杭州灣跨海大橋海中平臺運營監(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，是世界強潮海灣地區(qū)之一，受強潮影響較大。因此，在如此惡劣的外部條件下，保證平臺建成后能健康、安全地運營，保證其耐久性，是平臺管理的首要任務。為了平臺在運營期間的健康運行，必須對海中平臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進行運營監(jiān)測，運營監(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，每邊埋設(shè)四個監(jiān)測點，共埋設(shè)八個，點號分別為監(jiān)測點PT01、PT02、PT03、PT04、PT09、PT10、PT11、PT12（點位分布圖如下圖所示），其中監(jiān)測點PT01、PT04、PT09、PT12四個點為平面和高程共用，其余為高程監(jiān)測點。通過對以上八個監(jiān)測點的定期觀測，來反映平臺有無沉降及位移。
在觀光塔平臺第一層靠近護欄側(cè)埋設(shè)四個高程監(jiān)測點，點號分別為監(jiān)測點PT05、PT06、PT07、PT08（點位分布圖如圖1所示）。在海中平臺碼頭停機坪布設(shè)一高程起算點，該點定期與鄰近的大橋沉
降觀測點進行聯(lián)測。
2.2 埋設(shè)方法。在埋設(shè)監(jiān)測點地方，鉆4cm至5cm的孔，植入約6cm的杭州灣大橋?qū)Ｓ帽O(jiān)測點標志，露出1cm左右，用來放置水準標尺和架設(shè)GPS。平臺專用監(jiān)測點如圖2。
3 平面位移監(jiān)測
平臺共布設(shè)四個平面監(jiān)測點，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接收機靜態(tài)相對定位作業(yè)模式進行，為使平臺監(jiān)測成果和大橋監(jiān)測成果處于同一基準下，平臺在進行GPS觀測時與大橋部分監(jiān)測基準網(wǎng)點進行了聯(lián)測。通過以上測量方法，對海中平臺進行平面位移監(jiān)測。
3.1 觀測技術(shù)依據(jù)。《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T 18314-2009）。
3.2 基本技術(shù)指標。海中平臺平面位移監(jiān)測GPS網(wǎng)共六個點，平臺兩個，南北岸陸地區(qū)各兩個大橋監(jiān)測基準點，按照國家B級GPS精度要求進行觀測，具體技術(shù)指標見表1：
3.3 基準起算點的選取。海中平臺平面位移監(jiān)測GPS網(wǎng)選取杭州灣大橋監(jiān)測基準網(wǎng)最新復測成果作為起算點。
3.4 GPS測量、導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6臺；
5700型接收機儀器的標稱精度：
平面：5mm+0.5ppm；高程：5mm+1ppm；
所有儀器均經(jīng)過有校鑒定，各項技術(shù)指標均符合有關(guān)標準的要求。
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進行處理計算。首先在WGS-84坐標系中進行基線解算，對存在的周跳、殘差較大等質(zhì)量較差的觀測數(shù)據(jù)，進行了修復、剔除和處理，確保數(shù)據(jù)正確、可靠?；€處理時有效衛(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)進行三維無約束平差和大橋獨立坐標系下的約束平差，得出PT01、PT12兩監(jiān)測點成果。
4 沉降觀測
沉降觀測采用1985國家高程基準。用DiNi03電子水準儀及配套銦鋼尺，按國家二等水準測量規(guī)范要求實施，以海中平臺碼頭停機坪布設(shè)的起算點為基準點，依次經(jīng)過海中平臺的各個高程監(jiān)測點，最后閉合到海中平臺碼頭停機坪布設(shè)的起算點，在各項限差符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對水準高差進行預處理，包括尺長改正、重力異常改正、正常水準面不平行改正等。最后平差計算出各個高程監(jiān)測點成果。將各高程監(jiān)測點成果與前期高程進行比較分析，來監(jiān)測海中平臺的沉降情況。
4.1 沉降觀測測量起算點的選取。海中平臺碼頭停機坪布設(shè)的起算點定期與大橋主橋上的沉降觀測點E19進行聯(lián)測，點E19的成果以當年全橋沉降觀測計算的最新成果為準。
4.2 沉降觀測實施的基本技術(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，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)中進行分析，計算出沉降變形值，繪制出各監(jiān)測點位的水平位移曲線圖、垂直位移曲線圖，并分析變性規(guī)律，預測變形趨勢，最后進行安全評估。
6 總結(jié)
從杭州灣跨海大橋海中平臺兩年多運營監(jiān)測的情況來看，平臺運營監(jiān)測的內(nèi)容全面，方法科學，為平臺的養(yǎng)護工作提供了重點，也為大橋的安全運營提供了數(shù)據(jù)支撐，同時也為有類似外界環(huán)境的運營監(jiān)測工作提供了借鑒，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
參考文獻：
[1]全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T 18314-2009）.
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[3]劉飛燕，陳再輝.GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測中的應用[J].水資源與水工程學報，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)學通報，2007.
作者簡介：
李紅衛(wèi)（1984-），男，河南洛陽人，畢業(yè)于平頂山工學院，助理工程師。
