杭州湾跨海大桥海中平台运营监测方法探讨
2017-05-15
1 概述
杭州湾跨海大桥海中平台位于大桥南航道桥以南约1.7km下游150m处，通过匝道桥与大桥主线连接，距大桥南岸19km。海中平台主体建筑高24m，共有六层，采用钢结构系统；耸立在平台东面的观光塔塔高145.6m，共计16层，通过栈桥与平台连接。由主体建筑和观光塔组成的海中平台总建筑面积达41700m2，东西长148m，南北宽99m，呈椭圆形，占海域面积12000m2，在海上建造这样一个工程，堪称举世无双。但因杭州湾跨海大桥海中平台地处沿海大通道的咽喉，是世界强潮海湾地区之一，受强潮影响较大。因此，在如此恶劣的外部条件下，保证平台建成后能健康、安全地运营，保证其耐久性，是平台管理的首要任务。为了平台在运营期间的健康运行，必须对海中平台基础结构的关键部位进行运营监测，运营监测主要包括平面位移监测和沉降监测。
2 监测点埋设
2.1 根据现场观测条件，以及不影响游人行走和平台的美观，在海中平台的第一层，以东西轴线为准，每边埋设四个监测点，共埋设八个，点号分别为监测点PT01、PT02、PT03、PT04、PT09、PT10、PT11、PT12（点位分布图如下图所示），其中监测点PT01、PT04、PT09、PT12四个点为平面和高程共用，其余为高程监测点。通过对以上八个监测点的定期观测，来反映平台有无沉降及位移。
在观光塔平台第一层靠近护栏侧埋设四个高程监测点，点号分别为监测点PT05、PT06、PT07、PT08（点位分布图如图1所示）。在海中平台码头停机坪布设一高程起算点，该点定期与邻近的大桥沉
降观测点进行联测。
2.2 埋设方法。在埋设监测点地方，钻4cm至5cm的孔，植入约6cm的杭州湾大桥专用监测点标志，露出1cm左右，用来放置水准标尺和架设GPS。平台专用监测点如图2。
3 平面位移监测
平台共布设四个平面监测点，分别为PT01、PT04、PT09、PT12，根据现场观测条件，平面位移监测采用高精度的测量性双频GPS接收机静态相对定位作业模式进行，为使平台监测成果和大桥监测成果处于同一基准下，平台在进行GPS观测时与大桥部分监测基准网点进行了联测。通过以上测量方法，对海中平台进行平面位移监测。
3.1 观测技术依据。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2009）。
3.2 基本技术指标。海中平台平面位移监测GPS网共六个点，平台两个，南北岸陆地区各两个大桥监测基准点，按照国家B级GPS精度要求进行观测，具体技术指标见表1：
3.3 基准起算点的选取。海中平台平面位移监测GPS网选取杭州湾大桥监测基准网最新复测成果作为起算点。
3.4 GPS测量、导线测量使用仪器及数据处理。
3.4.1 采用的观测仪器、设备。GPS观测采用Trimble仪器公司生产的5700型双频接收机6台；
5700型接收机仪器的标称精度：
平面：5mm+0.5ppm；高程：5mm+1ppm；
所有仪器均经过有校鉴定，各项技术指标均符合有关标准的要求。
3.4.2 数据处理。海中平台GPS平面位移监测网数据采用天宝公司商用软件TGO进行处理计算。首先在WGS-84坐标系中进行基线解算，对存在的周跳、残差较大等质量较差的观测数据，进行了修复、剔除和处理，确保数据正确、可靠。基线处理时有效卫星高度角为15度，使用缺省的气象参数。在GPS基线解算质量检核合格的基础上，先后对GPS网进行三维无约束平差和大桥独立坐标系下的约束平差，得出PT01、PT12两监测点成果。
4 沉降观测
沉降观测采用1985国家高程基准。用DiNi03电子水准仪及配套铟钢尺，按国家二等水准测量规范要求实施，以海中平台码头停机坪布设的起算点为基准点，依次经过海中平台的各个高程监测点，最后闭合到海中平台码头停机坪布设的起算点，在各项限差符合规范要求的基础上，对水准高差进行预处理，包括尺长改正、重力异常改正、正常水准面不平行改正等。最后平差计算出各个高程监测点成果。将各高程监测点成果与前期高程进行比较分析，来监测海中平台的沉降情况。
4.1 沉降观测测量起算点的选取。海中平台码头停机坪布设的起算点定期与大桥主桥上的沉降观测点E19进行联测，点E19的成果以当年全桥沉降观测计算的最新成果为准。
4.2 沉降观测实施的基本技术要求见下表：
5 海中平台监测数据分析
杭州湾跨海大桥海中平台监测主要包括平面位移和沉降观测。数据分析时，把各期监测数据上传到大桥健康与安全监测系统中进行分析，计算出沉降变形值，绘制出各监测点位的水平位移曲线图、垂直位移曲线图，并分析变性规律，预测变形趋势，最后进行安全评估。
6 总结
从杭州湾跨海大桥海中平台两年多运营监测的情况来看，平台运营监测的内容全面，方法科学，为平台的养护工作提供了重点，也为大桥的安全运营提供了数据支撑，同时也为有类似外界环境的运营监测工作提供了借鉴，取得了较好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314-2009）.
[2]国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）.
[3]刘飞燕，陈再辉.GPS技术在工程变形监测中的应用[J].水资源与水工程学报，2005.
[4]曾令永，张世青，李宏超等.桥梁变形监测研究[J].安徽农学通报，2007.
作者简介：
李红卫（1984-），男，河南洛阳人，毕业于平顶山工学院，助理工程师。
