢刚,程显蒙.基于GPRS和AT89C52的远程电力监测系统设计[J].自动化仪表,2008,29(11):40-42.

监测网稳定性 篇9

1 内蒙古鄂尔多斯露天矿区概况

某露天矿位于内蒙古鄂尔多斯, 该矿区属于黄河流域, 由于东西向延伸的东胜分水岭的存在, 区内各沟谷分属北部支流和南部支流。北部支流有罕台川、哈什拉川、大木花沟;南部支流有东西乌兰木伦河及其上游支沟铜匠川、困铁龙川、吉鲁庆沟、阿布亥沟等, 还有悖牛川上游支沟店沟、阿会沟、神山沟、四道柳川。区内沟谷均为各沟谷的发源地和上游。

该矿采掘场边坡地层主要由砂、砾石、冲洪积砂及黏土、砂岩、砂质泥岩、泥岩等组成。通过对该露天煤矿地质资料进行收集、整理并结合其地质勘查结果进行分析, 认为该矿滑坡模式可能为张裂缝—圆弧型滑坡或圆弧—直线型滑坡。

2 露天矿山边坡稳定性监测技术

2.1 监测方法

露天矿边坡监测技术主要是位移监测技术, 按照监测内容和侧重点的不同大致可分为位移监测、岩体破裂监测、水的监测和日常巡检4种类型。其中, 位移监测是根据边坡地表和内部的重要部分岩体在不同情况下所产生的位移量和位移方向的动态变化, 最终确定边坡的变形模式及可能存在的滑面位置。

位移监测主要包括地面位移监测、深部位移监测和人工监控。

2.1.1 地面位移监测

1) 矿坑地表岩移监测。在露天采掘场矿坑周边的地面上建立地表岩层移动监测点, 采用常规测量法实施周期性观测, 掌握矿坑边坡变形信息。

2) 采场内平盘岩移监测。在矿坑主要工作平盘上布置岩层移动监测点, 该监测点与地表监测点一起构成矿坑采场监测网, 采用常规测量法进行周期性观测, 随时掌握采场内平盘岩层移动变形信息。

3) 重点部位临时性岩移监测。对重点部位设置临时岩层移动监测点, 按周期进行观测, 监视局部变形信息, 对异常变形情况及时做出边坡失稳预警, 确保采掘场、矿山安全。

2.1.2 深部位移监测

为了掌握深部岩体的变形动态, 建立地下岩体位移变形监测孔。钻机成孔后, 在孔内安装刻有滑道槽的聚乙烯管, 用移动式测斜仪进行定期监测, 从而实现对深部岩体变形动态的观测, 并及时做出变形预测。

2.1.3 人工监控

配合矿山地表岩层移动监测, 安排专业人员对矿山区域进行分区巡查, 重点查看是否有地裂缝、地面沉陷坑, 并了解矿区内建筑物的变形状况, 以便能在第一时间发现变形异常情况, 供矿方及时采取防治措施, 避免不必要的危害或灾难。

2.2 边坡稳定性监测网建立

2.2.1 监测网的建立

针对边坡稳定性建立监测网, 按照所使用仪器的不同, 可采用方格网、十字基线网、星形网和基线交点网等布置形式。而具体工作究竟采用何种监测网, 则要根据变形区的具体地形条件和仪器状况等综合考虑确定。

监测网的建立不但应体现在平面上, 更应体现在空间上, 而且监测网的建立可能是一次完成, 也可按不同时期和不同的要求分阶段完成[1]。在边坡工程监测过程中, 监测方案也必须随时调整, 并能有效地监测边坡工程的岩土变形动态和发展趋势, 具体了解和掌握其演变过程, 同时还应及时捕捉崩滑灾害的特征信息, 预报崩滑险情, 防灾于未然, 为危岩的稳定性评价和防治提供可靠依据[2]。

2.2.2 监测设备

监测边坡稳定性的设备主要包括地表位移变形、边坡应力和地下水监测设备等。

1) 地表位移变形监测设备主要有两类:一是只能定期对地表位移进行监测的常规测量仪器, 包括电子经纬仪、全站仪、水准仪、静态GPS、激光跟踪仪等;二是能连续监测地表位移变化的专门用于边坡变形监测的设备, 如裂缝计、钢带和标桩、地表位移伸长计和全自动无线边坡监测系统、光纤应变监测系统等。

2) 边坡应力监测设备主要有边坡内部应力、支护结构应力和锚杆 (索) 预应力监测仪器等。

3) 地下水监测设备常用简易水位计、万用表、WLT1020地下水位动态监测仪、孔隙水压力仪等。

3 边坡稳定性监测系统的建立

针对该露天煤矿的实际情况, 对边坡地表位移的监测设计了监测方案并建立监测网。

3.1 监测点的布设与监测

根据影响生产范围内的边缘和地貌特征, 在采掘场布置相应数量的变形监测点, 用来反映露天开采引起的平面位移与沉降变形, 掌握边坡移动状况。

露天矿建设初期主要以地表位移监测为主。地表位移监测点布设在首采区采场边坡、平盘、排土场及地表等所有地方。边坡监测采用机器人测量, 其具有自动识别目标的ATR功能, 能够自动搜索、照准目标, 实现角度和距离的全自动化测量, 从而实现对边坡的远距离、全天候、自动化监测。

采用徕卡TM30全站仪与Geo Mos监测软件组成自动化监测系统对采掘场、排土场边坡的沉降及变形进行监测。监测基准点的数量为2个, 其中一个监测基准点上建造测量观测房, 需满足全天候作业的要求。同时, 监测目标点要安置与测量机器人配套的监测棱镜。

Geo Mo S监测软件是徕卡专门针对监测应用设计的现代化大型多传感器自动监测系统, 可以全天候不间断地监测传感器的控制管理和数据集成。该系统还可以实时显示监测点的位移情况, 实现可视化和数字分析[3]。

配备一个GPRS通信模块, 测量机器人在进行自动监测作业时实时地将监测成果传输到数据中心, 而数据中心则可以通过Geo Mo S监测系统实时地对数据进行接收、展示、入库和管理。

在采掘场和排土场边坡上方各建造一个测量机器人观测站房, 设置测量机器人观测站, 内部包括1个仪器观测墩台、1个仪器柜、1个气象传感器、1个GPRS通信模块、1个GPRS数据通信卡和仪器安置绝缘面板。在采掘场和排土场边坡上方各设置2个观测墩台 (1个测站观测墩和1个后视观测墩) , 观测墩采用圆钢、钢板、角钢、槽钢等材料加工的方式建造。观测墩台定期采用GPS静态联测的方法进行稳定性观测。

测量机器人作业方式主要有以下步骤:第一, 在Geo Mo S系统中进行点、点组、剖面和测量周期设置;第二, 将测量机器人安置在测站点, 连接电源并对中整平;第三, 将测量机器人瞄准设定的后视点, 在Geo Mo S系统中选择与后视点对应的点进行机器人定向测量;第四, 运行Geo Mo S系统中的分析软件, 对返回到数据库中的监测结果进行查询分析。

3.2 监测点的布设与监测

采场非工作帮上的观测线均为临时观测线, 每条观测线地表的两个监测点为永久性监测点, 其余为临时监测点。临时监测点采用木桩结构, 永久监测点采用钢针式混凝土结构。需要注意的是, 涉及到第三系和第四系的监测点, 其底部须打入冻土以下, 防止冻土引起桩基沉降带来的影响, 岩石监测点须在每个台阶上的打桩基上布设。

3.3 边坡监测周期与频率

正常情况下, 边坡工程爆破阶段完成后以监测地表及地下位移为主。在爆破阶段, 监测周期为1~2 d/次, 每次爆破后监测1次;施工阶段为1~2次/周;运营阶段为1次/2月, 雨季为1次/2月。而在大雨过后、变形量增大和变形速率加快时加大监测频次[4]。

4 结束语

随着露天矿山基建工程的开展和煤炭资源的开采, 矿区内地表岩体的力学平衡遭到破坏, 形成采掘场和排土场多个高大边坡, 可能发生边坡失稳, 诱发地表滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。通过对露天矿边坡进行监测, 加强对露天矿边坡的管理, 可防止边坡发生累计破坏性变形产生不良后果, 保障露天矿山的安全生产。

参考文献

[1]李奎, 秦岩宾, 李春, 等.滑坡监测监测网布设方案[J].地理空间信息, 2009, 7 (5) :133-134.

[2]刘东.滑坡地质灾害监测方法综述[J].采矿技术, 2009, 9 (3) :63-65.

[3]徐广翔, 丁峰.地表形变监测预警预报系统在平朔生产矿区中的应用研究[J].测绘科学, 2012, 37 (1) :77-79.