橋梁GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與信號(hào)測(cè)試分析探討

安慶 吳樹(shù)森 張婷婷

摘 要：利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，論述了簡(jiǎn)支橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等不同類(lèi)型橋梁的GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案，使之能夠完整地反映橋梁關(guān)鍵點(diǎn)的形變狀況，及早發(fā)現(xiàn)橋梁可能存在的安全隱患，為橋梁管理者提早采取相應(yīng)措施提供了依據(jù)。另外，該文還闡述了對(duì)橋梁GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)的測(cè)試方案和步驟，為工程人員較為方便地找到符合要求的監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供了簡(jiǎn)單易行的方法。該布點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)方案已運(yùn)用于我國(guó)多座不同類(lèi)型的橋梁，實(shí)踐證明，該方案取得了較好的橋梁健康安全監(jiān)測(cè)效果，具有較大的實(shí)用和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：橋梁 衛(wèi)星導(dǎo)航 監(jiān)測(cè)點(diǎn) 信號(hào)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.22；P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（b）-0049-02

近年來(lái)，我國(guó)在修路筑橋方面增加了大量的人力、物力和財(cái)力投入，加快橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，各種斜拉橋、懸索橋等大跨度的橋梁相繼出現(xiàn)，使我國(guó)一躍成為世界橋梁大國(guó)。龐大的基數(shù)和快速的發(fā)展，帶來(lái)了很多事故風(fēng)險(xiǎn)和橋梁安全監(jiān)測(cè)的需求。國(guó)內(nèi)外不斷發(fā)生的橋梁垮塌事故，引起了人們對(duì)橋梁工作狀態(tài)的日益重視。以哈爾濱陽(yáng)明灘大橋?yàn)槔摌蛟诮ǔ珊蟛坏揭荒昕逅私ㄖ|(zhì)量原因外，未采取形變監(jiān)測(cè)措施也是沒(méi)有提早發(fā)現(xiàn)隱患的原因。

建設(shè)高效的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以減少因橋梁安全問(wèn)題引起的交通事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，還可以減少傳統(tǒng)方式對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)和維修時(shí)不必要的浪費(fèi)，更可以減少橋梁坍塌直接造成的經(jīng)濟(jì)損失。衛(wèi)星定位系統(tǒng)自投入民用后，已逐步在橋梁等精密工程測(cè)量中應(yīng)用。正是因?yàn)樗陟o態(tài)相對(duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來(lái)代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。該文即是探討GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同類(lèi)型橋梁的布設(shè)方案，并提出了監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的測(cè)試步驟，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選點(diǎn)提供了解決方案。

1 各類(lèi)橋梁監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)

由于各類(lèi)橋梁的結(jié)構(gòu)不同，其相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)也有所不同，該文提出的解決方案分述如下。

1.1 簡(jiǎn)支橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)

簡(jiǎn)支橋是最為常見(jiàn)的橋梁之一，如昆明會(huì)阿線(xiàn)上的南盤(pán)江特大橋與楚雄南永線(xiàn)上的三潭3號(hào)大橋等。其力學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，布設(shè)控制點(diǎn)的過(guò)程中需要結(jié)合橋下地質(zhì)地形及交通情況，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在安全隱患相對(duì)突出的橋跨，設(shè)于橋面不易損壞的邊緣位置，如圖1所示。

1.2 拱橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)

對(duì)于跨徑較小的實(shí)腹式石拱橋，基礎(chǔ)情況較好時(shí)可只在拱頂部位設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于空腹式石拱橋和混凝土雙曲拱橋，需在拱頂和兩個(gè)拱腳對(duì)應(yīng)橋面位置分別安設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，如圖2所示。

對(duì)跨徑較大的中承式拱橋，根據(jù)拱橋的受力特點(diǎn)，為反映大橋位移和振動(dòng)特性，主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于拱頂、拱腰和拱腳附近（橋面與拱軸相交處）兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全橋共10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。

其中，拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在兩榀拱肋頂點(diǎn)分別安設(shè)一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。拱腰監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在兩榀拱肋1/4處對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。拱腳附近（橋面相交處）設(shè)在橋面對(duì)應(yīng)處兩側(cè)分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

拱橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)典型應(yīng)用橋梁有迪慶西景線(xiàn)上的松園橋、麗江華蘭線(xiàn)上的金安橋等。

1.3 斜拉橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)

斜拉橋一般由斜拉索、塔柱和主梁及橋墩、橋臺(tái)組成，如，迪慶尼其線(xiàn)上的其春橋、武漢白沙洲長(zhǎng)江大橋等。可只在板梁、各個(gè)受力部位設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全橋至少10個(gè)站點(diǎn)，如圖4所示。

1.4 懸索橋監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布設(shè)

懸索橋一般由主纜、吊索、索夾、索鞍和塔、梁組成，如，臨滄西景線(xiàn)上的瀾滄江橋。可只在板梁、各個(gè)受力部位設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全橋至少10個(gè)站點(diǎn)，如圖5所示。

2 數(shù)據(jù)測(cè)試方案

為保證每個(gè)北斗監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，在建站之前必須進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，如點(diǎn)位不滿(mǎn)足數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)要求，則就近移動(dòng)點(diǎn)位。

如對(duì)于斜拉索橋梁，拉索比較密集，出現(xiàn)了目視的部分遮擋。針對(duì)此情況，則需做出以下檢測(cè)方法，以研究遮擋是否影響監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的正常運(yùn)行，檢測(cè)步驟如下。

（1）使用測(cè)地通軟件對(duì)各點(diǎn)的衛(wèi)星信噪比進(jìn)行獲取和截圖，以查看是否能及時(shí)地正常參與軟件的解算。要求L1通道衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量3個(gè)以上高于45db，L2通道衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量3個(gè)以上高于35 db。

（2）在同軸電纜鋪設(shè)完成到機(jī)柜位置后，安裝接收機(jī)，切換至靜態(tài)模式，同時(shí)獲取5臺(tái)接收機(jī)4個(gè)小時(shí)的同一時(shí)間段內(nèi)的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)，保存在接收機(jī)中，人工獲取這部分?jǐn)?shù)據(jù)，以其中的跨中無(wú)任何遮擋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)臨時(shí)設(shè)置為基站，進(jìn)行后處理查看是否能夠正常解算，且保存txt格式數(shù)據(jù)，以查看各點(diǎn)變形量。要求各點(diǎn)解算正常，無(wú)明顯跳變現(xiàn)象。

（3）將獲取的衛(wèi)星原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX格式，然后通過(guò)TEQC軟件觀測(cè)文件的質(zhì)量，運(yùn)行后生成多個(gè)結(jié)果文件，可以查看數(shù)據(jù)的采集時(shí)間長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)采樣率、觀測(cè)期間多路徑影響（L1，L2）、周跳、信噪比、觀測(cè)能力。要求：儀器的數(shù)據(jù)利用率超過(guò)90%。

3 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)不同類(lèi)型橋梁GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)提出了解決方案，并對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)測(cè)試闡述了測(cè)試步驟。該方案已運(yùn)用于我國(guó)多座各種類(lèi)型橋梁GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選點(diǎn)，可達(dá)到較好的橋梁安全監(jiān)測(cè)效果。同時(shí)，該方案還可推廣到大壩、尾礦庫(kù)、滑坡、地表沉降等精密工程GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選點(diǎn)，具有較大的實(shí)用價(jià)值。

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