《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第三部分 基礎(chǔ)設(shè)施篇《復(fù)雜地質(zhì)條件高速公路邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理與動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)》

完成單位：廣州市高速公路有限公司、招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司

主要完成人：何慶華、岳偉杰、盧輝、閻宗嶺、劉桂強(qiáng)、陳超、李正凱、譚 玲、尤帆帆、黃河、呂勇平、林海騰、張偉、徐霈、趙義

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

（一）項(xiàng)目背景

　　我國(guó)每年修建高速公路數(shù)千公里，其中邊坡加固、處治與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用占25%左右，每年由邊坡造成施工事故損失高達(dá)數(shù)億元，而花崗巖廣泛分布的廣東則費(fèi)用更高，可見(jiàn)邊坡處治在高速公路建設(shè)中的重要地位。邊坡施工安全問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場(chǎng)安全，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員生命財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅，同時(shí)將導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位頻繁變更防護(hù)設(shè)計(jì)方案，施工單位重新施工防護(hù)，最終將對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量、工期和造價(jià)造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前是高速公路加快成網(wǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，如何使邊坡在保證施工質(zhì)量、進(jìn)度、費(fèi)用控制目標(biāo)的同時(shí)保障工程安全、文明地實(shí)施，是高速公路建設(shè)項(xiàng)目中業(yè)主、承包商、監(jiān)理工程師最為關(guān)注的問(wèn)題，也是交通建設(shè)迫切解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

（二）技術(shù)概況

　　在科技部、廣東省交通廳等10余項(xiàng)重大科技項(xiàng)目支持下，聚焦高速公路邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)管控的技術(shù)瓶頸與需求，歷時(shí)多年攻關(guān)，突破了高速公路施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估、智能監(jiān)控預(yù)警、災(zāi)變動(dòng)態(tài)調(diào)控等相關(guān)理論和技術(shù)難題，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、系統(tǒng)研發(fā)和實(shí)體工程驗(yàn)證等手段，建立了風(fēng)化花崗巖邊坡典型施工安全事故及災(zāi)變的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，研發(fā)了公路邊坡災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)及預(yù)警系列裝備，構(gòu)建了以邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為基礎(chǔ)，以自動(dòng)化監(jiān)控為手段的安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控體系。

（三）適用范圍

　　對(duì)保障高速公路施工安全、保障車輛和人民生命安全具有重大工程價(jià)值。

（四）獲獎(jiǎng)情況

　　成果入選交通運(yùn)輸部重大科技成果庫(kù)1項(xiàng)，獲重慶市高新技術(shù)產(chǎn)品認(rèn)證1項(xiàng)；獲國(guó)家發(fā)明專利14件，實(shí)用新型專利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)5件；發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文10余篇，出版專著2部；相關(guān)成果納入《崩塌防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《地質(zhì)災(zāi)害治理錨固工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《重慶公路邊坡養(yǎng)護(hù)技術(shù)指南》。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目聚焦高速公路邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)管控的技術(shù)瓶頸與需求，為提高復(fù)雜地質(zhì)條件下高速公路邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)控與管養(yǎng)水平，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、工程監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證等手段，對(duì)高速公路邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控、施工安全監(jiān)控與預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了以下創(chuàng)新成果：

　　（一）建立了高速公路邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、分級(jí)方法

　　通過(guò)對(duì)風(fēng)化花崗巖高邊坡演變過(guò)程變形破壞現(xiàn)象與穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)特征研究，揭示了花崗巖邊坡體演化過(guò)程與致災(zāi)機(jī)理，提出了穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法和花崗巖邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，建立了基于人員素質(zhì)和安全管理補(bǔ)償因素修正LEC施工安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，并確定了邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和分級(jí)預(yù)警機(jī)制。為花崗巖高邊坡施工安全的過(guò)程控制提供了理論支撐。

　　（二）開(kāi)發(fā)了經(jīng)濟(jì)、耐久、低功耗、易維護(hù)的邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控及應(yīng)急搶險(xiǎn)裝備與安全預(yù)警系統(tǒng)和數(shù)據(jù)發(fā)布展示平臺(tái)云平臺(tái)

　　針對(duì)高速公路邊坡位置險(xiǎn)峻、施工維護(hù)難度高、監(jiān)測(cè)成本高等難題，基于激光測(cè)距、MEMS和NB-IoT技術(shù)研發(fā)了邊坡遠(yuǎn)程監(jiān)控與應(yīng)急搶險(xiǎn)系列設(shè)備，開(kāi)發(fā)了公路邊坡全天候監(jiān)測(cè)與預(yù)警云平臺(tái)，構(gòu)建了以邊坡表面位移、深部位移、防護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變?yōu)橹黧w的多維多場(chǎng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)體系，其經(jīng)濟(jì)、耐久、低功耗、易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)為工程施工安全提供了有效保障。

　　（三）構(gòu)建了風(fēng)化花崗巖邊坡施工安全動(dòng)態(tài)管控技術(shù)體系

　　基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)測(cè)及自動(dòng)化安全監(jiān)控，提出不同邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和監(jiān)測(cè)信息的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控策略，建立了以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，以動(dòng)態(tài)監(jiān)控為核心的邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控策略技術(shù)體系，為高速公路邊坡施工的過(guò)程控制和防災(zāi)減災(zāi)提供了技術(shù)與手段。邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控技術(shù)流程如圖1所示：

圖1 邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控技術(shù)流程圖

應(yīng)用案例

　　廣州某高速公路高邊坡為風(fēng)化花崗巖土巖混合邊坡，高56.3m，地面坡度15°～32°，邊坡上部以殘積粘性土為主，中下部多為砂土狀和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，邊坡屬于土巖混合邊坡。邊坡在連續(xù)降雨或暴雨季節(jié)時(shí)，邊坡表面沖刷嚴(yán)重，而且易出現(xiàn)局部的邊坡變形和坍塌，在軟硬土層分界面處易形成滑動(dòng)面，導(dǎo)致邊坡沿滑動(dòng)面發(fā)生滑移變形。

　　在邊坡段開(kāi)挖施工開(kāi)始，就同步實(shí)施了自動(dòng)化安全監(jiān)控，且以邊坡深部位移和坡體表面位移、坡表土體傾斜為監(jiān)測(cè)核心，能較全面監(jiān)控邊坡宏觀變形發(fā)展趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)如圖2所示：

　　圖2監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)圖

　　自對(duì)邊坡開(kāi)展自動(dòng)監(jiān)控以來(lái)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)反映邊坡的變形動(dòng)態(tài)。在2017年11月1日至12月15日期間，邊坡正處于放坡開(kāi)挖施工中，監(jiān)控地區(qū)持續(xù)大風(fēng)及暴雨天氣對(duì)邊坡造成不利影響。由圖3邊坡表面位移監(jiān)測(cè)曲線可知，測(cè)點(diǎn)2-2，2-6和2-7的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，邊坡表面無(wú)明顯變形。由圖4邊坡深部位移監(jiān)測(cè)曲線顯示，在降雨作用下深部位移變形出現(xiàn)明顯增大趨勢(shì)，在X軸正方向（傾向坡外）及Y軸正方向（傾向邊坡左側(cè)）均產(chǎn)生了位移，且坡體深部位移發(fā)展比表面位移和坡表土體傾斜明顯，表明在降雨和施工擾動(dòng)的作用下，邊坡內(nèi)部產(chǎn)生了傾向公路的變形趨勢(shì)。

　　圖3邊坡表面位移監(jiān)測(cè)

　　圖4邊坡深部位移監(jiān)測(cè)

　　在2017年11月15～20日期間，坡體變形開(kāi)始顯現(xiàn)，11月22日現(xiàn)場(chǎng)人工巡查發(fā)現(xiàn)，邊坡三、四、五級(jí)平臺(tái)截水溝、格子梁及邊坡表面均出現(xiàn)了明顯裂縫，邊坡右側(cè)邊緣坡體裂縫和格子梁裂縫在豎向已貫通。如圖5所示：

　　圖5現(xiàn)場(chǎng)人工巡查

　　通過(guò)以上案例展示了基于自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)管理，為邊坡動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管控提供技術(shù)支撐，邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息可及時(shí)反映出邊坡內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整和位移變形趨勢(shì)，比現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)邊坡表面變形早2周左右，為盡早進(jìn)行安全動(dòng)態(tài)評(píng)估爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　成果已廣泛應(yīng)用于廣州、福建、貴州、重慶等10余省市的高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和應(yīng)急搶險(xiǎn)工程，為高速公路施工安全的應(yīng)急處治和風(fēng)險(xiǎn)管控提供了有力支撐，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。