桥梁的变形监测

桥梁的变形监测
摘要
由于桥梁的特殊性，对人们的生活都具有巨大的影响，保证桥梁的安全性是至关重要。

桥梁的变形监测是对桥梁的变形进行实时监测已达到把握桥梁的实时状态。

传统的变形监测技术是利用全站仪和电子水准仪进行测量布控点的平面坐标和高程来累积数据进行总体分析。

然而，由于桥梁比较高，并且有的桥梁还是跨河桥梁，使用传统的方法操作复杂，工作量大。

目前在实际测量生产中，传统方法是完全无法满足实际要求的，并且传统方法的成本也比较高。

在现代的地形测量中，一些新型的测量技术（例如GPS）都已经开始被广泛使用。

本文将测量的新技术和桥梁的变形监测结合起来，利用新的测量技术来取代传统的监测技术和方法，这为桥梁的变形监测提供了巨大的帮助。

本文还简要介绍了各种新的测量技术的特点和目前的应用状况，提出了将两种或多种技术结合的思想，做到相互补充的作用。

最后还介绍了国内外的一些研究和目前的状况，对未来的发展提出了一定的要求。

1、介绍
现代社会为了缓解交通的压力方便人们的生活，越来越多的地区开始建设桥梁。

桥梁已不再只是指横跨江河的桥，它的含义也发生了改变，而是指架在江河、山谷等上面以便通行的建筑物。

一般情况下，桥梁由上部结构、下部结构和附属构造物组成，是桥梁结构安全的保证。

上部结构主要指桥跨结构和支座结构，下部结构包括桥台、桥墩和基础，附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。

变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。

变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害，而对于桥梁来说，发生的灾害往往都是巨大的，造成的影响也是非常严重的。

所谓变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。

其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征，分析和评价建筑物或工程设施的安全状态。

由于桥梁的特殊性，对于它的监测比其它的工程要复杂，然而对于它的监测又是至关重要的，因此采用新型的技术和方法是非常有必要的。

2.1桥梁变形的原因
桥梁发生变形的影响影响因素众多，其中主要包括自然因素和人为因素。

自然因素主要是指桥梁在使用过程中受到自然条件因素的影响，例如：地质条件、环境因素、时间性等；而人为因素是指建设或维护过程中由于人们的行为失当而对桥梁造成影响，例如：材质问题、经费、人文环境、技术要求等。

前者对桥梁所造成的危害是无法避免的，而后者却是可以人工控制的，实际生活中，桥梁所发生的事故中绝大部分是由后者所引起的。

2.2桥梁变形监测的内容
桥梁的变形监测是对桥梁的整体性能的监测，分析和评价桥梁的安全状态、研究正常的变形规律和预报变形。

整个过程是基于工程测量的原理、技术、方法和精密仪器等，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移进行定期和实时监测，并通过绘制位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形形态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和
管理决策提供依据和指导。

桥梁的变形监测主要包括桥梁的沉降监测及承台水平位移监测。

地面沉降是一种普遍而又日趋显著的地质现象，反映在桥梁监测中主要是桥梁沉降监测。

同时，还要考虑承台在水平方向上的位移，以此来整体把握桥梁的变形方向和程度。

根据不同的测量要求和规范，桥梁变形测量的等级及精度要求也各不相同。

在实际的工程监测中，需要根据不同的规范要求实施监测。

桥面的沉降监测的主要内容包括：沉降观测点布设及网的测量、沉降监测、跨河桥沉降观测等。

沉降观测网一般采用闭合水准路线或附和水准路线，用高精度的数字水准仪进行观测。

特别是对于跨河桥梁的沉降观测，由于桥墩在河中时，观测采用闭合水准测量。

桥梁的水平监测主要是通过监测桥梁承台的水平位移来对其进行监测，其监测的主要内容包括水平位移基准网观测及水平位移观测点测量两个内容。

在实施承台水平位移监测的过程中，首先需对控制网进行布设和检核，对只布设一条基准线的桥梁，只需进行基准点距离测量，但需要建立检核点，作为检核基准线稳定性的条件。

对于多条基准线的桥梁，除了上述检核外，还需进行相邻基准点之间的距离和角度测量。

在具体的水平位移观测点观测中，其观测精度主要受测角误差和测距误差的影响。

2.3监测技术和方法
传统的监测技术是利用全站仪和水准仪分别进行水平位移和垂直位移的测定，通过对测量的数据进行手动分析；然而，在实际生产中，这种测量的方式工作量大，并且过程复杂，具有一定的局限性，很难满足实际生产的要求。

随着科技的发展和测绘技术的提高，各种新的监测方法也逐渐被应用到实际生产中。

GPS技术的应用为测量技术带来了一次深刻的革命。

GPS监测技术就是现代应用比较广泛的一种监测方法，它的监测模式可以分为周期性和连续性两种模式。

它既可以进行静态监测也可以进行动态监测，不仅精度高还有操作方便的特点，这些对于实际生产的作用是巨大的，因此也被广泛应用于实际生产。

特别是高采样率（目前有的已经高达20HZ）GPS接收机的出现，在大型结构物动态特性和变形监测方面已经表现出其独特的优越性。

GPS技术在变形监测方面的应用也具有一定的局限性，特别是在高山峡谷、地下、建筑物密集地区和密林深处，由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响，其监测精度和可靠性不高，甚至都无法监测。

GPS技术在高程的测定方面的精度远远低于水平位置的测定精度，因此对于垂直位移的测定精度比较低。

D-InSAR监测技术是通过接收目标物的后向散射特征，利用重复轨道或双天线系统由振
幅和相位的观测值进行雷达干涉测量。

现在许多国家为了提高D-InSAR技术的精度发射了合
成孔径雷达卫星，完全克服了数据获取能力低和系统稳定性能差的缺陷。

由于D-InSAR技术成熟发展，利用ERS数据进行地面沉降监测可达到10mm的精度，目前研究的重点已转移到山体滑坡和地面沉降等监测领域。

近年来国内也加快了D-InSAR技术的应用研究，三峡库区地形形变监测、苏州地区、沧州、天津市地表沉降都应了D-InSAR技术，取得了良好的效果和丰富的经验。

地面摄影测量在变形监测中应用非常广泛，目前已用于变形监测的各个领域，如建筑物
的沉降、倾斜，矿山变形和考古等各个领域，其应用的领域非常广泛。

在矿区变形监测方面，石必明、任伟中等人将非量测数字相机数字化近景摄影测量技术用于沉陷模型的试验观测，取得了不错的效果。

从目前的研究成果来看，近景摄影测量解算出来的点位精度多为分米级，影响精度的主要因素有摄像机的分辨率、成像范围大小和像控点的布设形式等。

分米级的点位精度是各种误差来源的综合影响。

摄影测量技术在高程上的监测精度还有待进一步提高。

三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项革命性的高新技术。

径向三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。

将RTK和扫描仪结合在一起可以做到无需建立常规观测站，可以快速获取所需参数。

2.4 结论
传统的变形监测手段在当今大型工程大量建设的情况下，已不能满足变形监测自动化、智能化的要求，而变形监测的新技术、新方法不仅自动化程度高，而且具有较高的精度，其中， D-InSAR技术适用于大范围的变形监测，弥补了传统方法中多以点为监测单位的不足；GPS伪卫星组合定位不但精度高，还很好地解决了GPS无法进行工程建筑物内部监测的问题，为GPS测量打开了新思路。

变形监测手段随着科技的发展和现场的需要不断地向前发展和革新。

每一种手段技术都有它的优势和不足，监测范围和精度有差异，适用性也不同。

在不同的监测目标下，综合考虑监测成本和监测精度，采用不同的技术手段，监测效果和效率会有所不同。

将两种甚至更多技术融合起来，功能可以互补起来，将会起到更好的效果，这也将是以后发展的趋势。

但是，有些新技术我国的研究还是相当薄弱，尚处于起步阶段，如LiDar技术，2005年才首次使用该技术，因此还有待于更深层次的研究。

目前，从国内外的使用和试验情况来看，这些新的监测技术技术基本实现了数据的自动获取实时快速监测。

可知，变形观测新技术在我国有很大的发展前景。

2.5 时间安排
2.6参考文献。