中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)道路交通建設(shè)不斷增長(zhǎng)，新建橋梁數(shù)量與日俱增。特大型橋梁的建設(shè)加快了區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)文化交流，為人們?nèi)粘Ｉ畛鲂刑峁┝吮憷?。橋梁變形監(jiān)測(cè)是工程測(cè)量中重要的部分，橋梁承受較復(fù)雜多變的動(dòng)荷載，定期監(jiān)測(cè)橋梁對(duì)評(píng)價(jià)橋梁的安全狀況以及橋梁變形規(guī)律具有深刻意義。文章結(jié)合橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)內(nèi)容、原理展開了闡述，希望能夠?yàn)闃蛄罕O(jiān)測(cè)專業(yè)全面健康發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測(cè)技術(shù)；橋梁監(jiān)測(cè)；應(yīng)用
20世紀(jì)90年代以來，隨著我國(guó)綜合國(guó)力和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益增強(qiáng)和高速發(fā)展，橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)當(dāng)中重要的組成部分也得到了進(jìn)一步發(fā)展。尤其是隨著我國(guó)高速鐵路與高速公路的迅猛發(fā)展，穿越在大山深處的公路、鐵路使得人們的日常生活得到了較大的改善。就橋梁本身來說，其自身重量較大、受荷復(fù)雜多變，加之在橋梁設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)全周期中有不可控的因素（比如地質(zhì)條件變化、超載、惡劣天氣等），都會(huì)給橋梁的使用可能帶來安全隱患。隨著新技術(shù)的探索，橋梁形式不再單一化，橋梁受力形式也復(fù)雜多變，作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)具有象征性的大型建筑物——特大型橋梁，其一旦發(fā)生重大事故，必定會(huì)給人們生命財(cái)產(chǎn)安全以及社會(huì)穩(wěn)定帶來動(dòng)蕩。怎樣防范重大風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，如何處理突發(fā)事件，如何讓相關(guān)部門獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及提出有效的解決措施是需要解決的關(guān)鍵問題。橋梁監(jiān)測(cè)作為在橋梁安全運(yùn)營(yíng)周期中的“體檢醫(yī)生”，定期對(duì)橋梁的各項(xiàng)控制性指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如橋梁的空間變位、橋梁的撓度和橋梁的基礎(chǔ)沉降等。計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，推動(dòng)了橋梁檢測(cè)的自動(dòng)化、信息化，且使橋梁檢測(cè)能實(shí)時(shí)完成收集數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具有優(yōu)越性。加強(qiáng)對(duì)橋梁的變形監(jiān)測(cè)在保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)方面具有重要作用，但從目前監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法來看，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，如監(jiān)測(cè)變形的效率、傳輸速率、快速處理數(shù)據(jù)能力等方面需要進(jìn)一步完善。
1橋梁變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容
1.1橋梁的基礎(chǔ)沉降
大型建筑物的基礎(chǔ)尤為重要，從設(shè)計(jì)到竣工，這整個(gè)過程中都會(huì)注重基礎(chǔ)的變化。隨著我國(guó)高鐵網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展以及城市交通發(fā)展的需要，出現(xiàn)了下穿現(xiàn)有的高架橋或者高速鐵路的情況，這種大型橋梁交匯的地方土層應(yīng)力異常復(fù)雜，土層變形也較難掌控，容易誘發(fā)橋梁基礎(chǔ)的豎向不均勻沉降和土層剪切破壞引起的工程事故。盡管在設(shè)計(jì)、施工規(guī)范中要求高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋墩臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降限值、墩臺(tái)均勻沉降均不超過20mm，相鄰墩臺(tái)的沉降差不超過5mm，但是施工過程是個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，隨著施工程序的逐漸推進(jìn)以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重的增加，橋梁基礎(chǔ)的沉降需要人力動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)。根據(jù)我國(guó)相關(guān)行業(yè)的出臺(tái)的要求，必須聘請(qǐng)第三方對(duì)橋梁基礎(chǔ)的沉降實(shí)施定時(shí)觀測(cè)，防止因基礎(chǔ)沉降引起的橋梁坍塌等安全事故。在現(xiàn)代特大型橋梁的基礎(chǔ)工程施工過程，其對(duì)橋梁基礎(chǔ)的沉降監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容包括橋墩的沉降差、沉降監(jiān)測(cè)、沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置等。
1.2橋梁的撓度
橋梁撓度變形是指在荷載作用下，多種因素造成的橋面豎向變形而讓人無法接受的狀況。橋梁擾度是橋梁建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，采用較高精度的儀器進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)發(fā)揮橋梁的正常功能具有重要意義。雖然橋梁擾度變形在某種程度上來說，并不是因橋梁承載力不足引起的，但是過大的擾度會(huì)造成橋梁裂縫的，且對(duì)橋梁后續(xù)發(fā)揮功能起到不利影響。另外，作為重要的控制性建筑物，過大的擾度變形也可能會(huì)引起社會(huì)的心理恐慌。
1.3橋梁的空間變位
橋梁受荷形式復(fù)雜多變，在多種荷載耦合的情形下，橋梁的變形較難用理論方法去解析，這就需要利用新的監(jiān)測(cè)定位裝置對(duì)橋梁實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。橋梁的空間變位也是主要變形之一，空間變位可能引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的變化，主受力構(gòu)件的異位可能引起橋梁的不穩(wěn)定性。此外，對(duì)橋臺(tái)的水平位移也是必不可少要監(jiān)測(cè)的，橋臺(tái)水平位移主要監(jiān)測(cè)承臺(tái)的水平位移值，監(jiān)測(cè)水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)、水平位移觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量。
2橋梁變形監(jiān)測(cè)方法
近年來，隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，橋梁變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在具體的應(yīng)用逐步向科技化、電子化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變，目前常使用的監(jiān)測(cè)方法有大地測(cè)量法、物探法及GPS技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)、INSAR技術(shù)及雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)。
2.1大地測(cè)量法
目前使用最為廣泛的方法是常規(guī)大地測(cè)量法。運(yùn)用大地測(cè)量法對(duì)橋梁變形監(jiān)測(cè)的基本原理是對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)間的角度和距離進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)，進(jìn)而獲取橋梁監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，確定橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直位移和水平位移，再對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定相關(guān)變形指標(biāo)是否在安全指標(biāo)的范圍之內(nèi)。常規(guī)大地測(cè)量法具有靈活性較強(qiáng)、成本較低等優(yōu)勢(shì)，在橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中得到較廣泛應(yīng)用。然而，從目前的監(jiān)測(cè)技術(shù)來看，在大地測(cè)量法中較常用到光學(xué)測(cè)量?jī)x器和電子測(cè)量?jī)x器，在測(cè)量中，從定下基準(zhǔn)點(diǎn)到測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)之間相關(guān)數(shù)據(jù)都具有較多的人為誤差。基于此，監(jiān)測(cè)橋梁的整體變形使用常規(guī)測(cè)量法是比較有效的，但在橋梁的局部變形監(jiān)測(cè)中則具有一定的劣勢(shì)。
2.2物探法及GPS技術(shù)
物探法，又稱物探技術(shù)，是地球物理勘探技術(shù)的簡(jiǎn)稱，也是近年來運(yùn)用較多的一種監(jiān)測(cè)方法。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，通常采用物理傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如水平儀、傾斜計(jì)、位移計(jì)、測(cè)力計(jì)等。除此之外，還考慮了壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等外界條件所引起的變形。和常規(guī)大地測(cè)量法不同的是，物探法能夠監(jiān)測(cè)橋梁局部變形情況。在監(jiān)測(cè)橋梁的局部變形的過程中，監(jiān)測(cè)的程序是先將傳感器固定在橋梁待測(cè)位置，接好相關(guān)線路后待測(cè)，由于傳感器靈活性、適應(yīng)能力較強(qiáng)，在野外環(huán)境都能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)，但是傳感器只能監(jiān)測(cè)橋梁的局部變形和相對(duì)變形，而無法監(jiān)測(cè)橋梁整體變形，因此，物理傳感器往往和大地測(cè)量法配合展開監(jiān)測(cè)，結(jié)合兩種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)全面監(jiān)測(cè)橋梁變形。GPS技術(shù)也是近年來發(fā)展日趨成熟的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)，在橋梁變形監(jiān)測(cè)中起著重要作用。GPS技術(shù)是橋梁定期監(jiān)測(cè)中最常用的方法，按監(jiān)測(cè)對(duì)象可分為靜態(tài)測(cè)量法、動(dòng)態(tài)測(cè)量法以及快速靜態(tài)測(cè)量法。GPS技術(shù)利用GPS定位原理，隨著GPS衛(wèi)星繞地球高速運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星和地球的相對(duì)位置關(guān)系發(fā)生變化，對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)周期性觀測(cè)有效運(yùn)用GPS的靜態(tài)定位，進(jìn)而得到變形點(diǎn)的實(shí)際情況，獲得相關(guān)變形數(shù)據(jù)。GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)的精度是比較高的，最高的監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到亞毫米級(jí)。并且GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，10min就可以獲得5～10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況。另外，GPS技術(shù)可在室內(nèi)操作，利用GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)大大減少了人力室外作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，并且還能快速獲得變形數(shù)據(jù)。由此可見，GPS監(jiān)測(cè)將是未來橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的潛在發(fā)展趨勢(shì)。
2.3近景攝影測(cè)量技術(shù)
在近幾年橋梁監(jiān)測(cè)中，近景攝影測(cè)量技術(shù)也得到了較為廣泛的應(yīng)用。其主要是通過非量測(cè)攝影機(jī)或者可量測(cè)攝影機(jī)，對(duì)近距離的橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拍攝，最后對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得符合要求的立體影像，依據(jù)共線方程，經(jīng)過誤差修正之后得到監(jiān)測(cè)的實(shí)際坐標(biāo)。近景攝影測(cè)量技術(shù)在對(duì)橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，就是采用定期與不定期的攝影，獲取相應(yīng)的攝像作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終通過反算獲得隨機(jī)時(shí)間和不同時(shí)間段各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的坐標(biāo)位置的變化情況，以此來作為變形監(jiān)測(cè)分析的數(shù)據(jù)依據(jù)。由于橋梁的變形監(jiān)測(cè)精度較高，采用近景攝影測(cè)量方法對(duì)橋梁開展變形監(jiān)測(cè)，前提是盡量剔除外部因素對(duì)精度的影響，否則無法達(dá)到相關(guān)要求，因此必須對(duì)攝影設(shè)備進(jìn)行校正，校正內(nèi)容一般包括：（1）主點(diǎn)與主距的測(cè)定；（2）光學(xué)畸變系數(shù)的測(cè)定；（3）相框坐標(biāo)系的設(shè)定；（4）攝影機(jī)畸變差變化的測(cè)定；（5）攝影機(jī)內(nèi)外方位元素的測(cè)定等。
2.4INSAR技術(shù)及雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)
INSAR（SyntheticApertureRadarInterferometry的簡(jiǎn)稱，合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量）技術(shù)由于其具有全天時(shí)、全天候、高精度的特性，因此，此技術(shù)在大型建筑物的變形監(jiān)測(cè)當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛。INSAR技術(shù)的原理是利用微波合成孔徑雷達(dá)圖像（SAR）數(shù)據(jù)對(duì)地表重復(fù)觀測(cè)形成的微波（0.01～1m）相位差計(jì)算地表形變。INSAR技術(shù)對(duì)地表變形監(jiān)測(cè)和調(diào)查效率高，它可以非接觸、可回溯、大范圍地觀測(cè)地表變形，并且具有不論室外條件如何、距離的遠(yuǎn)近都能取得相關(guān)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。INSAR技術(shù)避免了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中交通條件差、GPS點(diǎn)位稀疏、光學(xué)遙感的局限等困難，拓展了地質(zhì)災(zāi)害信息獲取技術(shù)的手段，在地震、地面沉降、滑坡、冰川、火山、活動(dòng)斷裂等方面的地質(zhì)調(diào)查研究領(lǐng)域中取得了非常顯著的效果，在地質(zhì)監(jiān)測(cè)這方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。利用INSAR技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，橋梁上部結(jié)構(gòu)的差異可能對(duì)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生不同的散射特性，影響INSAR技術(shù)對(duì)整體變形監(jiān)測(cè)結(jié)果。雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)有兩個(gè)側(cè)視天線，對(duì)同一地區(qū)采用干涉法記錄相位和圖像的回波信號(hào)，相關(guān)處理后可獲取地表面三維幾何和物理特征。與INSAR技術(shù)相比，雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)差分干涉的精度更高，可以應(yīng)用于橋梁的微小變形監(jiān)測(cè)。
3結(jié)束語
橋梁運(yùn)營(yíng)周期中，現(xiàn)有的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)橋梁的基礎(chǔ)沉降、橋梁的擾度、橋梁的空間變位展開實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，橋梁監(jiān)測(cè)指標(biāo)可直接反映橋梁的安全健康，橋梁變形監(jiān)測(cè)是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。文章對(duì)橋梁變形監(jiān)測(cè)技術(shù)：常規(guī)大地測(cè)量法、物探法及GPS技術(shù)、近景攝影測(cè)量技術(shù)、INSAR技術(shù)和雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)，從技術(shù)的基本原理到監(jiān)測(cè)范圍以及技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)展開了較為詳細(xì)的分析?；诖?，文章認(rèn)為，研發(fā)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)裝備和監(jiān)測(cè)技術(shù)提高橋梁監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，是確保橋橋梁工程項(xiàng)目整體的安全性、穩(wěn)定性的重要舉措。當(dāng)然，也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，盡管現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)日趨成熟和科學(xué)，但是依然存在傳感器分辨率不足、可靠性不夠等情況，如何在常規(guī)監(jiān)測(cè)工作中方便、高效、節(jié)約資源也是接下來需要努力的方向。
參考文獻(xiàn)：
[1]王麗博.變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究,2019,4(4):93-94.
[2]靳潔.變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].信息化建設(shè),2016(4):150.
[3]趙正林.有關(guān)GPS在橋梁變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2012(13):88.
[4]彭家真.關(guān)于變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的探討[J].環(huán)球人文地理,2014(24):34-35.
[5]董學(xué)智,李勝,李愛民.變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪,2012,35(1):13-15.
[6]姚平.GPS在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008.
作者：李文云 田龍飛 單位：中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司
