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高速邊坡事故原因與修復(fù)之道?來看土木工程師如何“對癥下藥”!
2024年5月1日位于梅大高速大埔往福建方向K11+900m附近發(fā)生坍塌,導(dǎo)致車輛陷落和48人死亡,30人受傷。
根據(jù)安全事故等級的劃分:死亡30人以上屬于特別重大安全事故,上報國務(wù)院,國務(wù)院處理。
事故發(fā)生后,廣東省委書記、省長等領(lǐng)導(dǎo)親自指揮調(diào)度應(yīng)急處置工作,并有多部門參與現(xiàn)場救援。
淺談可能導(dǎo)致高速坍塌的主要原因:
①極端惡劣的天氣?②車流過多和超載行駛?③設(shè)計缺陷?④監(jiān)理、施工質(zhì)量問題?⑤地質(zhì)勘察問題?⑥運(yùn)營期安全監(jiān)測不到位?
①地質(zhì)因素:高速公路所經(jīng)過的地段可能存在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)在受到外界因素如降雨等的影響下,容易發(fā)生滑坡,從而導(dǎo)致道路塌陷。
②雨水侵蝕:連續(xù)的強(qiáng)降雨是導(dǎo)致梅龍高速事件的重要因素之一。雨水會沖刷坡面,帶走表面的土體,進(jìn)入縫隙產(chǎn)生孔隙水壓力,推動滑坡體向下滑。同時,降雨還會導(dǎo)致路基積水,浸泡路基土壤,使其變軟,降低其承載能力。
③施工質(zhì)量問題:高速公路的施工質(zhì)量對道路的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。如果施工質(zhì)量不合格,如路基填筑不密實(shí)、排水系統(tǒng)設(shè)計不合理等,都會導(dǎo)致道路在受到外界因素如降雨等的影響下容易發(fā)生塌陷。
④設(shè)計考慮不足:高速公路的設(shè)計應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、氣候變化以及未來的交通負(fù)荷等因素。如果設(shè)計方未能充分考慮這些因素,就可能導(dǎo)致道路在使用過程中出現(xiàn)安全隱患。
⑤監(jiān)管和維護(hù)不到位:高速公路的監(jiān)管和維護(hù)是保證其長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。如果相關(guān)責(zé)任主體在監(jiān)管和維護(hù)方面存在不足,未能及時發(fā)現(xiàn)和處理道路安全隱患,就可能導(dǎo)致類似事件的發(fā)生。
所以,導(dǎo)致梅龍高速事件的原因可能是多方面的,包括地質(zhì)因素、雨水侵蝕、施工質(zhì)量問題、設(shè)計考慮不足、監(jiān)管和維護(hù)不到位等因素。
但這幾個問題,我們細(xì)想了一下,廣東本來不就是多雨地區(qū)嗎?受季風(fēng)氣候影響,暖濕氣流與冷空氣交匯,同時地形地貌復(fù)雜,山脈抬升作用,容易引發(fā)降水。這些降雨因素、現(xiàn)場地質(zhì)條件以及車流量,設(shè)計方是否都有考慮到呢?是否有遺漏的結(jié)構(gòu)荷載?是否有一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計富余度(結(jié)構(gòu)安全系數(shù))?
施工方是否嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工?如何保證高速公路施工進(jìn)度和施工質(zhì)量,是否存在質(zhì)量不合格問題?監(jiān)理方是否有監(jiān)督落實(shí)到位呢?
土質(zhì)勘察是否準(zhǔn)確?勘察的點(diǎn)數(shù)及距離是否合理?
總之,一系列隱蔽工程的問題不得而知,讓我們靜候官方的事故調(diào)查結(jié)果吧,查明原因并由相關(guān)單位承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任,以確保類似事件不再發(fā)生。
警示及補(bǔ)救措施
既然建成的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和地質(zhì)狀況我們無法改變,那我們可以轉(zhuǎn)換一下思路,在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測方面著手,加大結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)測力度,采用先進(jìn)的自動化監(jiān)測設(shè)備,實(shí)時掌握結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài),發(fā)現(xiàn)細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化時,盡早采取補(bǔ)救加固措施。
結(jié)構(gòu)健康自動化監(jiān)測是確保交通基礎(chǔ)設(shè)施安全穩(wěn)定的重要手段之一。通過實(shí)時監(jiān)測邊坡、橋梁、隧道等關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)狀態(tài),可以及時發(fā)現(xiàn)異常情況,并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)和加固。這種監(jiān)測方式不僅可以提高預(yù)警的準(zhǔn)確性,還可以為工程設(shè)計和施工提供寶貴的數(shù)據(jù)支持,從而優(yōu)化工程結(jié)構(gòu),提高整體的安全性能。這樣一來,就可以避免災(zāi)害的擴(kuò)大和升級,減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。
實(shí)際的高速公路、邊坡、地質(zhì)災(zāi)害等項(xiàng)目監(jiān)測中,主要的監(jiān)測項(xiàng)是表面位移以及土體深層水平位移的監(jiān)測,其次是土體內(nèi)部的含水率、孔隙水壓力、土壓力及降雨量等輔助監(jiān)測。
表面位移就是最直觀可以看到的,一般包括水平位移及豎向位移(沉降),表面位移的數(shù)值直接反映表面結(jié)構(gòu)的位移數(shù)據(jù),從而分析其位移變形趨勢,實(shí)現(xiàn)預(yù)防和預(yù)警的目的。常用的監(jiān)測設(shè)備是變焦視覺位移監(jiān)測儀或GNSS。兩款均為非接觸式測量,安裝相對簡單,不用排線布線,對監(jiān)測新手較為友好。
但據(jù)相關(guān)媒體報道,在梅大高速事件中,其實(shí)也有使用自動化設(shè)備!在事發(fā)地西側(cè)1公里內(nèi)的邊坡上,布有5臺運(yùn)作中的GNSS邊坡位移監(jiān)測設(shè)備,最近的一臺距離塌方點(diǎn)僅50米左右,只是相對的監(jiān)測頻率特別低——“一小時設(shè)備出一次數(shù)據(jù)”,而且布點(diǎn)位置剛好就不在事發(fā)坍塌處,監(jiān)測點(diǎn)位較少,監(jiān)測頻率較低。同時相關(guān)人員表示受制于成本壓力,路基檢測多數(shù)得靠人工,但這難以覆蓋一些陡峭、植被茂盛的邊坡。若要使用無人機(jī)監(jiān)測,不僅要報批,事先還得進(jìn)行AI識別訓(xùn)練,成本或超預(yù)算。相關(guān)人員認(rèn)為理想狀態(tài)下,利用衛(wèi)星篩查技術(shù)篩查路基隱患效率更高,所以采用的GNSS,卻恰好事發(fā)地沒有安裝測點(diǎn),導(dǎo)致預(yù)警系統(tǒng)作用不大。
這樣一看變焦視覺位移監(jiān)測儀的優(yōu)勢似乎更大,單臺主機(jī)在直線通視的情況下就能監(jiān)測400米距離,測點(diǎn)只需要安裝一塊小靶標(biāo)即可,價格低廉,而且秒級監(jiān)測頻率輕松實(shí)現(xiàn)。變焦視覺就是在彎道處不好監(jiān)測,這樣可以選擇跟GNSS搭配使用,直線段用變焦機(jī)器視覺,彎道用GNSS,加大監(jiān)測頻率及測點(diǎn)數(shù)量,保障結(jié)構(gòu)的安全。
正常來說邊坡塌方分為緩慢型和突發(fā)型的,只有前者能用GNSS和變焦視覺位移監(jiān)測儀發(fā)出預(yù)警,前提是GNSS和變焦視覺的監(jiān)測頻率相對要高和測點(diǎn)布設(shè)距離相對要合適,成本權(quán)衡是個問題。但如果此次災(zāi)害更多因?yàn)橥寥篮恃杆僭黾?,監(jiān)測地下水位或水壓或許更有效,可用滲壓計進(jìn)行監(jiān)測。4月以來梅州連續(xù)強(qiáng)降雨,或出現(xiàn)水壓力太大,地下水沒有及時排出,當(dāng)山體內(nèi)賦存的裂隙水增加,路面與路基的空隙水壓力也在增大,最終把路基向外“推”了下去。在使用時滲壓計可以考慮配合節(jié)段式位移計一起使用,多維度地分析土體內(nèi)部情況。
山體滑坡、邊坡塌方的本質(zhì)是土體內(nèi)部深層水平位移變化,地震或長時間降雨會引起土體內(nèi)部應(yīng)力的重新分布和釋放或使土壤含水量增加,降低土壤強(qiáng)度,增加邊坡塌陷的風(fēng)險。常用的監(jiān)測設(shè)備是節(jié)段式位移計或串聯(lián)式固定測斜儀。這款設(shè)備可以直接測量出土體內(nèi)部的位移變化趨勢,與表面位移數(shù)據(jù)、水壓力各種數(shù)據(jù)相結(jié)合,更詳細(xì)、準(zhǔn)確地獲取邊坡的健康狀態(tài)。
系統(tǒng)架構(gòu)圖
以下表格為常用的監(jiān)測設(shè)備及監(jiān)測項(xiàng)目的簡單介紹,所有的監(jiān)測設(shè)備均可接入安銳測控云平臺,達(dá)到實(shí)時在線監(jiān)測,還可設(shè)置大屏數(shù)據(jù)顯示以及內(nèi)網(wǎng)版私有化部署,保障邊坡結(jié)的安全。
設(shè)備清單 |
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相關(guān)設(shè)備 |
監(jiān)測項(xiàng) |
簡介 |
圖片 |
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變焦視覺位移監(jiān)測儀 |
沉降、水平位移、傾角、加速度和撓度 |
變焦視覺識別出無源靶標(biāo)的圖像位移,自標(biāo)定矩陣算法將圖像位移轉(zhuǎn)換到實(shí)際位移,網(wǎng)絡(luò)上傳到云平臺實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移的非接觸式測量。 |
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節(jié)段式位移計 |
內(nèi)部水平位移 |
節(jié)段式位移計是一種測量各節(jié)段間的三維相對位移的傳感器,可應(yīng)用于深基坑、巖土邊坡、水庫大壩、地質(zhì)災(zāi)害、尾礦庫等內(nèi)部位移的自動化監(jiān)測。 |
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無線傾角儀 |
傾斜、角度 |
主要針對戶外無供電環(huán)境且監(jiān)測頻率不高的應(yīng)用場景。傳感器長期處于休眠狀態(tài),不更換電池也可使用數(shù)年??蓮V泛應(yīng)用于鐵塔、高支模、危房、古建筑等結(jié)構(gòu)健康自動化監(jiān)測領(lǐng)域 |
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靜力水準(zhǔn)儀 |
沉降 |
用液體連通器原理實(shí)現(xiàn)豎向位移測量的傳感器??捎糜跇蛄?、隧道、路基、地鐵、深基坑、大壩、房屋等結(jié)構(gòu)物的沉降自動化監(jiān)測。 |
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滲壓計 |
滲壓、孔隙水壓 |
數(shù)字型孔隙水壓計可用于大壩、尾礦庫、隧道、路基、邊坡等工程中的孔隙水壓力自動化測量。 |
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GNSS |
沉降、水平位移、傾角、加速度 |
內(nèi)GNSS/4G/Wi-Fi一體化天線,內(nèi)置溫濕度傳感器和MEMS傳感器,支持加速度、傾角同時監(jiān)測,是一款高性價比、高精度的毫米級監(jiān)測設(shè)備??蓮V泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害、礦山安全、水利安全、邊坡等建筑物的結(jié)構(gòu)形變自動化監(jiān)測。 |
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弦式鋼筋計 |
鋼筋應(yīng)力、內(nèi)力 |
鋼筋計主要用于測量混凝土內(nèi)部的鋼筋應(yīng)力、錨桿的錨固力、拉拔力等。內(nèi)置溫度傳感器可監(jiān)測周邊環(huán)境的溫度。廣泛應(yīng)用于邊坡抗滑樁、基坑支護(hù)樁、隧道隧洞鋼筋內(nèi)力、水閘底板內(nèi)力等結(jié)構(gòu)物應(yīng)力監(jiān)測。 |
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錨索測力計 |
索力 |
錨索計可用于各種錨桿、錨索、巖石螺栓、支柱等纜索索力的測量和監(jiān)測。 |
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弦式應(yīng)變計 |
應(yīng)力 |
應(yīng)變計可應(yīng)用于工程領(lǐng)域的混凝土及鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變測量,通過混凝土結(jié)構(gòu)或鋼材的彈性模量可以計算出其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。 |
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土壓力盒 |
土體壓力 |
土壓力盒用于土質(zhì)、砂質(zhì)、水、流質(zhì)體等內(nèi)部的壓力或內(nèi)部應(yīng)力測量。應(yīng)用于路基、路堤,邊坡抗滑樁、深基坑擋墻、隧道襯砌、隧道管片等土體壓力測量。 |
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環(huán)境監(jiān)測傳感器 |
溫濕度、土壤含水率、降雨量 |
1.溫濕度傳感器:用于各種結(jié)構(gòu)安全自動化監(jiān)測的輔助測量2.土壤含水率傳感器:用于邊坡土體內(nèi)部含水率監(jiān)測 3.降雨量傳感器:用于大壩、水庫、基坑、邊坡等監(jiān)測項(xiàng)目 |
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