GeoMOS自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)在大跨徑CFST拱橋施工的應(yīng)用

李權(quán)

摘要：GeoMoS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)是一套集測量機(jī)器人、GPS接收機(jī)、傾斜儀、氣象傳感器、地質(zhì)傳感器為一體的，能夠穩(wěn)定高效地對大壩、隧道、橋梁、邊坡等進(jìn)行觀測的監(jiān)測系統(tǒng)。文章以廣西平南三橋拱肋施工線型監(jiān)測工作為例，介紹了徠卡GeoMoS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際施工過程中的應(yīng)用，并對其監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，證明了該系統(tǒng)是一套高智能化、高自動(dòng)化、高穩(wěn)定性的監(jiān)測系統(tǒng)，對大跨徑鋼管混凝土拱橋施工是一項(xiàng)可靠的、高效的監(jiān)測方法，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，對同類型的施工監(jiān)測工作具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：GeoMoS;自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng);大跨徑鋼管混凝土拱橋;測量;監(jiān)測

中圖分類號：U448.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.006

文章編號：1673—4874（2020）11—0019-03

0引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，人們對于交通的需求也日益加大。鋼管混凝土拱橋以跨越能力大、受力性能好、施工速度快等特點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，而大跨徑鋼管混凝土拱橋施工難度大，合龍以后拱軸線形調(diào)整有限，因此在施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整是非常有必要的。采用常規(guī)人工測量方法進(jìn)行監(jiān)控會面臨工作量大、效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大等諸多問題，而GeoMoS自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)以快捷高效、無人值守等特點(diǎn)很好地解決了這些問題，達(dá)到了有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工的目的。

1GeoMoS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)介紹

GeoMoS是“Geomatic Monitoring systern”的英文縮寫，是由徠卡測量系統(tǒng)開發(fā)的一套集成了不同類型的監(jiān)測傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，具備自動(dòng)預(yù)警功能，符合現(xiàn)代化要求的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為監(jiān)視器（Monitor）和分析器（Analyzer），二者分別起到調(diào)控監(jiān)測、分析處理數(shù)據(jù)的作用。

1.1監(jiān)視器（Monitor）

監(jiān)視器主要負(fù)責(zé)控制和計(jì)算，通過連接測量機(jī)器人和其他類型的傳感器進(jìn)行監(jiān)測。采用多項(xiàng)目管理、多周期管理，支持同時(shí)打開多個(gè)項(xiàng)目，單獨(dú)項(xiàng)目之間互不影響;可在一天當(dāng)中針對不同的氣候條件和氣溫影響設(shè)定不同的監(jiān)測頻率;超限多人預(yù)警系統(tǒng)，可以根據(jù)自定義限差分為多級預(yù)警，將超過不同級別限差向不同層級的負(fù)責(zé)人進(jìn)行匯報(bào)，保證相關(guān)人員對系統(tǒng)的全面掌握;采用自動(dòng)計(jì)算成果，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前測量信息。

1.2分析器（Analyzer）

分析器以圖形化和數(shù)字化呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，多種數(shù)據(jù)分析形式可滿足各種視圖分析需要。數(shù)據(jù)圖表是輔助變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的重要手段，分析器可針對變形數(shù)據(jù)繪制多種數(shù)據(jù)曲線;可對超限數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，省略了查找時(shí)間;支持多種格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)，方便對數(shù)據(jù)的編輯和后處理;還提供了GeoMoS Server系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)的交換和存儲。

2徠卡GeoMoS自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)在平南三橋施工監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1項(xiàng)目概況

平南三橋位于廣西平南縣西江大橋上游6km處，是荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線上跨越潯江的一座特大橋。該橋?yàn)橹谐惺戒摴芄皹?，全長1035m，主跨跨徑575m，為在建世界第一大跨徑拱橋。針對拱肋安裝施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，在施工中采用GeoMOS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行施工監(jiān)測能夠?qū)崟r(shí)地反饋施工狀況，有效地對拱肋線型進(jìn)行控制，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2監(jiān)測方案

2.2.1控制網(wǎng)布設(shè)

控制網(wǎng)由南北兩岸上下游共4個(gè)控制點(diǎn)組成，如圖1所示?？刂泣c(diǎn)采用的是混凝土觀測墩，布置于拱座區(qū)域以外，觀測墩澆筑完成后等其自然沉降1個(gè)月，待觀測墩沉降穩(wěn)定后方可使用。混凝土觀測墩有效地消除了監(jiān)測過程中的儀器對中誤差，其穩(wěn)定性高、設(shè)站誤差小等特點(diǎn)在長時(shí)間的線型監(jiān)測過程中能有效地提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度。

2.2.2監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

平南三橋主拱肋分為11個(gè)節(jié)段，南北兩岸共22個(gè)節(jié)段，監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)位于每個(gè)節(jié)段最前端的橫聯(lián)管中軸線，主拱外壁處（如圖2所示）。每節(jié)段共安裝上、下弦兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，上弦監(jiān)測點(diǎn)為A點(diǎn)，下線監(jiān)測點(diǎn)為B點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)采用的是徠卡迷你360°棱鏡以及徠卡L型小棱鏡。監(jiān)測點(diǎn)的點(diǎn)位在拱肋加工制造時(shí)按照設(shè)計(jì)點(diǎn)位做好定位，并將開好螺栓孔的小鋼板焊接在設(shè)計(jì)點(diǎn)位上，拱肋到達(dá)施工現(xiàn)場后只需將棱鏡安裝上去即可。安裝棱鏡時(shí)使用鋼尺對棱鏡中心和拱肋外壁進(jìn)行量距，以得到棱鏡的正確位置。

2.3監(jiān)測過程及結(jié)果分析

監(jiān)測過程采用的儀器是徠卡TS60測量機(jī)器人。在拱肋安裝施工時(shí)將儀器架設(shè)在同側(cè)的控制點(diǎn)上并連接GeoMoS系統(tǒng)，監(jiān)測開始前應(yīng)把控制點(diǎn)坐標(biāo)及監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)輸入GoeMos系統(tǒng)，并將TS60儀器上的測量目標(biāo)改為徠卡圓棱鏡，在GoeMos系統(tǒng)中將監(jiān)測點(diǎn)的棱鏡常數(shù)正確輸入，每節(jié)段安裝分為一個(gè)點(diǎn)組，每個(gè)點(diǎn)組包含當(dāng)前安裝節(jié)段及前兩個(gè)已安裝節(jié)段共計(jì)6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，以分析當(dāng)前節(jié)段安裝對已安裝節(jié)段拱肋線型的影響。之后可根據(jù)現(xiàn)場施工設(shè)定監(jiān)測頻率、監(jiān)測模式以及超限預(yù)警范圍。安裝過程中根據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測結(jié)果調(diào)整拱肋線型，直至拱肋安裝至正確位置。拱肋安裝完成后，對拱肋進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測頻率為30min一次，直至下一階段安裝。

在拱肋安裝過程中，我們通過GoeMos監(jiān)視器可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前監(jiān)測點(diǎn)的橫向位移、縱向位移以及高程位移等各項(xiàng)坐標(biāo)信息，不需要通過分析器進(jìn)行分析，能夠更直觀地看到實(shí)時(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便及時(shí)地將測量結(jié)果反饋給前方施工人員以調(diào)整拱肋線型。

在GoeMos分析器中，可以根據(jù)需要選定某一時(shí)間段的各監(jiān)測點(diǎn)，分析器會自動(dòng)計(jì)算出各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)在時(shí)間段內(nèi)的變化量、變化速率、監(jiān)測報(bào)告等監(jiān)測數(shù)據(jù)，此類信息均支持編輯和導(dǎo)出，方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，提高了工作效率。下面列出1/4跨、2/4跨在拱肋合龍后某一時(shí)段內(nèi)三維坐標(biāo)變化情況（如圖3～5所示）。在同一施工階段內(nèi)，因受氣溫等外部環(huán)境因素影響，拱肋線型會發(fā)生相應(yīng)的變化，Ge0MOS分析器的結(jié)果明顯地體現(xiàn)了這個(gè)變化過程。在圖3～5中，拱肋的線型隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)出波浪狀，其中高程的數(shù)據(jù)起伏變化最為明顯，且曲線的最低點(diǎn)發(fā)生在早上的7：00—8：00，最高點(diǎn)發(fā)生在15：00—16：00，根據(jù)現(xiàn)場溫度監(jiān)控記錄得出這兩個(gè)時(shí)間段正好是一天當(dāng)中拱肋溫度的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，證明了溫度變化對拱肋線型的影響以及過程，為下一步施工階段提供了有效的指導(dǎo)。