2024 年 5 月 1 日，广东梅大高速茶阳路段发生高边坡塌方，造成重大人员伤亡，为了帮助开展高边坡风险的全面完整监测、提高监测预警和应急处置工作，南京嘉兆技术有限公司在已有油气管道分布式大应变同轴电缆电栅传感监测技术研究应用的基础上，针对交通行业挖方填方道路的边坡滑坡发育情况，结合长期在结构体变形的分布式监测技术（光纤和同轴电缆）已有研发基础，提出相关经济型的完整性监测技术，以及拟定监测实施及安装埋设方案、预警设置等内容。
边坡
一、主要监测内容
（一）边坡位移及滑动前征兆的分布式定位监测
1、根据土质边坡在自然因素（如降雨、地震、风化等）和人为因素（如开挖、加载等）的影响下，土体可能会发生位移的特点，通过敷设同轴电缆电栅传感器，可以实时监测土体微小的位移变化。一旦土体位移量超过正常范围，就可以及时发出预警，采取相应的防护措施，避免滑坡等灾害的发生。根据已有的统计，滑坡的主要诱因为雨水，当大量雨水渗入土体，可能会导致土体饱和、抗剪强度降低，进而产生位移。全分布式传感器能够在随机的某一位置的位移初期就检测到这种变化，为灾害预防争取时间。
2、开展采用分布式同轴电缆电栅传感技术原理进行定位和发现边坡位移的监测，包括分析发展部位，合理铺设位置、传感器固结方式、监测频次及数据解译、预警算法等研究，实时测试边坡位移情况；
3、实测得到边坡周边岩土介质位移梯度分布特征、时空演化过程，建立数值反演模型，模拟边坡周边局部滑动前征兆以及发生发展过程规律，总结提出分布式同轴电缆电栅传感技术用于边坡位移的定位监测技术，为边坡位移滑动监控预警提供精细化研判依据。
(二) 用于边坡稳定性评估
1、滑坡是土质边坡最严重的破坏形式之一。传感器能够监测到边坡土体在滑动前的各种征兆，如坡顶的拉伸裂缝扩展、坡脚的剪切变形增大、边坡中部的整体平移等。通过监测这些关键部位的土体位移变化，可以判断边坡是否处于不稳定状态，提前发现滑坡的潜在风险。例如，当坡顶位移持续增加，同时坡脚的位移速率也加快时，很可能是边坡即将发生滑坡的信号。
2、实时监测的数据可以用于评估边坡的稳定性。通过长期积累的数据，可以分析土体位移与各种因素（如降雨量、地下水位变化、地震活动等）之间的关系。根据这些分析结果，可以对边坡的稳定性进行动态评估，为边坡的加固、维护和管理提供科学依据。例如，如果发现某个时期土体位移与降雨量有明显的相关性，就可以在降雨期间加强监测，并采取相应的排水措施来提高边坡的稳定性。
（三）用于指导工程施工和运营
在边坡工程的施工阶段，如开挖、填方等过程中，全分布式同轴电缆电栅传感技术可以监测施工对边坡土体的影响。通过监测土体位移，合理调整施工进度和方法，避免施工过程中因土体过度扰动而引发边坡失稳。在边坡工程运营阶段，监测数据可以帮助确定合理的维护周期和维护措施，确保边坡的长期安全稳定。例如，在进行边坡开挖时，根据传感器监测的数据，控制开挖速度和深度，防止边坡因开挖过快而失稳。
二、安装方案
（一）传感器选型
根据边坡的规模和监测要求，选择合适长度和精度的同轴电缆电栅传感器。对于挖方或填方边坡，传感器敷设长度应能覆盖整个边坡或重点监测区域。使用的传感器为南京嘉兆技术公司生产的长度为 28m 、间距为4m的同轴电缆电栅传感器，以及6通道同轴电缆电栅解调仪。传感器的接头部位应具备良好的防水、防腐和抗干扰性能，适应户外复杂环境。
（二）安装位置确定
1、坡面分层与分区
（1）沿边坡高度方向分层，可分为 3 层，每层高度约 1.6 - 2.5m。在每层水平方向，根据边坡长度将其分为若干个区域，如每 50m 为一个监测区。重点关注坡顶、坡脚、边坡中部以及潜在滑动面附近区域。
（2）坡顶区域：在坡顶边缘向内（即沿着边坡最顶端往边坡内部水平距离） 0.5m处开始敷设同轴电缆电栅传感器，因为坡顶易出现拉裂缝，此区域对于监测土体拉伸位移很关键。
（3）坡脚区域：环绕坡脚敷设同轴电缆电栅传感器，范围为从坡脚向上 0.5 - 1m ，这部分区域是坡脚在坡面方向的上部，因为坡脚在承受上部坡体的压力时，这个区域容易产生剪切变形。由于土体或岩石的抗剪强度特性，这个范围内的土体位移情况对于判断边坡是否会因为剪切破坏而失稳是非常关键的。
（4）边坡中部：在中部位置，沿水平方向敷设同轴电缆电栅传感器，这里可以监测土体的整体平移和变形情况。
（5）潜在滑动面附近：通过地质勘察确定潜在滑动面位置（比如岩体和土体过渡层），在其上下各 0.2 m 的范围内敷设传感器，以便及时捕捉滑动迹象。
（三）安装方式
1、沟槽开挖与传感器敷设
（1）在确定的安装位置开挖浅沟槽，理想沟槽深度约40-70cm，考虑稳定性影响，按照20-30cm，宽度大于同轴电缆直径，按照2-5cm。将同轴电缆电栅放入沟槽，使其与土体紧密接触，然后用钢钎隔一定距离与土体固定，再用与周围土体性质相近的细粒土回填沟槽，分层夯实。
（2）在同轴电缆电栅敷设过程中，要避免同轴电缆电栅过度弯曲或扭曲，弯曲半径应大于同轴电缆器最小允许半径（一般为同轴电缆直径的 10 - 15 倍）。同时，在同轴电缆电栅的接头和连接部位，要做好防水和防护处理，如使用防水胶带和密封胶进行包裹。
2、固定装置设置
（1）在同轴电缆电栅的不连续阻抗的首尾两端及每隔一定距离（如 3m）设置固定装置。固定装置可采用混凝土基础或金属锚杆如钢钎等形式。对于金属锚杆，锚杆长度根据土体性质和边坡稳定性要求确定，一般为 1-2m，将同轴电缆电栅固定在锚杆端部，确保同轴电缆电栅在土体位移过程中不会移位。
（四）连接与布线
1、信号传输线布置
（1）同轴电缆电栅传感器预留部分线缆用于信号传输的，应沿着边坡坡面设置专用的线管或线槽进行保护。线管或线槽应采用耐腐蚀材料（如 PVC 塑料），并用钢钎或其他方式固定在坡面上。
（2）信号传输线应避免与其他电气线路平行敷设，防止电磁干扰。在遇到道路、排水渠等障碍物时，应采用地下穿管或绕行等方式进行保护，穿管材料可选用钢管或高强度塑料管。
（3）将信号传输线引至监测点，监测点应设置在远离边坡可能滑动范围和不受洪水、泥石流等自然灾害影响的位置，并且要保证信号传输的稳定性和安全性，并做好防雨、防湿以及电源等。
二、位移量计算
同轴电缆电栅传感器基于法布里 - 珀罗（F - P）干涉原理。当传感器中的同轴电缆因土体位移而变形时，电缆内部反射点间距改变，导致电磁波在反射点之间的测量反射波谱时间的变化，根据时间变化值得到电缆长度的变化量，该变化值是土体位移引起的，根据线性关系，得出土体的位移变化量。
三、预警阈值设置
（一）数据收集与分析
需要阅当地地质资料、以往监测数据或进行短期现场测试获取边坡或类似土质边坡的历史位移数据，包括不同季节（如雨季、旱季）、不同工况（如降雨强度、地震等）下的位移变化情况。对收集的数据进行统计分析，确定土体位移的正常范围、波动规律以及与外界因素（如降雨量、地下水位变化等）的关系。
（二）阈值确定
1、位移阈值
根据边坡的稳定性分析和安全要求，结合土质情况设置位移阈值。对于土质边坡，当土体位移达到边坡高度的 0.2% - 0.5% 时，可能预示着边坡处于不稳定状态。即位移阈值范围约为 16 - 40mm（按照8m高的边坡）。考虑不同位置的阈值差异：
（1）坡顶：由于坡顶容易出现拉伸裂缝，位移阈值可设为 10 - 20mm。当坡顶位移超过此值，可能意味着拉裂缝正在扩展，有发生局部崩塌的风险。
（2）坡脚：坡脚承受较大剪切力，位移阈值可设为 20 - 30mm。一旦坡脚位移接近或超过此阈值，可能引发整个边坡的滑动。
（3）边坡中部：位移阈值设为 15 - 25mm，用于监测土体的整体平移和变形情况。
2、位移速率阈值
除位移量阈值外，用于长时间监测的话，还需要评估位移速率。如果土体位移速率突然增大，例如从每天几毫米增加到每小时几毫米，即使位移量未达到阈值，也可能预示着即将发生滑坡。根据边坡土体的性质和实际监测经验，位移速率阈值可设为 5 - 10mm/h。当监测到土体位移速率超过此阈值时，应发出预警，提示可能出现紧急情况。
四、应用前景
同轴电缆电栅传感监测系统作为一种新型的实时在线分布式监测预警技术，利用同轴电缆本身的延展性和坚固性好的优点，能够应对大应变的监测环境；同时，由于能够在投入不高的情况下监测较长距离，实现连续性在线监测和精准定位，能够推进边坡完整性监测，并实现变化趋势数字化、提前预警自动化。同轴电缆电栅传感监测系统在周边土体滑坡位移监测方面展现了良好的发展潜力。
未来，还需进一步提高同轴电缆电栅传感监测系统设备性能，同步建立同轴电缆电栅及同轴电缆本体的温度、变形量、不同内外导体以及绝缘体的材料及结构与反射率、相位、频率、时间之间的关联特征模型，丰富多种条件下的样本数据库，为数据分析提供可以依靠的基座；探索并引入人工智能大模型技术，进一步提高同轴电缆电栅传感监测系统的识别算法准确率和智能程度，提升技术的自动化以及预警可信度，满足交通行业对边坡安全运行的更高需求。
