GPS在土木工程監(jiān)測技術(shù)中的應(yīng)用

夏敏敏 曾哲 張藝藍 龍世文 湖南中聯(lián)重科智能技術(shù)有限公司 湖南長沙 410205

一、引言

近些年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)項目的逐漸增多，對橋梁、邊坡、基坑、隧道、建筑工程等項目建設(shè)的要求也逐漸增加。為了保證土木工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，必須要對傳統(tǒng)的技術(shù)手段進行革新，以新技術(shù)去適應(yīng)逐漸發(fā)展的建設(shè)要求。

將GPS技術(shù)引入到土木工程測量工作中由來已久，并給測量放樣帶來了顯著效益，提高了測量效率及精度，促進我國土木建筑領(lǐng)域的快速發(fā)展。就目前來言，GPS技術(shù)在土木工程技術(shù)領(lǐng)域已不局限于測量放樣，逐漸發(fā)展為施工過程及使用過程中的變形監(jiān)測。

二、GPS技術(shù)概述

GPS的全稱為全球定位系統(tǒng)，其被廣泛使用于汽車、工程機械、土木工程等領(lǐng)域，GPS包含三部分：空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分。GPS具備以下三方面的特點：定位精度高、操作簡便、可以全天候工作。GPS擁有四大功能：其一為定位功能 其二導(dǎo)航功能 其三是測量功能 其四是授時功能。

三、GPS在土木工程監(jiān)測中的應(yīng)用

橋梁工程領(lǐng)域，橋梁在施工及實際使用中會受到一些外部因素如地震、臺風(fēng)、洪水等因素影響，致使橋梁發(fā)生變形或沉降。技術(shù)人員必須增強橋梁工程的變形監(jiān)測，倘若出現(xiàn)有沉降或變形，就需采取相應(yīng)的控制措施，控制橋梁的安全性及穩(wěn)定性。以往橋梁監(jiān)測過程中因受外部因素影響，從而使變形監(jiān)測達不到預(yù)期效果。使用GPS可有效控制橋梁變形，如高精準(zhǔn)度的GPS監(jiān)測網(wǎng)可控制在毫米級以內(nèi)，有效提高監(jiān)控的安全性和適用性。

邊坡工程領(lǐng)域，由于邊坡巖土體性質(zhì)的復(fù)雜性，巖土體地質(zhì)分布的不均勻性，巖土體受施工過程、大氣因素、外部環(huán)境等的影響，人工邊坡在施工過程中或形成后失穩(wěn)仍時有發(fā)生。邊坡施工過程中，通常需要對邊坡進行監(jiān)測，監(jiān)測的內(nèi)容主要有變形監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、水及環(huán)境條件監(jiān)測，其中邊坡的變形監(jiān)測可以通過GPS進行，監(jiān)測系統(tǒng)主要包含高精度GPS傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)及輔助支持系統(tǒng)，系統(tǒng)可將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動、實時傳輸至監(jiān)控平臺，分析并顯示各監(jiān)測點的變形值、變形速度值及變形加速度值，通過設(shè)置報警閥值，系統(tǒng)可實現(xiàn)邊坡報警通知預(yù)案，為快速、準(zhǔn)確控制邊坡變形破壞提供依據(jù)。

基坑工程領(lǐng)域，在基坑施工過程中，基坑的變形、支護破壞、周圍建筑物開裂、基坑塌方等工程事故要求在施工期間實行全過程監(jiān)測預(yù)報，確保施工過程的安全。常規(guī)的基坑監(jiān)測方法基準(zhǔn)點與監(jiān)測點需要通視無障礙，且監(jiān)測過程受周邊環(huán)境影響較大，監(jiān)測過程中效率較低。而GPS與常規(guī)檢測方法相比具有監(jiān)測站不需要通視、定位精度高、操作方便、自動化程度高、觀測速度快、具備全體候作業(yè)條件等優(yōu)勢，目前我國許多企業(yè)研發(fā)建立了成套基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過GPS實時采集基坑施工過程基坑及周圍建筑物的變形，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對基坑施工現(xiàn)場實時監(jiān)測。

隧道工程領(lǐng)域，目前在隧道工程中新奧法施工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，在新奧法施工技術(shù)中，監(jiān)控量測具有及其重要的作用，為保證隧道施工安全性及經(jīng)濟性，需通過不斷調(diào)整隧道開挖和支護參數(shù)來滿足施工要求，實現(xiàn)信息化動態(tài)施工。隧道施工監(jiān)控量測包含必測項目和選測項目，其中必測項目包含：洞內(nèi)及洞外觀測，拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降，其中拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降可以通過GPS來進行監(jiān)測，尤其是地表沉降觀測，可不受氣候條件及地理位置的限制。

建筑工程領(lǐng)域，高層及超高層建筑在建成后，由于受氣候、環(huán)境、長期荷載、材料性能退化等各方因素的影響，隨時間的推移，其強度和剛度會相應(yīng)降低。這不僅會影響高層及超高層建筑的正常使用，而且會縮短其使用壽命。因此，需要對高層及超高層建筑進行健康狀況監(jiān)測和評估，其目的在于保證結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性、耐久性，以滿足結(jié)構(gòu)預(yù)定功能要求。采用GPS技術(shù)，可以對高層及超高層建筑的沉降、傾斜變形進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題。

四、GPS在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展趨勢

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為了各界高度關(guān)注的信息技術(shù)新興概念，它是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、GPS、激光掃描器等信息傳感技術(shù)，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)進行對接，進行信息互換和通訊，從而實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，作為國家經(jīng)濟發(fā)展的熱點，物聯(lián)網(wǎng)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。它可以通過GPS、手機通訊網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)工程項目的智能化識別、定位、監(jiān)控和管理，使實際工程項目能夠異地、遠程、動態(tài)及全天候的“物物相連、人人相連、物人相聯(lián)”。

五、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS具備傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備無法比擬的優(yōu)越性，因此在土木工程監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了非常理想的成績，確保了結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性、耐久性，為結(jié)構(gòu)滿足預(yù)定功能保駕護航。