GeoMOS自動監(jiān)測系統(tǒng)在大跨徑CFST拱橋施工的應用

李權(quán)

摘要：GeoMoS自動化監(jiān)測系統(tǒng)是一套集測量機器人、GPS接收機、傾斜儀、氣象傳感器、地質(zhì)傳感器為一體的，能夠穩(wěn)定高效地對大壩、隧道、橋梁、邊坡等進行觀測的監(jiān)測系統(tǒng)。文章以廣西平南三橋拱肋施工線型監(jiān)測工作為例，介紹了徠卡GeoMoS自動化監(jiān)測系統(tǒng)在實際施工過程中的應用，并對其監(jiān)測結(jié)果進行分析，證明了該系統(tǒng)是一套高智能化、高自動化、高穩(wěn)定性的監(jiān)測系統(tǒng)，對大跨徑鋼管混凝土拱橋施工是一項可靠的、高效的監(jiān)測方法，具有重要的應用價值，對同類型的施工監(jiān)測工作具有重要的指導意義。

關(guān)鍵詞：GeoMoS;自動監(jiān)測系統(tǒng);大跨徑鋼管混凝土拱橋;測量;監(jiān)測

中圖分類號：U448.22 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.006

文章編號：1673—4874（2020）11—0019-03

0引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，人們對于交通的需求也日益加大。鋼管混凝土拱橋以跨越能力大、受力性能好、施工速度快等特點，被越來越多地應用于橋梁建設中，而大跨徑鋼管混凝土拱橋施工難度大，合龍以后拱軸線形調(diào)整有限，因此在施工過程中進行實時監(jiān)控調(diào)整是非常有必要的。采用常規(guī)人工測量方法進行監(jiān)控會面臨工作量大、效率低、安全風險大等諸多問題，而GeoMoS自動監(jiān)測系統(tǒng)以快捷高效、無人值守等特點很好地解決了這些問題，達到了有效指導現(xiàn)場施工的目的。

1GeoMoS自動化監(jiān)測系統(tǒng)介紹

GeoMoS是“Geomatic Monitoring systern”的英文縮寫，是由徠卡測量系統(tǒng)開發(fā)的一套集成了不同類型的監(jiān)測傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)計算機遠程控制，具備自動預警功能，符合現(xiàn)代化要求的自動化實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為監(jiān)視器（Monitor）和分析器（Analyzer），二者分別起到調(diào)控監(jiān)測、分析處理數(shù)據(jù)的作用。

1.1監(jiān)視器（Monitor）

監(jiān)視器主要負責控制和計算，通過連接測量機器人和其他類型的傳感器進行監(jiān)測。采用多項目管理、多周期管理，支持同時打開多個項目，單獨項目之間互不影響;可在一天當中針對不同的氣候條件和氣溫影響設定不同的監(jiān)測頻率;超限多人預警系統(tǒng)，可以根據(jù)自定義限差分為多級預警，將超過不同級別限差向不同層級的負責人進行匯報，保證相關(guān)人員對系統(tǒng)的全面掌握;采用自動計算成果，并實時顯示當前測量信息。

1.2分析器（Analyzer）

分析器以圖形化和數(shù)字化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，多種數(shù)據(jù)分析形式可滿足各種視圖分析需要。數(shù)據(jù)圖表是輔助變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的重要手段，分析器可針對變形數(shù)據(jù)繪制多種數(shù)據(jù)曲線;可對超限數(shù)據(jù)進行標記，省略了查找時間;支持多種格式導出數(shù)據(jù)，方便對數(shù)據(jù)的編輯和后處理;還提供了GeoMoS Server系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)的交換和存儲。

2徠卡GeoMoS自動監(jiān)測系統(tǒng)在平南三橋施工監(jiān)測中的應用

2.1項目概況

平南三橋位于廣西平南縣西江大橋上游6km處，是荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨越潯江的一座特大橋。該橋為中承式鋼管拱橋，全長1035m，主跨跨徑575m，為在建世界第一大跨徑拱橋。針對拱肋安裝施工難度大、安全風險高等特點，在施工中采用GeoMOS自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行施工監(jiān)測能夠?qū)崟r地反饋施工狀況，有效地對拱肋線型進行控制，降低了施工安全風險。

2.2監(jiān)測方案

2.2.1控制網(wǎng)布設

控制網(wǎng)由南北兩岸上下游共4個控制點組成，如圖1所示。控制點采用的是混凝土觀測墩，布置于拱座區(qū)域以外，觀測墩澆筑完成后等其自然沉降1個月，待觀測墩沉降穩(wěn)定后方可使用。混凝土觀測墩有效地消除了監(jiān)測過程中的儀器對中誤差，其穩(wěn)定性高、設站誤差小等特點在長時間的線型監(jiān)測過程中能有效地提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度。

2.2.2監(jiān)測點的布設

平南三橋主拱肋分為11個節(jié)段，南北兩岸共22個節(jié)段，監(jiān)測點的布設位于每個節(jié)段最前端的橫聯(lián)管中軸線，主拱外壁處（如圖2所示）。每節(jié)段共安裝上、下弦兩個監(jiān)測點，上弦監(jiān)測點為A點，下線監(jiān)測點為B點，監(jiān)測點采用的是徠卡迷你360°棱鏡以及徠卡L型小棱鏡。監(jiān)測點的點位在拱肋加工制造時按照設計點位做好定位，并將開好螺栓孔的小鋼板焊接在設計點位上，拱肋到達施工現(xiàn)場后只需將棱鏡安裝上去即可。安裝棱鏡時使用鋼尺對棱鏡中心和拱肋外壁進行量距，以得到棱鏡的正確位置。

2.3監(jiān)測過程及結(jié)果分析

監(jiān)測過程采用的儀器是徠卡TS60測量機器人。在拱肋安裝施工時將儀器架設在同側(cè)的控制點上并連接GeoMoS系統(tǒng)，監(jiān)測開始前應把控制點坐標及監(jiān)測點坐標輸入GoeMos系統(tǒng)，并將TS60儀器上的測量目標改為徠卡圓棱鏡，在GoeMos系統(tǒng)中將監(jiān)測點的棱鏡常數(shù)正確輸入，每節(jié)段安裝分為一個點組，每個點組包含當前安裝節(jié)段及前兩個已安裝節(jié)段共計6個監(jiān)測點，以分析當前節(jié)段安裝對已安裝節(jié)段拱肋線型的影響。之后可根據(jù)現(xiàn)場施工設定監(jiān)測頻率、監(jiān)測模式以及超限預警范圍。安裝過程中根據(jù)實時的監(jiān)測結(jié)果調(diào)整拱肋線型，直至拱肋安裝至正確位置。拱肋安裝完成后，對拱肋進行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測頻率為30min一次，直至下一階段安裝。

在拱肋安裝過程中，我們通過GoeMos監(jiān)視器可以實時查看當前監(jiān)測點的橫向位移、縱向位移以及高程位移等各項坐標信息，不需要通過分析器進行分析，能夠更直觀地看到實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便及時地將測量結(jié)果反饋給前方施工人員以調(diào)整拱肋線型。

在GoeMos分析器中，可以根據(jù)需要選定某一時間段的各監(jiān)測點，分析器會自動計算出各監(jiān)測點的三維坐標在時間段內(nèi)的變化量、變化速率、監(jiān)測報告等監(jiān)測數(shù)據(jù)，此類信息均支持編輯和導出，方便對數(shù)據(jù)進行后處理，提高了工作效率。下面列出1/4跨、2/4跨在拱肋合龍后某一時段內(nèi)三維坐標變化情況（如圖3～5所示）。在同一施工階段內(nèi)，因受氣溫等外部環(huán)境因素影響，拱肋線型會發(fā)生相應的變化，Ge0MOS分析器的結(jié)果明顯地體現(xiàn)了這個變化過程。在圖3～5中，拱肋的線型隨著時間的變化呈現(xiàn)出波浪狀，其中高程的數(shù)據(jù)起伏變化最為明顯，且曲線的最低點發(fā)生在早上的7：00—8：00，最高點發(fā)生在15：00—16：00，根據(jù)現(xiàn)場溫度監(jiān)控記錄得出這兩個時間段正好是一天當中拱肋溫度的最低點和最高點，證明了溫度變化對拱肋線型的影響以及過程，為下一步施工階段提供了有效的指導。