道路橋梁施工安全監測方法研究

趙 芳

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

在道路橋梁建設施工過程中，在滿足工程建設的規范要求和設計質量的基礎上，對不安全因素和危險源進行有效地分析和監測，保證橋梁施工期間的安全，構建安全監測指標體系。在施工安全監測過程中，對施工期間的橋梁結構應力狀態以及變形狀態進行實時監測控制，監測人員要充分利用大量的監測數據，對道路橋梁建設進行動態的安全風險評估，使橋梁結構在恒荷載下的受力處于理論計算的容許范圍內[1]。監測部門要加大危險源采集系統以及安全監測應急救援系統的研究開發力度，提高施工安全監測的重視程度，使橋梁軸線偏差和撓度偏差在規范容許標準內，從而提高對危險源的監管能力。因此，安全監測對道路橋梁的施工、竣工以及運營期間都具有重要的工程實際意義，為工程建設的安全質量以及管理維護等提供重要保障。

1 設計道路橋梁施工安全監測方法

1.1 計算施工結構幾何屬性

為保證道路橋梁結構施工階段的安全，要實現受力以及理想幾何線形的控制，防止結構在施工過程中的實際位置狀態偏離預期狀態，包括立面標高和平面位置等。道路橋梁在施工過程中會受到諸多因素的影響而產生變形，使線型與設計要求不符，工程建設難以順利推進，為使施工中實際位置與預期狀態間所產生的誤差在容許范圍內，必須對結構的外部幾何屬性進行控制，使工程結構的變形狀態符合設計要求。首先要建立變形測量控制網作為工程建設的控制網，根據實際施工情況，建立3～5個控制點，與全站儀監測不同，控制網應該建立在遠離施工現場且相對比較穩定的地點。基于幾何變形控制技術要求，組成變形監測控制網，可在控制網上架設全站儀測量，以保證獲取控制點的平面坐標的精度[2]。設監測站點高程為H0，觀測目標點高程為H1，平面截面為S，體積為V1，儀器高為i，目標高為0，則觀測未知點的高程函數h1的計算公式為：

監測人員采用坐標法選取水平位移進行監測，利用豎向位移監測采用間接三角高程，監測施工結構的外部幾何位移，計算出固定點i和監測點j之間的高差，得到工程建設的本次高程變形量hj。即保持i不變，j點的高程函數式為：

計算出本次監測點的高程，保證其基準點和觀測點的確立，求出本次高程與初測高程及上次高程之差Δh1j，監測點應與被觀測物牢固相連，保證儀器測站點與變形觀測點有良好的通視條件。監測人員進行初始值測試時，其測試次數不少于3次，施工人員對監測點j做好保護工作，或者將監測點埋設在施工影響范圍以外的地方，根據施工現場實際狀況，取3次初始值的平均數作為原始基準數據，將監測資料記錄在專用原始資料記錄表格內，在測量前要經過法定計量單位標定測量儀器，以確保監測數據的連續性。通過式（1）中的已知高程H1，得到Δh1j計算公式為：

在安全監測過程中，監測人員要根據監測頻率進行監測，根據施工現場的施工工況、天氣情況以及周圍環境變化等，計算整理數據并仔細校核，保證監測數據的可靠性和完整性。對道路橋梁的幾何屬性進行分析計算時，要采用計算機進行監測資料的初步性分析，對理論分析模型中的計算參數進行合理修正，分析計算結果與實際監測數據進行比較，采用自適應控制方法進行識別修正，包括材料容重、彈性模量以及收縮徐變系數等幾何屬性參數，經由修正后的幾何參數計算出施工各階段的截面應力和結構體系轉換下的內力重復分布等，監測人員可在施工現場進行與施工進程同步工作環境的參數測試，對施工立模標高等進行調整，得到工程結構關鍵施工工況下的受力狀態和幾何狀態。

1.2 全站儀GPS一體化監測位移變形

根據施工結構的幾何位置，利用全站儀監測施工結構關鍵部位的變形和位移，是施工監測的主要內容。全站儀具備磁驅動、精確定點保證以及自動鎖定多目標跟蹤的技術，是先進的一體化測量設備，主要檢測高鐵、橋梁以及隧道建設等大型工程構筑物的變形監測，內置智能鋰電池，監測人員可實時查看電池電量。位移變形主要監測拱肋線形、拱腳變形位移等結構，除此之外，弦式應變傳感器常用于監測混凝土，對工程建設的拱腳和吊桿附近截面的應力進行測量，判斷其是否產生變形，一體化監測技術如圖1所示。

圖1 一體化監測技術

監測人員選用高精度全站儀用于監測隧道截面、拱橋橋面以及系梁變形等，系桿拱橋中的吊桿內力利用穿心式壓力傳感器監測，采用智能型溫度傳感器或者振弦式索力傳感器監測構件內外溫度或索力。面對工程建設的主要施工工況，需要利用高精度全站儀進行密切的施工監測。測量關鍵部位的位移變形時，確保施工過程符合幾何線形設計要求，從而確保道路橋梁施工質量。監測人員要將無線傳感器網絡系統和計算機技術等，應用到道路橋梁結構的施工監測中。在道路橋梁施工階段，監測人員通過布設的監測系統，不僅能夠完成施工階段的安全檢測，還可用于橋梁竣工驗收以及橋梁運營時期的健康監測，其中要正確選擇監測技術和監測點的布設，配置數據分析處理系統，使GPS監測技術成為工程建設施工竣工和運營三位一體的監測方，其一體化監測流程如圖2所示。

圖2 一體化監測流程

GPS技術具備高精度的動態定位測量和導航功能，以保證道路橋梁結構的施工質量安全。GPS技術為監測人員提供被監測物的精確三維坐標，可精確到毫米，基于衛星的無線導航定位系統，在道路橋梁施工監測和運營健康監測中，通過監測數據的無線傳輸技術，遠程采集數據進行高效傳輸。通過不等精度混合平差提高整網的精度和可靠性，即使用精密水準儀利用已知點實時靜態測量出當前各個關鍵點的坐標及高程，綜合管理一體化測量工具，利用聯合網平差等功能實現同步作業，將得到的測量數據通過無線電傳輸實時處理，實時求出全站儀的當前位置及高程，確定施工結構有無異常變化，進而利用各個棱鏡的變形監測點進行監測。其監測點的風險等級如表1所示。

監測人員在選擇監測的定位類型時，要根據道路橋梁的實際施工情況進行選擇。監測定點根據定位時接收機天線的運動狀態，主要劃分為靜態定位和動態定位，監測人員根據定位模式，在施工場地進行絕對定位單點定位、相對定位以及差分定位，對道路橋梁施工結構進行偽距法定位，通過載波相位測量的方法完成手持式智能監測模式[3]。監測人員可根據實際監測情況進行實時定位或事后定位，從而確定整周模糊度的方法及觀測時段的長短，使智能手持端的內置模塊接收衛星定位信號，將常規靜態定位和快速靜態定位相結合，參考瞬時坐標來確定用戶接收機所處位置，以道路橋梁施工結構的距離測量值為基礎，利用定位模式中的絕對定位，實時解算出所監測結構的三維絕對坐標，對橋梁長期監測具有重要意義。

2 試驗論證分析

為保證本文提出的安全監測方法的有效性，與傳統監測方法進行對比試驗，試驗對象選取某構造物深基坑工程建設，跨越市區，對基坑變形和環境變化要求較高，對基坑開挖設置的承壓水水位進行實時監測。該基坑深度為25 m左右，為一級風險基坑，承壓水水位的風險源辨識如表2所示。

表2 承壓水水位風險源辨識

根據基坑特性布設監測點的位置及密度，保證監測點布設對基坑整體形成一個全方位立體的監測體，提供及時準確的監測反饋信息，針對基坑承壓水水位的監測指標控制值如表3所示。

表3 監測指標控制值 mm

在基坑周邊布設18個坑外水位監測點，進行降水試驗，使基坑外淺層觀測井和承壓井的水位產生變化，記錄兩種監測方法下的坑外水位監測點的變化速率。共設置10次試驗，其試驗結果如圖3所示。

圖3 試驗論證結果對比圖

通過圖3記錄數據，可以計算出10次試驗中兩種監測方法的變化速率，傳統方法變化速率為0.46 m/d，本文方法變化速率為0.54 m/d，變化速率更加準確，從而驗證了本文監測方法的有效性。

3 結語

為科學監測道路橋梁結構施工階段的安全質量，監測部門要不斷提高監測技術，并且隨著現代科學技術的發展和應用，可以預計安全監測方法還將得到進一步的提升，為工程建設的質量安全提供更可靠的技術保障。