道路機場與橋隧工程中的安全監測與維護技術

摘 要：城市交通運輸領域的高速發展，極大地完善了我國的交通網絡體系。但是交通工程建設條件復雜，道路橋隧建設線路較長，機場建設規模較大，出現問題的風險較高。同時，隨著交通運輸壓力增大，交通工程的病害發生率也大為提升，需要定期進行維護管理，以保障交通設施良好的使用效果。因而安全監測和病害維護是交通工程建設運營階段非常重要的工作內容，需要進行必要的安全監測，以評估風險，提前防范，有效解決。也要加強維護，根據病害類型和發生原因采取合理的處理措施，以提高導道橋結構的安全性。為此，文章對道路機場與橋隧工程中的安全監測與維護相關內容展開了分析，希望能為交通工程的建設和管理提供參考。

關鍵詞：道路 橋隧 安全 監測 維護

交通工程在建設期間因為人員、設備、工藝和環境等方面的原因可能會出現各種問題，因而有必要提前識別風險，分析風險，采取合理的防范控制措施，以盡可能消除安全隱患。而基于各種先進技術和設備進行安全監測，可以實時掌握施工現狀和結構狀態，進而在造成嚴重事故前及時進行處理。此外，交通設施在運營期間會出現各類病害，會影響交通安全和使用壽命，為此需要定期維護，采用合適的技術來控制病害，恢復交通設施的功能性和安全性。通過有效的安全監測和及時的維護處理，實現對交通工程的系統化與科學化管理，進而確保交通設施充分發揮作用。

1 道路機場與橋隧工程的安全監測系統組成介紹

1.1 安全監測原理

安全監測是在現場利用各種傳感器、監控設備、無損傳感網絡技術等構建一個完善的監測系統，以此實現實時監測，了解施工質量，進而結合監測數據進行風險評估分析。因此，需要結合這類工程建設特點、現場施工內容、風險預估等情況確定監測內容，然后部署監測設備，設置監測周期，收集監測數據。在這個安全監測系統中，各種傳感器是安全監測信息的來源，結合物聯網等技術建立安全監測平臺，以發揮數據處理、安全預警功能，從而實現安全監測目的。

1.2 安全監測系統構成

安全監測系統的基礎是物聯網技術，即以互聯網技術為基礎，通過網絡將各種單體設備構成聯系。對于安全監測來說，主要包括傳感器、控制器、電腦和管理人員等。由于物和物之間通過網絡相連，可以進行信息交換和及時通信，進而幫助用戶更好地了解監測對象，從而進行實時、遠程和自動化監測與控制，使各項管理工作更加智能高效。

這種基于物聯網的安全監測系統主要包括以下三個層次。

1.2.1 感知層

感知層主要是進行數據采集，涉及的技術和設備包括傳感器、監控設備、射頻識別技術、大數據技術等。通過傳感器、自動識別設備來采集信息，以實現各類參數的實時監測，如收集結構的變形數據、位置信息[1]。

1.2.2 網絡層

網絡層主要涉及數據的匯集、處理、整合，以方便進行利用。網絡層由互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統等組成，基于網絡可以收集數據，并將數據傳遞至各個子系統以及信息處理平臺。在建立安全監測系統時，需要在現場安置無線全覆蓋設備，進而使各處監測到的信息可以隨時隨地通過無線全覆蓋網絡傳送到相應的管控終端，以方便自動化處理平臺和管理人員了解監測數據。

1.2.3 應用層

應用層是根據用戶的實際需求，將物聯網技術與行業專業技術相結合，以構建專業的應用系統，解決現實問題，實現與用戶的互動。對于道路機場與橋隧工程的安全監測來說，就是建立智能化的安全監測系統，以便進行實時監測。

自1997年以來，我國就一直在研究交通工程中的安全監測系統，一些城市的代表性工程也逐步實施了不同規模的安全監測系統。隨著智能傳感設備和無線傳感網絡的不斷深入研究，對一些已建和新建的重大交通工程結構的不同位置都安裝了更加智能的監測裝置，如上海徐浦大橋、香港青馬大橋、珠港澳大橋等。通過安全監測系統，為這類工程結構的安全評估和維護工作提供了可靠的依據，進而有效提升了交通工程的安全性。

2 道路機場與橋隧工程的安全監測方式介紹

2.1 安全監測指標選擇

以橋梁工程安全監測為例，在設計監測方案時，首先，需要先了解橋梁規模、受力特點、復雜性，分析此類橋梁常見的病害問題和原因，對橋梁結構安全的影響因素，以合理確定監測內容。一般需要對荷載與環境、結構整體響應和結構局部響應進行監測，監測指標和監測點要少而精、具有代表性。如對于一般橋梁、曲線橋梁和獨墩橋梁，不需要對橋面風速進行監測，也不需要對地震加速度進行監測，但是卻必須監測結構溫度、振動頻率，主梁撓度。其次，要選擇合適的位置布置監測點。以拉索橋梁工程的安全監測為例，在對溫度進行監測時，監測設備需要布設在主跨跨中、索塔位置。而在監測橋梁振動時，需要分別在主跨跨中、主跨1/4和3/4位置，以及邊跨跨中、索塔位置布設[2]。

2.2 具體監測方案

某斜拉橋位于一座大型公路橋梁工程中，橋型為雙塔雙索面混凝，主橋為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，為保證橋梁在現階段正常運營時的安全可控，對橋梁的主要構件的受力性能及周圍環境開展了安全監測。監測指標為索塔應力、索力、位移及索塔傾角、主梁振動監測、外部環境條件監測。其中監測主梁應力時，應變計應設置在主梁應變關鍵截面；監測索塔應力時，應變計設置在索塔中部與底部截面；監測索力時，將振動傳感器設置在斜拉索上；監測主梁位移時，位移計設置在縱向梁端、橫向橋塔處；監測振動時，將振動傳感器設置在主梁振動關鍵截面；監測溫度時，將溫度計設置在主梁上下緣。

2.3 監測結果分析

基于各監測點收集的數據，進行有限元分析，進而做出客觀的橋梁安全現狀評估。進行有限元分析時，需要根據選取的工程實例將斜拉橋劃分為索塔、斜拉索及主梁三大構件，建立對應的有限元模型，然后在選取的工況組合作用下進行計算分析。如以恒荷載+活荷載為工況1，以工況1+整體升溫和正溫度梯度為工況2，再根據選取的工況對主梁應力、索力、位移等進行模擬運算，然后引入安全系數，得出橋梁安全監測系統的各參數的監測閾值，以作為安全狀況評估的參考，以便結合長期的安全監測結果及時進行安全預警和安全風險防控。

3 道路機場與橋隧工程維護過程中的病害類型分析

3.1 裂縫病害

裂縫屬于交通基礎設施中最為高發的病害，不管是瀝青混凝土路面，還是水泥路面，都容易出現各種方向的裂縫。這些交通基礎設施的裂縫種類較多，一般集中發生在運營幾年或數年后，可能是因為施工不當，施工質量較差。也有可能是運營時間較長，超重車輛高頻次運行，經歷了自然災害等，進而因荷載、溫度而出現裂縫。如果交通工程運營期間維護不及時，沒有盡早發現并處理裂縫病害，裂縫會逐漸擴大、加深，成為更加嚴重的病害[3]。

3.2 車轍病害

道路橋隧工程長期投入運營后，由于輪胎與地面摩擦，會在地面留下深淺不一的痕跡。正常車轍痕跡較淺，一般為較為平整的一條線。但是由于長期重載車輛通行，或行駛速度較快，路面質量不良，車轍會較為明顯，呈現一定深度的“V”字形凹痕。這種病害在瀝青路面上非常常見，而荷載和溫度是非常重要的兩個因素。瀝青混合料在持續高溫環境下，粘聚力降低，強度降低，容易產生蠕變導致路面隨車輛行駛而產生縱向帶狀凹槽。持續高溫天氣下，這種現象會更加明顯，兩側會明顯突起。此外，超載和較大的車流量時，車輪豎向和水平荷載作用明顯，會使瀝青混合料產生剪切變形。由于道路長期運行，這種破壞作用會持續而難以恢復，最終形成車轍。

3.3 橋隧墩臺病害

橋梁墩臺屬于下部結構，發揮著重要的支撐作用，但是容易出現裂縫、腐蝕、麻面等病害問題。出現這些病害的原因主要是因為墩臺在長期荷載作用下，因上部結構自身重力，來往車輛、行人重量，導致墩臺長期負荷較重而出現應力性裂縫。也與墩臺所處環境有關，由于長期暴露于開放環境中，或處于水域、沿海區域，經雨水、河流沖刷浸泡，容易出現侵蝕剝落現象，導致結構整體性受到影響，結構內部鋼筋生銹而性能下降。

3.4 鋼筋銹蝕病害

鋼筋是非常重要的施工材料，道路橋隧工程中的使用量也較大。如在橋隧基礎工程中，需要將多種形式的鋼筋綁扎、焊接，然后在鋼筋基礎骨架上澆筑混凝土，以此形成強度較高、穩定性良好的結構物。如果施工期間鋼筋工防腐處理不全面、鋼筋保護層設置厚度不當，混凝土振搗不密實，容易導致空氣、水分進入結構內部，在潮濕、酸性環境下，鋼筋容易腐蝕而性能下降，進而出現變形，導致結構物體積膨脹，間接造成結構性裂縫[4]。

4 道路機場與橋隧工程的維護技術分析

4.1 裂縫損傷病害維護

對于這種常見的病害，目前應用較多的維護技術有表面修補技術、灌漿填充技術等。以表面修補技術為例，其實施方式和所用材料類型較多，主要根據裂縫寬度來確定。如裂縫寬度小于3mm時，此時只需進行表層處理，利用樹脂膠保護膜進行封閉即可。當裂縫寬度較大時，裂縫內部會落入很多雜質，需要先進行清理，然后通過瀝青、環氧砂漿等進行填補處理。

而裂縫灌漿處理是一種專門針對混凝土裂縫進行化學灌漿的新型技術，通過低壓向裂縫中注入漿液，完成對混凝土裂縫的修復，以提高結構的完整性。施工前要先清理裂縫，對于較寬的裂縫，還要鑿除露出的表層混凝土，沿縫鑿成V型槽并露出新鮮混凝土。如果出現鋼筋，還需要清理更換受損鋼筋，進行除銹防腐處理。然后沿縫長間距埋設灌漿嘴，每一條裂縫至少須各有一個進漿孔和排氣孔。再進行封縫處理，避免因縫貫穿而影響注漿效果。密封嚴實，檢查合格后，及時配制灌漿液，并一次性在2個小時內用完。通過注壓、持壓，將漿液完全充滿該條縫[5]。

4.2 車轍病害維護

對于凹陷較淺的車轍，在溫度較高，瀝青粘結性降低時，可以按熱烘、耙松、補充材料、填平流程來恢復路面的平整性。如果車轍較深，則需鏟掉深車轍區域，清除厚度需至少達到損壞瀝青路面的4cm。清理干凈后，再根據原施工工藝、材料、配比重新配制瀝青混合料，然后按照攤鋪、碾壓流程和施工要點完成修復。

除了上述維護措施，車轍病害應重視預防工作，加強材料和施工過程的質量管控。如在配合比設計環節，為了提高路面的承載性、抗裂性，可以加入PR等外加劑，并優先選用粗型密級配。施工時，要控制好瀝青混合料在各環節的溫度，控制好攤鋪厚度和碾壓密實度。在運營期間，要重視定期養護，及時檢查排水設施，提高排水效果，及時清理路面，避免路面積水積雪、雜質過多。

4.3 橋隧墩臺病害維護

橋梁墩臺由于出現的原因不同，受損程度和表現不同，需要結合實際檢查情況，根據受損程度、剝落程度、裂縫大小等采取合適的維護技術。

如果只是表層受損，損害深度不大于3cm，可以通過水泥砂漿進行抹面修復，恢復表層結構完整性，提升其防水性即可。如果損壞表面深度大于3cm，需要掛網、噴射混凝土。如果損壞特別嚴重，經強度檢測，墩臺已經達到廢棄標準，需要拆除重建。對于表層脫落情況，先進行水泥砂漿修補，再通過鐵皮包裹等方式進行加固處理。對于裂縫問題，可以參考上述維護技術方案進行處理。

4.4 鋼筋銹蝕病害維護

鋼筋銹蝕病害不易發現，但是對道橋遂結構安全性的影響較大，因此在工程運營階段，需要進行長期實時的安全監測，以便結合監測結構進行病害評估，及時制訂有效的維護技術方案。對于鋼筋銹蝕病害監測，一般是在施工期間預埋混凝土鋼筋腐蝕狀態監測裝置，如在橋墩的鋼筋骨架中埋設監測探頭，基于數據轉換器、局域網可以將監測到的數據傳輸給數據中心、用戶，這樣道橋遂養護單位、維護管理人員可以根據監測數據分析鋼筋現狀，評估是否存在質量問題。

若根據監測結果發現鋼筋出現銹蝕，經檢查是因為此處的鋼筋外層混凝土結構出現了蜂窩麻面、剝落等問題，需要先清理這些受損區域，將鋼筋完全暴露出來，然后根據鋼筋受損程度，進行除銹處理，或是更換受損嚴重鋼筋，并及時涂抹防腐阻銹劑。分兩次涂抹完畢，且檢查完全涂滿、成膜后。將環氧砂漿涂刷至外露鋼筋位置，待其干燥后使用混凝土進行封閉處理。如果受損程度較深，需要涂抹兩層環氧基混凝土界面劑，再按照立模、鋼筋綁扎、澆筑步驟進行混凝土施工，以修復深層缺陷，恢復結構的承載性[6]。

5 結語

總之，道路機場與橋隧工程是我國交通行業的重要工程項目。但這類工程也容易出現質量問題，進而影響其使用效果和使用壽命。為了給人們出行提供便利及安全保障，需要采取有效措施做好道路橋隧工程維護工作，通過安全監測來準確、及時了解交通基礎設施的質量狀態、病損情況，根據病害分析結果采取針對性的預防與維護措施，以及時控制病害，解決質量問題。未來道路機場與橋隧工程相關單位和管理人員還要積極提高防范意識，在設計與施工環節加強安全與質量防控，并結合施工建造情況制定養護計劃，以切實提高我國道路橋隧事業的建養效果，全程保障交通設施的安全。

參考文獻：

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[3]杜偉.橋隧施工過程中的危險源識別技術及評價研究[J].交通世界，2022（18）：74-76+105.

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[5]張新楠.道橋施工中路面病害及維護技術的有效運用分析[J].建筑技術研究，2019，02（010）：57.

[6]李立鵬．道路橋隧養護中常見病害與維護方法探析[J].四川水泥，2021，10（01）：256-257+154+10．