杭州灣跨海大橋海中平臺運(yùn)營監(jiān)測方法探討
2017-05-15
1 概述
杭州灣跨海大橋海中平臺位于大橋南航道橋以南約1.7km下游150m處，通過匝道橋與大橋主線連接，距大橋南岸19km。海中平臺主體建筑高24m，共有六層，采用鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；聳立在平臺東面的觀光塔塔高145.6m，共計(jì)16層，通過棧橋與平臺連接。由主體建筑和觀光塔組成的海中平臺總建筑面積達(dá)41700m2，東西長148m，南北寬99m，呈橢圓形，占海域面積12000m2，在海上建造這樣一個(gè)工程，堪稱舉世無雙。但因杭州灣跨海大橋海中平臺地處沿海大通道的咽喉，是世界強(qiáng)潮海灣地區(qū)之一，受強(qiáng)潮影響較大。因此，在如此惡劣的外部條件下，保證平臺建成后能健康、安全地運(yùn)營，保證其耐久性，是平臺管理的首要任務(wù)。為了平臺在運(yùn)營期間的健康運(yùn)行，必須對海中平臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行運(yùn)營監(jiān)測，運(yùn)營監(jiān)測主要包括平面位移監(jiān)測和沉降監(jiān)測。
2 監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)
2.1 根據(jù)現(xiàn)場觀測條件，以及不影響游人行走和平臺的美觀，在海中平臺的第一層，以東西軸線為準(zhǔn)，每邊埋設(shè)四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，共埋設(shè)八個(gè)，點(diǎn)號分別為監(jiān)測點(diǎn)PT01、PT02、PT03、PT04、PT09、PT10、PT11、PT12（點(diǎn)位分布圖如下圖所示），其中監(jiān)測點(diǎn)PT01、PT04、PT09、PT12四個(gè)點(diǎn)為平面和高程共用，其余為高程監(jiān)測點(diǎn)。通過對以上八個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的定期觀測，來反映平臺有無沉降及位移。
在觀光塔平臺第一層靠近護(hù)欄側(cè)埋設(shè)四個(gè)高程監(jiān)測點(diǎn)，點(diǎn)號分別為監(jiān)測點(diǎn)PT05、PT06、PT07、PT08（點(diǎn)位分布圖如圖1所示）。在海中平臺碼頭停機(jī)坪布設(shè)一高程起算點(diǎn)，該點(diǎn)定期與鄰近的大橋沉
降觀測點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。
2.2 埋設(shè)方法。在埋設(shè)監(jiān)測點(diǎn)地方，鉆4cm至5cm的孔，植入約6cm的杭州灣大橋?qū)Ｓ帽O(jiān)測點(diǎn)標(biāo)志，露出1cm左右，用來放置水準(zhǔn)標(biāo)尺和架設(shè)GPS。平臺專用監(jiān)測點(diǎn)如圖2。
3 平面位移監(jiān)測
平臺共布設(shè)四個(gè)平面監(jiān)測點(diǎn)，分別為PT01、PT04、PT09、PT12，根據(jù)現(xiàn)場觀測條件，平面位移監(jiān)測采用高精度的測量性雙頻GPS接收機(jī)靜態(tài)相對定位作業(yè)模式進(jìn)行，為使平臺監(jiān)測成果和大橋監(jiān)測成果處于同一基準(zhǔn)下，平臺在進(jìn)行GPS觀測時(shí)與大橋部分監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測。通過以上測量方法，對海中平臺進(jìn)行平面位移監(jiān)測。
3.1 觀測技術(shù)依據(jù)?！度蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T 18314-2009）。
3.2 基本技術(shù)指標(biāo)。海中平臺平面位移監(jiān)測GPS網(wǎng)共六個(gè)點(diǎn)，平臺兩個(gè)，南北岸陸地區(qū)各兩個(gè)大橋監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，按照國家B級GPS精度要求進(jìn)行觀測，具體技術(shù)指標(biāo)見表1：
3.3 基準(zhǔn)起算點(diǎn)的選取。海中平臺平面位移監(jiān)測GPS網(wǎng)選取杭州灣大橋監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)最新復(fù)測成果作為起算點(diǎn)。
3.4 GPS測量、導(dǎo)線測量使用儀器及數(shù)據(jù)處理。
3.4.1 采用的觀測儀器、設(shè)備。GPS觀測采用Trimble儀器公司生產(chǎn)的5700型雙頻接收機(jī)6臺；
5700型接收機(jī)儀器的標(biāo)稱精度：
平面：5mm+0.5ppm；高程：5mm+1ppm；
所有儀器均經(jīng)過有校鑒定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3.4.2 數(shù)據(jù)處理。海中平臺GPS平面位移監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)采用天寶公司商用軟件TGO進(jìn)行處理計(jì)算。首先在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行基線解算，對存在的周跳、殘差較大等質(zhì)量較差的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行了修復(fù)、剔除和處理，確保數(shù)據(jù)正確、可靠?；€處理時(shí)有效衛(wèi)星高度角為15度，使用缺省的氣象參數(shù)。在GPS基線解算質(zhì)量檢核合格的基礎(chǔ)上，先后對GPS網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差和大橋獨(dú)立坐標(biāo)系下的約束平差，得出PT01、PT12兩監(jiān)測點(diǎn)成果。
4 沉降觀測
沉降觀測采用1985國家高程基準(zhǔn)。用DiNi03電子水準(zhǔn)儀及配套銦鋼尺，按國家二等水準(zhǔn)測量規(guī)范要求實(shí)施，以海中平臺碼頭停機(jī)坪布設(shè)的起算點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，依次經(jīng)過海中平臺的各個(gè)高程監(jiān)測點(diǎn)，最后閉合到海中平臺碼頭停機(jī)坪布設(shè)的起算點(diǎn)，在各項(xiàng)限差符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對水準(zhǔn)高差進(jìn)行預(yù)處理，包括尺長改正、重力異常改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正等。最后平差計(jì)算出各個(gè)高程監(jiān)測點(diǎn)成果。將各高程監(jiān)測點(diǎn)成果與前期高程進(jìn)行比較分析，來監(jiān)測海中平臺的沉降情況。
4.1 沉降觀測測量起算點(diǎn)的選取。海中平臺碼頭停機(jī)坪布設(shè)的起算點(diǎn)定期與大橋主橋上的沉降觀測點(diǎn)E19進(jìn)行聯(lián)測，點(diǎn)E19的成果以當(dāng)年全橋沉降觀測計(jì)算的最新成果為準(zhǔn)。
4.2 沉降觀測實(shí)施的基本技術(shù)要求見下表：
5 海中平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
杭州灣跨海大橋海中平臺監(jiān)測主要包括平面位移和沉降觀測。數(shù)據(jù)分析時(shí)，把各期監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到大橋健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行分析，計(jì)算出沉降變形值，繪制出各監(jiān)測點(diǎn)位的水平位移曲線圖、垂直位移曲線圖，并分析變性規(guī)律，預(yù)測變形趨勢，最后進(jìn)行安全評估。
6 總結(jié)
從杭州灣跨海大橋海中平臺兩年多運(yùn)營監(jiān)測的情況來看，平臺運(yùn)營監(jiān)測的內(nèi)容全面，方法科學(xué)，為平臺的養(yǎng)護(hù)工作提供了重點(diǎn)，也為大橋的安全運(yùn)營提供了數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也為有類似外界環(huán)境的運(yùn)營監(jiān)測工作提供了借鑒，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T 18314-2009）.
[2]國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（GB/T 12897-2006）.
[3]劉飛燕，陳再輝.GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2005.
[4]曾令永，張世青，李宏超等.橋梁變形監(jiān)測研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007.
作者簡介：
李紅衛(wèi)（1984-），男，河南洛陽人，畢業(yè)于平頂山工學(xué)院，助理工程師。
