陳遠紅

摘要 隨著我國橋梁工程建設的不斷推進，為確保橋梁的安全運營，需要重視并做好橋梁運營期間的維護測量。文章以某懸索橋梁為研究對象，基于該懸索橋的運營維護、測量要求構建維護測量基準網(wǎng)絡，對該懸索橋梁體、懸索、索塔等關鍵部位進行測量，以完成懸索橋運營維護測量的主要任務。根據(jù)該懸索橋的結構特點以及所處環(huán)境因素，探討合理的維護測量手段，旨在為類似的懸索橋運營維護測量提供技術借鑒。

關鍵詞 大型懸索橋;運營維護;索塔變形監(jiān)測

中圖分類號 U445.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0117-03

0 引言

工程實踐中，懸索橋多用于江海、峽谷的聯(lián)通，該次研究的懸索橋主橋體連續(xù)鋼箱梁，共兩跨，其中主跨長1 760 m。長時間的服役運營使該懸索橋的結構因環(huán)境改變、車輛荷載等因素作用而出現(xiàn)一定程度的破壞，目前該懸索橋橋頭部分動態(tài)運動，如不加以控制，橋梁結構形態(tài)出現(xiàn)變化，將威脅橋梁的安全運營，因此，必須重視并做好該懸索橋運營階段的維護及測量工作，做到及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時處理[1]。

1 大型懸索橋運營期維護測量內容

懸索橋運營期間，主梁承受了大部分的車輛荷載，該懸索橋主梁為半漂浮連續(xù)鋼制箱梁，長時間的車輛載荷及應力的作用可能導致箱梁結構出現(xiàn)疲勞損傷，形成裂縫，最終斷裂。而且在溫度變化、雨水等外部環(huán)境的長期反復影響下，箱梁可能出現(xiàn)過度變形，進而產(chǎn)生結構性損壞。為保證箱梁結構的穩(wěn)定性、完整性，應重視并做好主梁豎線測量[2]。

（1）運營階段的懸索橋懸索系統(tǒng)在長時間干濕交替作用下容易出現(xiàn)氧化腐蝕，導致懸索鋼絲銹蝕，導致應力過度集中，降低懸索的疲勞強度，甚至導致懸索斷裂。因此懸索橋運營階段應密切監(jiān)測主纜線形，如測得數(shù)據(jù)異常，第一時間進行處治，以有效保障懸索橋運營階段的使用安全。

（2）該橋的索塔結構為預應力鋼混結構，其下部與橋梁基礎連接，上部懸掛并固定在主纜上。如果作用在索塔上的合力方向偏離其中心軸未指向基礎，則索塔將產(chǎn)生彎矩，使索塔出現(xiàn)橫向位移，導致橋梁整體結構變形。懸索橋的跨度越大，施加在索塔上的力越大，其上部發(fā)生位移或變形的可能性就越大[3]。因此，在橋梁運營階段應該密切監(jiān)測塔頂位移和變形，如發(fā)現(xiàn)異常必須及時處治。

（3）通過分析總結懸索橋主要部位的受力情況和結構特點，該文認為應建立和使用位移監(jiān)測網(wǎng)絡，基于監(jiān)測網(wǎng)絡對懸索橋主梁豎向線形、懸索線形以及索塔變形進行密切監(jiān)測。

2 大型懸索橋運營期維護測量方法

2.1 位移監(jiān)測基準網(wǎng)的建立與維護

基于現(xiàn)有工程數(shù)據(jù)和實地勘測發(fā)現(xiàn)，該懸索橋施工階段建立了四個全球定位導航系統(tǒng)監(jiān)測點以及高程監(jiān)測點，各監(jiān)測點靠近橋梁但均位于橋梁承壓區(qū)域范圍外，均采用強制對中觀測墩，附近無遮擋，視野好。

（1）與平面基準點共處同一個樁的高度監(jiān)測點為定心觀測墩的參考點，使用簡便、易于維護，可靠性高。共有八個監(jiān)測點可作為參考點，用于監(jiān)測運營階段的橋梁位移。此外，運營后期該懸索橋設置了一個全球定位導航動態(tài)位移監(jiān)測點以及多個流動監(jiān)測點，構成全球定位導航監(jiān)測網(wǎng)絡[4]。在位移監(jiān)測網(wǎng)絡中加入一個跨域資源共享監(jiān)測基準站，便于進行位移數(shù)據(jù)的整體計算。因此，該懸索橋共計九個位移監(jiān)測點，形成最終的位移監(jiān)測基準網(wǎng)絡。

（2）位移監(jiān)測基準網(wǎng)常用全球定位導航靜態(tài)定位法進行測量。按照現(xiàn)行道路橋梁工程測量規(guī)范要求，大型懸索橋的橫向位移測量精度需達到毫米級，現(xiàn)場測量精度應滿足精度二級要求。因此，采用八臺全球定位導航接收設備對橋梁布設的八個全球定位導航監(jiān)測點進行測量，同時橋梁南側的跨域資源共享監(jiān)測基準站布設一臺全球定位導航接收設備。

（3）該懸索橋的垂直位移監(jiān)測點布設于橋梁兩端，為確保橋梁兩端的垂直位移測量誤差在合理范圍，需進行跨越橋梁兩端的垂直位移測量。按照橋梁監(jiān)測的相關技術標準和操作要求對橋梁兩端的垂直位移進行二級精度測量。

（4）為保證該懸索橋運營階段的安全使用，需對該橋整個生命周期的位移進行監(jiān)控，此外還需保護好測量基準網(wǎng)絡，確保監(jiān)測網(wǎng)絡完整可靠，并做好定期復測，確保測量精度滿足要求，通過穩(wěn)定監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)衡量監(jiān)測網(wǎng)絡是否穩(wěn)定。

2.2 主梁豎向線形和主纜線形測量

2.2.1 主梁豎向線形測量

應優(yōu)先選擇在橋梁封閉期間測量其主梁豎向線形，以有效提高測量精度，減少動載荷對測量結果的影響，同時應盡量選擇溫差較小的時間段進行主梁豎向線形測量，以最大限度地減少溫度變化對測量結果的影響[5]。

（1）利用幾何水準測量法測量該懸索橋主梁線形，根據(jù)相關測量技術標準，沿由橋面測量點組成的封閉水平線進行測量[6]。最后，計算并平差，得到每個線形測量點的測量數(shù)據(jù)，最終得到實際的主梁線形，比較實際線形和測量線形，明確線形的變化情況，以評估橋梁結構的安全性。

（2）為保證該懸索橋主梁豎向線形的測量數(shù)據(jù)精度，結合測量現(xiàn)場實況，將測量控制點均勻設置于橋梁東西兩側的維護通道圍欄上，測量點分布及標記見圖1。

（3）在視野較好的主梁線形測量點安裝全站儀，觀測該懸索橋主梁各線形測量點，配合線下高程測量基準點，組合成完整的測量路線。測量時需重復測量相鄰測量點的重疊區(qū)域，以相互驗證相鄰測量點的測量結果，圖2為該懸索橋主梁線形測量示意圖。

（4）利用全站儀測量各測量點和后視點之間的高程差，比較測得的高程差與已知高程差值，從而計算出測量區(qū)域空氣中光折射和地球曲率實時差分改正值dh，從而保證主梁豎向線形測量精度：

式中，hO——測量點與后視點之間的高程差精確值;hJ——測量點和后視點之間的測量高程差;SJ——測量點與后視點之間的測量斜距。

（5）利用實時差分球對測量點與基準站之間的實際測量高程差進行面校正，經(jīng)校正處理后的測量點和基準站之間的三角高度差計算公式為：

式中，hp——測量點與基準站之間未經(jīng)微分校正測得的三角高程差;Sp——測量點與基準站之間測得的斜距。

（6）橋梁未封閉的情況下實際測量得到的主梁豎向線形與橋梁封閉狀態(tài)下測量得到的主梁豎向線形對比如圖3所示。據(jù)圖可知，兩種狀態(tài)下的主梁豎向線形趨勢線重合，表明該懸索橋主梁未發(fā)生明顯變形，橋梁的左右幅豎向線形對稱分布。

2.2.2 主纜線形測量

為測量該懸索橋的主索線形，需先將主索線形測量點布設于距離主索一段距離的索夾上[7]。為確保測量點分布均勻，可將主索均分四段，即分別在橋梁兩邊跨的1/4、2/4和3/4處設置測量點，具體布設見圖4。

為保證測量精度，需先確定主纜線形測量點的三維坐標。該次測得的橋梁主索線形大致為拋物線形，同時東西兩向主索對稱分布[8]。此時測得的主索形態(tài)與橋梁施工時的主索形態(tài)趨勢線一致，無明顯差異（如圖5、圖6）。

2.3 索塔變形監(jiān)測

考慮到橋塔上部的位移，應將橋梁上部變形測點設于橋梁索塔上部的對應位置。因索塔較高，塔頂監(jiān)測點的平面坐標可以通過靜態(tài)全球定位導航測量獲得[9-10]。該次測量結合懸索橋的地形地質實際情況，采取多項平面擬合法對橋梁索塔頂部變形測量點的全球定位導航高程進行擬合，基于距離差監(jiān)測法，參照圖7所示的三跨徑測量方案。該次測量的南邊跨、中跨、北邊跨跨徑依次為Sac、Scd、和Sbd，其余時間段測得的三跨跨徑分別為、、，則三跨跨徑變化值和、、可按下式計算：

當>0，<0，當不變，則橋梁南側索塔朝南錨偏移;當<0，>0，不變，則橋梁南側索塔朝北錨移動;當<0，>0，不變，則橋梁北側索塔朝北錨移動;當>0，>0，不變，則橋梁北側索塔朝南錨移動;當>0，<0，不變，則橋梁南側索塔朝南錨移動，橋梁北側索塔朝北錨移動;當<0，>0，>0，則橋梁南側索塔朝北錨移動，橋梁北側索塔朝南錨移動。錨頂部兩個測量點a到b的距離為三跨跨徑之和，各期測量點a、b間距應固定不變，以驗證該方法是否可靠。

3 結論

通過研究該懸索橋運營階段的維護性測量工作方法與要點，結合橋梁結構特點、工程實踐總結以下研究結論：

（1）現(xiàn)階段的橋梁維護測量技術標準中缺少針對大型懸索橋運營過程中的維護測量技術要求，該次研究基于某懸索橋的運營維護測量需求，對維護測量工作內容和要點進行了總結。

（2）在橋梁正常通車的狀態(tài)下，可利用全站儀測量橋梁主梁豎向線形，利用全站儀測量各測量點和后視點之間的高程差，比較測得的高程差與已知高程差值，從而計算出測量區(qū)域空氣中光折射和地球曲率實時差分改正值dh，保證測量精度。

（3）采用靜態(tài)全球定位導航測量法，測量該懸索橋索塔頂部變形，通過多項式平面擬合全球定位導航高程，實驗驗證了該方法的正確性。

參考文獻

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