道路桥梁施工安全监测方法研究

2021-01-16赵芳

山西交通科技 2020年6期

赵芳

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西太原 030032）

在道路桥梁建设施工过程中，在满足工程建设的规范要求和设计质量的基础上，对不安全因素和危险源进行有效地分析和监测，保证桥梁施工期间的安全，构建安全监测指标体系。在施工安全监测过程中，对施工期间的桥梁结构应力状态以及变形状态进行实时监测控制，监测人员要充分利用大量的监测数据，对道路桥梁建设进行动态的安全风险评估，使桥梁结构在恒荷载下的受力处于理论计算的容许范围内[1]。监测部门要加大危险源采集系统以及安全监测应急救援系统的研究开发力度，提高施工安全监测的重视程度，使桥梁轴线偏差和挠度偏差在规范容许标准内，从而提高对危险源的监管能力。因此，安全监测对道路桥梁的施工、竣工以及运营期间都具有重要的工程实际意义，为工程建设的安全质量以及管理维护等提供重要保障。

1 设计道路桥梁施工安全监测方法

1.1 计算施工结构几何属性

为保证道路桥梁结构施工阶段的安全，要实现受力以及理想几何线形的控制，防止结构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态，包括立面标高和平面位置等。道路桥梁在施工过程中会受到诸多因素的影响而产生变形，使线型与设计要求不符，工程建设难以顺利推进，为使施工中实际位置与预期状态间所产生的误差在容许范围内，必须对结构的外部几何属性进行控制，使工程结构的变形状态符合设计要求。首先要建立变形测量控制网作为工程建设的控制网，根据实际施工情况，建立3～5个控制点，与全站仪监测不同，控制网应该建立在远离施工现场且相对比较稳定的地点。基于几何变形控制技术要求，组成变形监测控制网，可在控制网上架设全站仪测量，以保证获取控制点的平面坐标的精度[2]。设监测站点高程为H0，观测目标点高程为H1，平面截面为S，体积为V1，仪器高为i，目标高为0，则观测未知点的高程函数h1的计算公式为：

监测人员采用坐标法选取水平位移进行监测，利用竖向位移监测采用间接三角高程，监测施工结构的外部几何位移，计算出固定点i和监测点j之间的高差，得到工程建设的本次高程变形量hj。即保持i不变，j点的高程函数式为：

计算出本次监测点的高程，保证其基准点和观测点的确立，求出本次高程与初测高程及上次高程之差Δh1j，监测点应与被观测物牢固相连，保证仪器测站点与变形观测点有良好的通视条件。监测人员进行初始值测试时，其测试次数不少于3次，施工人员对监测点j做好保护工作，或者将监测点埋设在施工影响范围以外的地方，根据施工现场实际状况，取3次初始值的平均数作为原始基准数据，将监测资料记录在专用原始资料记录表格内，在测量前要经过法定计量单位标定测量仪器，以确保监测数据的连续性。通过式（1）中的已知高程H1，得到Δh1j计算公式为：

在安全监测过程中，监测人员要根据监测频率进行监测，根据施工现场的施工工况、天气情况以及周围环境变化等，计算整理数据并仔细校核，保证监测数据的可靠性和完整性。对道路桥梁的几何属性进行分析计算时，要采用计算机进行监测资料的初步性分析，对理论分析模型中的计算参数进行合理修正，分析计算结果与实际监测数据进行比较，采用自适应控制方法进行识别修正，包括材料容重、弹性模量以及收缩徐变系数等几何属性参数，经由修正后的几何参数计算出施工各阶段的截面应力和结构体系转换下的内力重复分布等，监测人员可在施工现场进行与施工进程同步工作环境的参数测试，对施工立模标高等进行调整，得到工程结构关键施工工况下的受力状态和几何状态。

1.2 全站仪GPS一体化监测位移变形

根据施工结构的几何位置，利用全站仪监测施工结构关键部位的变形和位移，是施工监测的主要内容。全站仪具备磁驱动、精确定点保证以及自动锁定多目标跟踪的技术，是先进的一体化测量设备，主要检测高铁、桥梁以及隧道建设等大型工程构筑物的变形监测，内置智能锂电池，监测人员可实时查看电池电量。位移变形主要监测拱肋线形、拱脚变形位移等结构，除此之外，弦式应变传感器常用于监测混凝土，对工程建设的拱脚和吊杆附近截面的应力进行测量，判断其是否产生变形，一体化监测技术如图1所示。

图1 一体化监测技术

监测人员选用高精度全站仪用于监测隧道截面、拱桥桥面以及系梁变形等，系杆拱桥中的吊杆内力利用穿心式压力传感器监测，采用智能型温度传感器或者振弦式索力传感器监测构件内外温度或索力。面对工程建设的主要施工工况，需要利用高精度全站仪进行密切的施工监测。测量关键部位的位移变形时，确保施工过程符合几何线形设计要求，从而确保道路桥梁施工质量。监测人员要将无线传感器网络系统和计算机技术等，应用到道路桥梁结构的施工监测中。在道路桥梁施工阶段，监测人员通过布设的监测系统，不仅能够完成施工阶段的安全检测，还可用于桥梁竣工验收以及桥梁运营时期的健康监测，其中要正确选择监测技术和监测点的布设，配置数据分析处理系统，使GPS监测技术成为工程建设施工竣工和运营三位一体的监测方，其一体化监测流程如图2所示。

图2 一体化监测流程

GPS技术具备高精度的动态定位测量和导航功能，以保证道路桥梁结构的施工质量安全。GPS技术为监测人员提供被监测物的精确三维坐标，可精确到毫米，基于卫星的无线导航定位系统，在道路桥梁施工监测和运营健康监测中，通过监测数据的无线传输技术，远程采集数据进行高效传输。通过不等精度混合平差提高整网的精度和可靠性，即使用精密水准仪利用已知点实时静态测量出当前各个关键点的坐标及高程，综合管理一体化测量工具，利用联合网平差等功能实现同步作业，将得到的测量数据通过无线电传输实时处理，实时求出全站仪的当前位置及高程，确定施工结构有无异常变化，进而利用各个棱镜的变形监测点进行监测。其监测点的风险等级如表1所示。

监测人员在选择监测的定位类型时，要根据道路桥梁的实际施工情况进行选择。监测定点根据定位时接收机天线的运动状态，主要划分为静态定位和动态定位，监测人员根据定位模式，在施工场地进行绝对定位单点定位、相对定位以及差分定位，对道路桥梁施工结构进行伪距法定位，通过载波相位测量的方法完成手持式智能监测模式[3]。监测人员可根据实际监测情况进行实时定位或事后定位，从而确定整周模糊度的方法及观测时段的长短，使智能手持端的内置模块接收卫星定位信号，将常规静态定位和快速静态定位相结合，参考瞬时坐标来确定用户接收机所处位置，以道路桥梁施工结构的距离测量值为基础，利用定位模式中的绝对定位，实时解算出所监测结构的三维绝对坐标，对桥梁长期监测具有重要意义。