摘要：随着社会经济的不断发展，我国道路交通建设不断增长，新建桥梁数量与日俱增。特大型桥梁的建设加快了区域间的经济文化交流，为人们日常生活出行提供了便利。桥梁变形监测是工程测量中重要的部分，桥梁承受较复杂多变的动荷载，定期监测桥梁对评价桥梁的安全状况以及桥梁变形规律具有深刻意义。文章结合桥梁监测技术的应用现状及技术内容、原理展开了阐述，希望能够为桥梁监测专业全面健康发展做出贡献。
关键词：变形监测技术；桥梁监测；应用
20世纪90年代以来，随着我国综合国力和基础设施建设的日益增强和高速发展，桥梁作为基础设施建设当中重要的组成部分也得到了进一步发展。尤其是随着我国高速铁路与高速公路的迅猛发展，穿越在大山深处的公路、铁路使得人们的日常生活得到了较大的改善。就桥梁本身来说，其自身重量较大、受荷复杂多变，加之在桥梁设计、施工到运营全周期中有不可控的因素（比如地质条件变化、超载、恶劣天气等），都会给桥梁的使用可能带来安全隐患。随着新技术的探索，桥梁形式不再单一化，桥梁受力形式也复杂多变，作为经济社会具有象征性的大型建筑物——特大型桥梁，其一旦发生重大事故，必定会给人们生命财产安全以及社会稳定带来动荡。怎样防范重大风险的发生，如何处理突发事件，如何让相关部门获取现场数据以及提出有效的解决措施是需要解决的关键问题。桥梁监测作为在桥梁安全运营周期中的“体检医生”，定期对桥梁的各项控制性指标进行监测，比如桥梁的空间变位、桥梁的挠度和桥梁的基础沉降等。计算机与互联网的发展，推动了桥梁检测的自动化、信息化，且使桥梁检测能实时完成收集数据以及存储数据，具有优越性。加强对桥梁的变形监测在保证桥梁安全运营方面具有重要作用，但从目前监测技术和方法来看，自动化监测技术，如监测变形的效率、传输速率、快速处理数据能力等方面需要进一步完善。
1桥梁变形监测内容
1.1桥梁的基础沉降
大型建筑物的基础尤为重要，从设计到竣工，这整个过程中都会注重基础的变化。随着我国高铁网络的快速发展以及城市交通发展的需要，出现了下穿现有的高架桥或者高速铁路的情况，这种大型桥梁交汇的地方土层应力异常复杂，土层变形也较难掌控，容易诱发桥梁基础的竖向不均匀沉降和土层剪切破坏引起的工程事故。尽管在设计、施工规范中要求高速铁路简支梁桥墩台基础工后沉降限值、墩台均匀沉降均不超过20mm，相邻墩台的沉降差不超过5mm，但是施工过程是个动态的过程，随着施工程序的逐渐推进以及结构构件的自重的增加，桥梁基础的沉降需要人力动态跟踪监测。根据我国相关行业的出台的要求，必须聘请第三方对桥梁基础的沉降实施定时观测，防止因基础沉降引起的桥梁坍塌等安全事故。在现代特大型桥梁的基础工程施工过程，其对桥梁基础的沉降监测的工作内容包括桥墩的沉降差、沉降监测、沉降观测点的设置等。
1.2桥梁的挠度
桥梁挠度变形是指在荷载作用下，多种因素造成的桥面竖向变形而让人无法接受的状况。桥梁扰度是桥梁建设质量的关键指标，采用较高精度的仪器进行定时监测对发挥桥梁的正常功能具有重要意义。虽然桥梁扰度变形在某种程度上来说，并不是因桥梁承载力不足引起的，但是过大的扰度会造成桥梁裂缝的，且对桥梁后续发挥功能起到不利影响。另外，作为重要的控制性建筑物，过大的扰度变形也可能会引起社会的心理恐慌。
1.3桥梁的空间变位
桥梁受荷形式复杂多变，在多种荷载耦合的情形下，桥梁的变形较难用理论方法去解析，这就需要利用新的监测定位装置对桥梁实施实时监测。桥梁的空间变位也是主要变形之一，空间变位可能引起结构构件承载力的变化，主受力构件的异位可能引起桥梁的不稳定性。此外，对桥台的水平位移也是必不可少要监测的，桥台水平位移主要监测承台的水平位移值，监测水平位移基准网观测、水平位移观测点测量。
2桥梁变形监测方法
近年来，随着高新技术的迅猛发展，桥梁变形监测技术在具体的应用逐步向科技化、电子化、自动化监测转变，目前常使用的监测方法有大地测量法、物探法及GPS技术、近景摄影测量技术、近景摄影测量技术、INSAR技术及雷达干涉测量技术。
2.1大地测量法
目前使用最为广泛的方法是常规大地测量法。运用大地测量法对桥梁变形监测的基本原理是对基准点间的角度和距离进行实际监测，进而获取桥梁监测基准点的坐标，确定桥梁监测点的垂直位移和水平位移，再对测量的数据进行具体分析，依据相关标准规范，确定相关变形指标是否在安全指标的范围之内。常规大地测量法具有灵活性较强、成本较低等优势，在桥梁监测领域当中得到较广泛应用。然而，从目前的监测技术来看，在大地测量法中较常用到光学测量仪器和电子测量仪器，在测量中，从定下基准点到测量基准点之间相关数据都具有较多的人为误差。基于此，监测桥梁的整体变形使用常规测量法是比较有效的，但在桥梁的局部变形监测中则具有一定的劣势。
2.2物探法及GPS技术
物探法，又称物探技术，是地球物理勘探技术的简称，也是近年来运用较多的一种监测方法。在实际监测过程中，通常采用物理传感器进行监测，比如水平仪、倾斜计、位移计、测力计等。除此之外，还考虑了压力传感器、湿度传感器、温度传感器等外界条件所引起的变形。和常规大地测量法不同的是，物探法能够监测桥梁局部变形情况。在监测桥梁的局部变形的过程中，监测的程序是先将传感器固定在桥梁待测位置，接好相关线路后待测，由于传感器灵活性、适应能力较强，在野外环境都能实时监测到数据，但是传感器只能监测桥梁的局部变形和相对变形，而无法监测桥梁整体变形，因此，物理传感器往往和大地测量法配合展开监测，结合两种监测方法的优势全面监测桥梁变形。GPS技术也是近年来发展日趋成熟的一种监测技术，在桥梁变形监测中起着重要作用。GPS技术是桥梁定期监测中最常用的方法，按监测对象可分为静态测量法、动态测量法以及快速静态测量法。GPS技术利用GPS定位原理，随着GPS卫星绕地球高速运动，卫星和地球的相对位置关系发生变化，对变形监测点周期性观测有效运用GPS的静态定位，进而得到变形点的实际情况，获得相关变形数据。GPS监测技术的精度是比较高的，最高的监测精度可以达到亚毫米级。并且GPS监测系统反应灵敏，10min就可以获得5～10个监测点的实时监测情况。另外，GPS技术可在室内操作，利用GPS监测技术大大减少了人力室外作业的风险，并且还能快速获得变形数据。由此可见，GPS监测将是未来桥梁监测技术的潜在发展趋势。
2.3近景摄影测量技术
在近几年桥梁监测中，近景摄影测量技术也得到了较为广泛的应用。其主要是通过非量测摄影机或者可量测摄影机，对近距离的桥梁监测点进行拍摄，最后对图像进行处理，获得符合要求的立体影像，依据共线方程，经过误差修正之后得到监测的实际坐标。近景摄影测量技术在对桥梁进行变形监测时，就是采用定期与不定期的摄影，获取相应的摄像作为监测数据，最终通过反算获得随机时间和不同时间段各个监测点位的坐标位置的变化情况，以此来作为变形监测分析的数据依据。由于桥梁的变形监测精度较高，采用近景摄影测量方法对桥梁开展变形监测，前提是尽量剔除外部因素对精度的影响，否则无法达到相关要求，因此必须对摄影设备进行校正，校正内容一般包括：（1）主点与主距的测定；（2）光学畸变系数的测定；（3）相框坐标系的设定；（4）摄影机畸变差变化的测定；（5）摄影机内外方位元素的测定等。
2.4INSAR技术及雷达干涉测量技术
INSAR（SyntheticApertureRadarInterferometry的简称，合成孔径雷达干涉测量）技术由于其具有全天时、全天候、高精度的特性，因此，此技术在大型建筑物的变形监测当中应用较为广泛。INSAR技术的原理是利用微波合成孔径雷达图像（SAR）数据对地表重复观测形成的微波（0.01～1m）相位差计算地表形变。INSAR技术对地表变形监测和调查效率高，它可以非接触、可回溯、大范围地观测地表变形，并且具有不论室外条件如何、距离的远近都能取得相关数据的优势。INSAR技术避免了地质灾害调查中交通条件差、GPS点位稀疏、光学遥感的局限等困难，拓展了地质灾害信息获取技术的手段，在地震、地面沉降、滑坡、冰川、火山、活动断裂等方面的地质调查研究领域中取得了非常显著的效果，在地质监测这方面具有相当大的优势。利用INSAR技术对桥梁进行监测，桥梁上部结构的差异可能对雷达信号产生不同的散射特性，影响INSAR技术对整体变形监测结果。雷达干涉测量技术有两个侧视天线，对同一地区采用干涉法记录相位和图像的回波信号，相关处理后可获取地表面三维几何和物理特征。与INSAR技术相比，雷达干涉测量技术差分干涉的精度更高，可以应用于桥梁的微小变形监测。
3结束语
桥梁运营周期中，现有的变形监测技术可以对桥梁的基础沉降、桥梁的扰度、桥梁的空间变位展开实时、准确的监测，桥梁监测指标可直接反映桥梁的安全健康，桥梁变形监测是不可缺少的重要环节。文章对桥梁变形监测技术：常规大地测量法、物探法及GPS技术、近景摄影测量技术、INSAR技术和雷达干涉测量技术，从技术的基本原理到监测范围以及技术的优缺点展开了较为详细的分析。基于此，文章认为，研发先进的监测装备和监测技术提高桥梁监测的实时性和准确性，是确保桥桥梁工程项目整体的安全性、稳定性的重要举措。当然，也应该认识到，尽管现有的监测技术日趋成熟和科学，但是依然存在传感器分辨率不足、可靠性不够等情况，如何在常规监测工作中方便、高效、节约资源也是接下来需要努力的方向。
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作者：李文云 田龙飞 单位：中交公路规划设计院有限公司
