铁路途经地的地貌环境、地质构造特点往往各不相同、复杂多变，受自然灾害、建设施工等影响，可能会出现滑坡现象。滑坡监测的任务就是通过使用合适的监测方法了解并掌握滑坡变形的特征信息，分析其动态变化规律，进而评价其稳定性^[1]，并分析其对铁路安全的影响，为保证铁路运营的安全以及做好铁路沿线的防灾减灾工作提供可靠的技术资料^[2]。因此，对铁路沿线已出现的滑坡体进行滑坡监测十分有必要。

目前，滑坡监测主要是利用全站仪^[3]、电子水准仪、GNSS(global navigation satellite system)系统^[4]等测量仪器获取监测点的坐标变化信息，以建立监测系统进行分析；基于地面激光扫描仪^{[5, 6]}、移动式激光扫描仪等设备获取滑坡体的三维表面点云信息，进行三维建模用于变形分析^[7]；利用近景摄影测量、SAR(synthetic aperture radar)影像等滑坡变形分析技术^[8]；将地表倾斜监测仪^[9]、重力加速度计(shape accel array，SAA)、光纤检测等各类传感器直接布置于滑坡体内进行土体内部变形测量^[10]。山西省阳泉市至大寨镇铁路(简称阳大铁路)，是连接阳泉与晋中两市之间的重要通道^[11]，铁路沿线存在较多采空区，地质不稳定，少量区域出现了小范围的路堑滑坡，需要对滑坡体进行变形监测，以及时作出合理预警。

本文以阳大铁路沿线三泉村滑坡体为例，介绍联合全站仪、电子水准仪、测斜仪、SAA等多种仪器进行滑坡变形监测及数据处理的方法，为铁路沿线出现的滑坡变形监测提供方案。

1 滑坡监测方案 1.1 监测范围及精度的确定

根据滑坡体的大小，确定监测范围及监测等级。结合现场实际，监测项目需进行路堑水平及垂直位移监测和土体深层水平位移监测，监测等级为三等。表 1列举了二、三等变形监测精度要求，本项目按照三等变形监测要求执行。

1.2 监测网的布设与稳定性检查

1) 基准点与监测点的布设。在铁路沿线滑坡体上，选取合适的工作基准点，工作基准点所用测量坐标系与铁路施工所用测量坐标系一致，其坐标值采用导线加密的方式进行，精度按高速铁路测量规范中加密CPII测量及数据处理的相关要求执行。

在滑坡体上布置多个监测点，监测点尽量布设在能反映滑坡体下滑特征的点上。监测点埋设方式与基准点埋设方式相同，监测点埋设深度大于1.0 m，地上部分高度是根据现场通视条件确定的。部分监测点埋设在坚固建筑物上。

2) 基准点的稳定性分析。以月为周期，记录每个月每次连续观测的基准点坐标，计算每期观测坐标数据中相邻坐标之间的坐标差与坐标中误差，采用限差检验法进行基准点的稳定性判定。对观测数据的坐标向量进行平差计算后，设第t、t+1期观测基准点的坐标，则两期的坐标均值为ΔX，其计算式为：

$ \Delta X = \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {X_i^{(t)} - X_i^{(t + 1)}} \right)} $

(1)

式中，X_i^(t)、X_i^(t+1)为t和t+1期数据中第i次观测基准点水平方向坐标轴中的横坐标平差结果；n为观测次数。则坐标差的中误差M_ΔX为：

$ {M_{\Delta X}} = {\mu _0}\sqrt {{Q_{\Delta X}}} = {\mu _0}\sqrt {Q_{{X_i}}^{(t)} + Q_{{X_i}}^{(t + 1)}} $

(2)

式中，Q^(t)_Xi和Q^(t+1)_Xi分别为第t、t+1期水平方向坐标轴中的横坐标的协方差；μ₀为两期观测单位权中误差的平均值；Q_ΔX为坐标差的协方差。

代入误差检验式$\left| {\Delta X} \right| \le k{\mu _0}\sqrt {{Q_{\Delta X}}} $中进行检验，其中，k为数据期数，两期数据k取值为2，同样计算水平方向坐标轴中的纵坐标和高程的坐标差及中误差，三者都在极限误差内，视为稳定。

1.3 变形位移监测方法

1) 水平位移和垂直位移监测方法。确定水平方向位移监测坐标系。水平方向坐标轴中横向位移方向为滑坡方向，以滑坡中心为坐标原点，纵向位移方向平行于沿线铁路方向，其中向大里程偏移为正，向小里程偏移为负；横向位移方向垂直于纵向位移，向大里程左侧偏移为负，向右侧偏移为正。

采用全站仪进行路堑边坡水平位移监测，采用边角交会网的方法进行人工测量；采用徕卡电子水准仪进行垂直位移监测；采用闭合水准路线或附合水准路线进行往返观测，并取两次观测高差中数进行平差。观测顺序：奇数站为后、前、前、后；偶数站为前、后、后、前。

2) 土体深层水平位移监测方法。土体深层水平位移监测采用SAA和滑动式测斜仪进行测量。采用钻机钻孔至预定深度，将测斜管连接好放置于钻孔中，细沙土密封。测斜管口高度与地坪高度相当。当测斜管处于稳定状态后，进行测试工作。通过钻孔内的测斜仪来测量岩土体深部位移沿钻孔深度的变化，并建立位移-深度关系曲线。

1.4 监测数据的检查与处理

1) 监测数据的检查。为了使滑坡监测数据更加准确，需要对数据进行必要的分析与处理，检查观测量是否符合一致性的原则。

假设对某个监测点进行了n次监测，所得的第i次监测值为T_i (i=1，2，…，n)，连续3次监测的测量值分别为T_i-1，T_i，T_i+1(i=2，3，…，n-1)，第i次监测的跳动特征d_i为：

$ {d_i} = \left| {2{T_i} - \left( {{T_{i - 1}} + {T_{i + 1}}} \right)} \right| $

(3)

按照式(4)计算相对差值Q_i：

$ {Q_i} = \left| {{d_i} - \bar d} \right|/\sigma $

(4)

式中，${\bar d}$和σ分别为跳动特征d_i的均值与均方差。

如果Q_i>3，则为异常值，舍去并用插值方法得到其替代值。以此修正每个监测点的位移数据。

2) 水平和垂直位移监测数据处理。采用式(3)、式(4)对水平和垂直位移监测数据进行检核，合格后进行严密平差的计算，然后采用武汉大学科傻地面控制网测量数据处理系统COSAWIN进行复核计算。垂直位移计算时使用稳定的水准点作为起算，并检核独立闭合差及与两个以上的水准点相互附合差满足精度要求条件，确保起算数据准确, 平差后数据取位精确到0.10 mm。

3) SAA数据处理。土体深层水平位移自动化监测通过Campbell LoggerNet软件自动采集，采用SAA Suite软件进行自动化解算。土体测斜位移方向和正负号规定同全站仪水平位移监测。

2 监测成果分析

采用§1方法，对阳大铁路沿线三泉村出现的滑坡体进行了长期的连续监测，项目监测范围为铁路线左侧约200 m×300 m范围山体，约60 000 m²。根据现场实际情况，监测点布设如图 1所示，其中点号1~20分别为全站仪监测点，CX3、CX7、CX10为测斜仪监测点。水平位移监测频率为每天一次，垂直位移监测频率为每周一次。图 2和图 3分别为某一监测点的路堑水平和垂直、土体深层水平位移随时间变化曲线。

1~20号监测点的水平位移和垂直位移累计值如表 2；统计水平位移和垂直位移的监测数据最大最小值情况如表 3。从表 3可看出，除1号点的水平位移变化较小(0.85 mm，-1.84 mm)外，大多数点水平位移随时间的变化呈逐渐增大的趋势。且各个监测点垂直变化都在上升，上升在10 mm左右，最大值为1号点，上升15.34 mm，最小值为7号点，上升3.37 mm。除少数点比较稳定外，2017-10以来大部分点随时间变化呈反向逐渐增大趋势。

各测斜点滑坡方向数据统计情况如表 4所示。表 4列出了各点监测值中出现最大水平位移值及其所处的深度，如第一行40.09(-1.0)，代表SAA02号点在-1.0 m处发生了最大水平位移，位移值为40.09 mm。在线位左侧的SAA02、SAA06、CXG03、CXG10滑坡方向土体深层水平位移随时间变化明显往施工方向偏移。

从水平和垂直位移、土体深层水平位移数据分析可以看出，各点位移明显偏向施工一侧，且随时间变化呈逐渐增大的趋势。其中SAA02已达到橙色预警，CXG03、CXG10已达到黄色预警且有继续发展趋势，其余各点未达到预警值，但除1号点外其余各点随时间推移呈不断增大的趋势。

3 结束语

本文为施工铁路中出现的滑坡提供了一种滑坡监测方法。通过数据分析方法，使用全站仪、电子水准仪、测斜仪、重力加速度计等仪器联合监测滑坡变形倾向，为合理滑坡的防治提供科学依据。