第六章 桥隧工程管理 第一节 桥隧建设成就回顾 一、桥梁建设成就 我国桥梁建设历史源远流长，早在公元1300多年前建造的赵州桥， 结构新颖、坚固美观。800多年前修建的卢沟桥，古朴典雅、雄伟壮丽， 今仍被誉为世界桥梁建筑史上的杰作。古代的石梁桥，悬臂木梁桥及铁 索桥的建设成就，也达到了较高的技术水平，在国际桥梁史上占有非常 重要的地位。 特别是1978年党的十一届三中全会确定把我国的工作重点转移到社 会主义经济建设上来，不断深入贯彻执行改革，开放政策，使我国的经 济建设获得了突飞猛进地发展。在重点发展交通和能源两大战略目标的 推动下，20多年来我国的公路桥梁建设事业掀起了新的建设高潮，在不 断学习、引进西方技术并结合我国具体实践的情况下，取得了空前的、 举世瞩目的桥梁建设成就。如石拱桥技术一直处于世界领先水平，其他 类型的拱桥，斜拉桥及悬索桥均列世界前矛，我国的预应力混凝土梁桥， 其国际地位也后来者居上，1997年建成的虎门大桥的辅助航道桥为跨径 270m连续刚构，建成后名列世界第一，我国在世界上有影响的各类型桥 如表6.1所示。 国内典型桥梁一览表 表6.1 回顾过去，成就辉煌，展望未来，前程似锦。我国现代化公路桥梁 建设方兴未艾，虽然在新桥型、新结构、新工艺，设计理论和计算方面 已跻身于世界先进行列，部分成果亦达到国际领先水平。但在施工控制 及健康监测等领域与国外还有一定的差距，随着我国桥梁建了设数量不 断增加，桥梁施工控制与健康监测已成为我国急需重点解决的问题。 二、隧道建设成就 在建国后的三十年我国修建的公路等级均较低，线形指标要求不高，五 十年代，我国仅有公路隧道30多座，总长约2500m且单洞长度都很短，六七 十年代，我国干线公路上曾修建了一些百米以上的隧道，但标准也很低，进 入八十年代，公路隧道的发展逐渐加快，具有代表性的工程有深圳梧桐山隧 道和珠海板樟山隧道，福建鼓山隧道和马尾隧道，甘肃七道梁隧道等。 近 二十年来，我国在公路隧道的建设方面更是取得了令人瞩目的进步，隧道的 勘测、设计、施工和营运都日渐成熟。期间新建隧道504座，27.8万延米， 还建成了多座特长和宽体扁坦隧道，如中梁山隧道（3100m2），缙云山隧 道（2450m2）、大溪岭隧道（4116m2）、二郎山隧道（4200m2）、飞 鸾岭隧道、真武山隧道等。据不完全资料统计，我国已建成公路隧道1208座， 总里程 362km。据统计，在改革开放之初的1979年，中国只有公路隧道374座 。经过20多年的快速建设，到2001年底，中国公路与隧道数量已分别是改革 开放之初的4.7倍和13.5倍，其中超过千米的特长隧道有18座。 目前，公路隧道的单洞长度越来越长，修建技术与营运技术日趋复杂。 已建成的最长隧道是西康线的秦岭单线隧道,长18. 4km ,其它较长的还有衡 广铁路复线上的大瑶山双线隧道,长14. 295km ,于1987年建成。南昆线上的 米花岭隧道,长9. 383km等。 第二节 桥梁施工控制系统 一、桥梁施工控制动态 1桥梁施工控制的重要性 桥梁施工控制是桥梁建设的安全保证。为了安全可靠地建好每座桥，施工控制将变得非常重要。因为每种体系的桥梁所采用的施工方法均按预定的程序 进行。施工中的每一阶段，结构的内力和变形是可以预计的，同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际内力和变形，从而完全可以跟踪掌握施工进程和发展情况。当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大时，就要进行检查和分析原因，而不能再继续进行施工，否则，将可能出现事故。可以这样说，桥梁施工控制系统就是桥梁建设的安全系统。为确保桥梁施工的安全，桥梁施工控制必不可少，尤其对造价昂贵的大跨度桥梁，更为重要。 施工控制不仅是建桥中的安全系统，也是桥梁营运中安全性和耐久性的综合监测系统。随着交通事业的发展，荷载等级、交通流量、行车速度等必然提高，还有一些不可预测的自然破坏力也将会危及桥梁的安全，若在建设桥梁时进行了施工控制，并预留长期观测点，将会给桥梁创造终身安全监测的条件，从而给桥梁营运阶段的养护工作提供科学的、可靠的数据，给桥梁安全使用提供可靠保证。因此，要彻底改变目前我国桥梁养护部门的现状，科学地、较为主动地预报桥梁各部位营运情况，必须在桥梁施工中进行施工控制系统的建立，并使其能长期对桥梁营运阶段进行监测，这样才能确保这些耗资巨大、与国计民生密切相关的大桥的安全耐久。由此可见，桥梁施工控制是现代桥梁建设的必然趋势。 2桥梁施工控制发展趋势 桥梁施工控制在国外起步较早，目前，国外发达国家已将桥梁施工控制 纳入施工管理工作中。控制方法已从人工测量、分析与预报发展到自动监测、 分析与预报的计算机自动控制，已形成了较完善的桥梁施工控制系统。国内 起步较晚，20世纪90年代以后，人们逐渐从理论与实践中认识到桥梁施工控 制的重要性特别对于采用自架设体系施工的大跨度桥梁是必不可少的，但 对施工控制的理论研究得还不够，控制手段落后，影响因素研究不透，预测 和判断精度不高，还未建立起一套完善的施工控制系统。目前，国外除了重 视桥梁在施工过程中的控制外，也十分重视桥梁服役状态的控制工作，在桥 梁中埋设测点进行长期观测、预报和分析，以随时了解服役桥梁的健康状况， 避免突发事件的发生。在这方面国内起步更晚，目前主要靠目测和荷载试验 来了解服役桥梁的情况，对桥可能存在的危险因素无法起到预报和避免的作 用。但人们已开始认识到对桥梁服役状态进行监控的重要性。 智能控制是桥梁工程控制(施工控制和服役桥梁控制)的发展趋势。大型 桥梁工程，结构复杂、规模巨大，已难以用一般的手段来监测与控制，必须 通过埋设新型传感器(如光纤传感器)和应用先进的信号处理技术，以及建立 在线(服役)桥梁专家系统，形成智能控制系统，提高工程控制的科学性、可靠性和可操作性，这是桥梁工程控制的发展方向。 二、自架设体系桥梁施工控制 1T型刚构桥 这种桥型都采用自架设体系的悬臂施工法，即在桥墩两边平衡悬臂浇筑混凝土或悬臂拼装混凝土预制块。由于施工中各节段或各预制块件是逐步悬伸的，各节段经历了浇筑、张拉、不断地加载等过程，而各节段的混凝土龄期又不同，其收缩、徐变影响较复杂、因此，它的应力和变形比悬臂拼装钢梁要复杂，其对施工控制的要求也就比较高。 2混凝土斜拉桥 混凝土斜拉桥多采用自架设体系的施工方法，即采用对称于桥塔的悬臂施工，在边跨和中跨处进行合龙段现浇。斜拉桥是高次超静定结构其施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形和结构内力有密切关系，特别是斜拉桥在施工中要进行索力调整，这势必引起主梁内力和标高的变化，再加上混凝土徐变、收缩的影响，使得混凝土斜拉桥在施工过程中受力十分复杂，因此，必须对斜拉桥拉索张拉吨位和主梁挠度、塔柱位移等施工控制参数的理论计算值，以及施工程序作出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保斜拉桥在施工过程中结构始终处于安全范围内，并在成桥后主梁的线形符合设计要求，使结构处于最优受力状态。由此可见，混凝土斜拉桥的施工控制是十分重要和必需的。如日本白屋桥为混凝土斜拉桥，其现场施工控制体系如图6.1所示。图6.2为混凝土埋入式应力计，其工作原理是一根钢弦，与国内采用的钢弦应力仪一样。 图 6.1 日本白屋桥施工现场管理系统 图6.2 埋入式应力计 3吊桥及拱桥 随着大跨度现代悬索桥的修建，其主缆和吊杆的调整幅度减小，就必须要对 各工序跟踪分析和控制。 拱桥是我国修建最多的桥型，近年来在大江大河上修建了不少大跨度的混凝土拱桥。这种拱桥一般采用无支架施工方法，由于拱圈又高又宽，拱圈混凝土不可能全截面一次浇筑例如万县长江大桥的拱圈为高7m、宽16m的单箱三室箱形截面，施工中采用钢管混凝土拱形桁架作为劲性骨架，混凝土分层分段浇筑，先中箱，后边箱，每个箱室又按底板一下侧板一上侧板一顶板的顺序进行，如图6.3所示，这样必然造成各层混凝土先后参与受力和各层之间混凝土龄期的差异，随着各层混凝土的浇筑，拱圈的截面和刚度不断变化，其内力和变形也随着施工过程不断变化，它的施工过程与其他自架设体系施工方法的桥型是一样的，为了确保施工安全和成桥符合设计要求，必须对施工全过程进行监控。 图6.3 三、施工控制的内容与方法 1大跨度桥梁施工控制内容11结构变形控制 桥梁结构尺寸的控制是施工控制的基本要求。但结构在施工形成过程中均要产生变形，加之施工过程中各种误差的积累，因此任何一个结构不可能达到与设计尺寸准确无误的吻合，故要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，并将其降低到允许的程度。桥梁施工中对结构的最终误差应按现行的公路桥涵施工技术规范规定，把尺寸偏差控制在一定范围内。现将主要条文抄录于后，以便参考。 混凝土、钢筋混凝土基础及墩台允许偏差（mm） 表6.2 1.1.2 预应力混凝土预制梁允许偏差见表6.3。 表6.3 1.1.3悬臂浇筑混凝土梁允许偏差见表6.4 表6.41.1.4预应力混凝土预制箱形拱拱箱允许偏差见表6.5 表6.5 1.1.5混凝土斜拉桥允许偏差(mm)。 索塔 主梁1.1.6钢梁安装后允许偏差见表6.6。 1.1.7悬索桥。 悬索桥由索塔、主缆、锚碇、加劲梁等主要结构组成，为确保结构 各部尺寸符合设计要求，也应对其施工过程进行严格监控。 表6.6 1.2 结构应力控制 结构应力控制好与否，在外观检查时不易发现。但是，如果结构实际 应力状态与设计应力状态不符，将会给结构造成危害，并较之结构变形的 影响为大，所以，在对桥梁进行施工控制时，尤其要注意对结构应力的监控。 1.2.1施加预应力的一般规定 1.2.2其他桥梁体系内力控制 1.3 结构稳定控制 桥梁结构的稳定关系到桥梁的安全，它与桥梁的强度有着同等重要的意义。 2大跨度桥梁施工控制方法 近20年来，大跨度桥梁的施工控制已逐渐被工程界所重视，并形成了一 些实用的控制方法，目前主要有三种：一是采取纠偏终点控制的方法。二是 应用现代控制理论中的自适应控制方法。这是我国大跨度桥梁施工控制中常 采用的方法。我国某在建斜拉桥自适应控制实施框图如图6.4。还有一种方法 是在设计时给予主梁标高和内力最大的宽容度，即误差的容许值，如香港某斜 拉桥主梁线形设计的宽容度达15cm（悬臂长为215m），当然对于每一节段的 误差也有限制。这种做法减少了控制的难度，但会产生其他问题，如斜拉索的 制作长度问题等。 图 6.4 四、桥梁施工控制系统 1现代控制理论简介 1.1控制论的发展 控制理论作为一门技术科学，经历了其产生与发展的过程。就像电子 器件与电子计算机经历了电子管、晶体管、集成电路等各个不同的时代一 样，控制理论的发展过程大体上也可分为第一代、第二代、第三代。 第一代控制理论称为古典控制理论。 第二代控制理论称为现代控制理论。 第三代控制理论称为大系统理论。 科学技术总是不断向前发展的，控制理论也不例外。实际上，控制理 论的发展早已冲破工程技术的领域，进而伸向生物领域、经济领域、社会 领域等等，形成了所谓的工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控 制论等等。 在当前正在兴起的新技术革命中，控制理论必将发挥其重要 作用。 1.2 现代控制论的基本内容 现代控制理论是在古典控制理论的基础上发展起来的，而它本身也 在不断地向纵深发展，并形成了很多独立的分支。如今，已经很难给现代控 制理论划定一个确切的界限。但就其最基本的内容而言，大体可归纳如下。 （1）线性系统理论 （2）系统辨识 （3）最优控制 根据数学模型的不同，最优控制问题可分为确定性的最优控制问题和 非确定性的最优控制问题。 （4）最优估计 为了实现对随机系统的最优控制，首先就需要求出系统状态的最优估 计，因为常常是状态信息不能直接得到而是通过对状态的观测来求得状 态的最优估计，然后再由最优控制理论求得由状态反馈所构成的最优控制. 解决最优估计的最有效的方法就是KalmanBucy滤波法。 图6.5 最优估计与最优控制的方框图 1.3 桥梁施工控制 桥梁(特别是大跨度桥梁)施工过程的安全和成桥状态是否能满足设 计要求是桥梁建设者必须解决的问题。要达到施工安全和特定线形与受 力状态要求，仅通过事后检查是无法实现的，必须对施工全过程进行控 制，桥梁施工控制就是以上述工程控制论为基础，为满足上述要求而发 展起来的。 2施工控制影响因素 大跨度桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理 想设计状态(线形与受力)相吻合。要实现上述目标，就必须全面了解可 能使施工状态偏离理论设计状态的所有因素，以便对施工实施有的放矢 的有效控制。 2.1结构参数 2.2 施工工艺 2.3 施工监测 2.4 结构计算分析模型 2.5 温度变化 2.6 材料收缩、徐变 跨度桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度地与理想设计状态(线形与受力)相吻合。要实现上述目标，就必须全面了解可能使施工状态偏离理论设计状态的所有因素，以便对施工实施有的放矢的有效控制。主要目的是使施工实际状态最大限度地 3施工控制系统的建立 随着桥梁跨度的不断增大建设规模也相应增大，施工中所受到的影 响也越来越多，要使桥梁施工安全、顺利地向前推进，并保证成桥状态符 合设计要求，就必须将其作为一个大的施工系统工程予以严格控制。由于 桥梁施工控制的实施牵涉到方方面面，所以，必须事先建立完善、有效的 控制系统才能达到预期的控制目标。 桥梁施工控制系统的建立及其功能的确定要根据不同的工程施工实际 分别考虑，但不论是哪种类型的桥梁施工控制系统，都必须具备管理与控 制的功能，即施工控制系统般应由施工控制管理与施工现场（微机）控 制两个分系统组成，而分系统又由多个支系统组成。图 6.6为施工控制系 统框图。 图6.6 施工控制系统框图 3.1 施工控制管理分系统 3.2 施工现场（微机）控制分系统 施工现场（微机）控制分系统框图如图6-7所示。该分系统是施工控 制系统的核心，它包含整个施工控制的主要分析过程，具有数据比较、 结构当前状态把握、误差分析、参数识别、前进或倒退仿真分析、未来 预测等功能。 在现场控制中，首先将由设计计算确定的各施工阶段的施工控制目 标数据送入微机控制分系统，然后再对当前施工阶段完成后的现场监测数 据进行判别与滤波“处理后，将其可靠数据也送入微机系统，微机系统则 对两方面的数据信息进行分析处理。最后输出有关信息供施工控制组进行 决策时参考。 施工现场（微机）控制分系统通常又由多个支系统组成，其中包括： (1)施工控制分析支系统 (2)结构状态监测与参数识别支系统 (3)误差分析与实时跟踪分析支系统 图6.7 施工现场（微机）控制分系统框图 五、桥梁施工监测系统 1几何形态监测 几何形态监测的目的主要是获取(识别)已形成的结构的实际几何 形态，其内容包括标高、跨长、结构或缆索的线形、结构变形或位移等。 它对施工控制、预报非常关键。 对需全过程跟踪监测的结构几何形态参数的监测通过指定控制点的位置坐标监测加以体现。一般系在结构温度趋于恒定的时间区段内(般为夜间10：00至次日凌晨6：00)，利用桥址附近的施工平面和高程控制网，采用全站仪并以安装在各控制点的高亮度发光体和测距棱镜作为照准目标进行多测回观测的极坐标和三角高程测量获取控制测点三维大地坐标，并通过坐标变换求出控制测点的施工设计位置坐标。在进行控制点位置坐标监测时，应同时对结构温度进行监测，只有在结构温度趋于稳定后，所观测到的控制点位置坐标方可作为监测结果结构温度监测详见后续部分。对于结构温度趋于稳定的标准问题，根据经验可定为：若以结构构件同一断面上的表面测点平均温度作为结构构件断面测试温度，则构件长度方向测试断面的最大温差应不超过2，在同一测试断面上测点温度的最大温差应不超过1。某悬索桥主缆L4点位置监测方法示意如图6.8 。 图6.8 某悬索桥主缆L/4点位置监测示意 对需定期监测的结构几何形态参数的监测是指对那些无需全过程 监测的控制量进行的定期复核性的监测，目的是了解诸如桥墩（塔）、 拱座、锚碇等有无超出设计范围的异常变形或变位，属于结构安全性 监测。这些监测通常采用精密水准仪、精密倾角仪等进行量测。 为确保桥梁施工放样和几何控制的精度，施工现场一般都建立有 高精度的施工平面和高程控制网。在上述控制网的基础上，根据结构几 何形态参数监测工作的可实现性和现场操作便利性要求，在进行局部控 制网优化处理后，便可形成一个形变监测控制网，并以此作为结构几何 形态参数监测的控制基准。虎门大桥施工控制网和形变监控网如图6.9、 图6.10所示。形变监测控制网的精度必须满足设计、规范以及施工控 制本身的要求。图 6.9 虎门大桥施工控制 图6.10 虎门大桥形变监控网 2截面的应力监测 结构截面的应力（包括混凝土应力、钢筋应力、钢结构应力等）监测 是施工监测的主要内容之一，它是施工过程的安全预警系统，无论是拱桥、 梁（刚构）桥，还是斜拉桥和悬索桥，其结构某指定点的应力也同其几何位 置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。在某一时刻的应力值是否与 分析（预测）值一致，是否处于安全范围是施工控制关心的问题，解决的办 法就是进行监测。一旦监测发现异常情况，就立即停止施工，查找原因并及 时进行处理。 由于桥梁施工的时间一般较长，所以，应力监测是一个长时间的连续 的量测过程。目前应力监测主要是采用电阻应变仪法、钢弦式传感器法等。 于要求适合于现场复杂情况、连续时间较长且量测过程始终要以初始零点 作为起点的应力监测，目前基本上均采用钢弦式传感器. 图6.11所示为常用的钢弦式传感器，其中图a)为钢筋应力传感器，用于 监测钢筋混凝土结构内的钢筋应力；图b)为埋入式应变传感器，用于测量混 凝土结构内部的应变(应力)；图c)为表面应变传感器用于量测结构表面应 变。下面给出丹东产JXH-3型表面应变计主要技术指标，JXG-1型钢筋应力计 和JXH-2型混凝上应变计的主要技术指标列于表6.7中，供参考。图6.11 钢弦式传感器JXH-3型表面应变计主要技术指标分辨率： 0.2FS重复性： 0.5%FS非线性度： 2%FS温度漂移： 34Hz/10零点漂移： 35Hz/3个月温度范围： -10+50综合误差： 2.5FS规格： -2000+1000 从实际使用情况看，钢弦式传感器虽然较其它传感器优越，但总还是存在温度漂移和零点漂移等问题。为更好地适应施工控制应力监测以及使用阶段的长期应力监测需要，有必要对监测手段作进一步研究，引进更为先进的监测技术(如遥感技术)，使其应力监测更方便、更准确。表6.7 3索力监测 大跨度桥梁采用斜拉桥、悬索桥等缆索承重结构越来越广泛，特别是 跨径在500m以上时基本上是斜拉桥、悬索桥一统天下。斜拉桥的斜拉索、 悬索桥主缆索及吊索索力是设计的重要参数，也是施工监控实施中需要监 测与调整的施工控制参数之一。索力量测效果将直接对结构的施工质量和 施工状态产生影响。要在施工过程中比较准确地了解索力实际状态，选择 适当的量测方法和仪器，并设法消除现场量测中各种误差因素的影响非常 关键。 在实施振动频率法量测索力时，由于实际索股的振动是复杂的，即便是 采用人工激振的方法也不一定能激发出索股基频的自由振动，而随机环境的 激振更使索股产生复合振动，因此，一船市场销售的索力量侧仪较难获得满 意效果，而需在随机信号测量与处理技术基础上，对索股人工激振和环境随 机激振的振动信号进行测量与处理分析，获得被测索股的频率参数，再进行 索力的分析计算，并通过其锚下压力传感器观测，进行数据对比分析，获得 不同长度索股的修正系数，然后再进行大量的索力量测。现场量测时用专门 制作的绑带将加速度计垂直固定在索上，量测方向为水平横桥向，由磁带机 记录索在环境随机振动或人工激振时的振动信号，再利用信号处理机进行频 谱分析，其流程如图6.12。图6.12 频率法量测流程图 4预应力监测 5温度监测 由于大跨度桥梁结构的结构温度是一个复杂的随机变量，它与桥梁所 处的地理位置、方向、自然条件(如环境气温、当时风速风向、日照辐射强 度)、组成构件的材料等等因素有着密切的关系，设计中很难预计施工期间 的结构实际温度(只能根据施工进度安排和当地既有气候情况预估，若施工 计划改变和气候变化则更难预估)，因此，为保证大桥施工达到设计要求的 内力状态和线形，必须对结构实际温度进行实地监测。 第三节 桥梁养护管理技术 一、桥梁的养护与维修 桥涵是高速公路的重要组成部分，由于高速公路全封闭交通的要求，其桥涵构造物相对要比一般公路多、因此，做好高速公路桥涵构造物的养护维修工作，使之经常处于良好技术状态，对保证汽车快速行驶具有极为重要的意义。 1.日常养护维修内容 桥涵构造物的日常养护维修是指经常性的养护管理工作，其内容包括： 1.1 桥涵构造物的小修保养. 1.2对桥梁结构物进行经常性检查、定期检查和特殊检查。 1.3做好超重车辆过桥及桥孔的管理工作。 1.4对原有桥涵技术进行管理，建立和保存桥涵技术档案资料。 2检查与技术状况评定 根据检查重要程度的不同以及时间间隔的长短，桥涵检查工作可分为 经常性检查、定期检查和特殊情况下的检查等。 经常检查应当场填写“桥梁经常检查记录表”（见表6.8） 桥梁经常检查记录表 表6.83养护维修方法及要求 高速公路桥涵构造物上部结构及附属部分的经常养护维修工作内容和要求简要列于下表6.9。 二、桥梁养护管理系统 提高高速公路桥梁养护管理水平，引进科学管理体系，建立起现代化 的桥梁管理系统，是高速公路养护管理中一项非常重要的工作，公路桥梁 养护管理系统是集桥梁各种静动态数据库；数据采集方法、使用功能评价； 图形、图像处理；费用分析、旧桥加固对策；统计查询功能为一体的桥梁 计算机管理系统。 1桥梁管理系统数据库 桥梁管理系统数据库主要由桥梁静态数据、动态数据、文档、图像以及 维修加固数据等四个资料库组成，它是桥梁养护与维修、安全评价的依据。 2桥梁结构检测系统 3技术状况的数据采集 3.1 桥梁技术状况检测的主要构件与内容 3.1.1 桥梁缺损状况检测的主要构件如图6-13图6-13 桥梁缺损状况检测的主要构件 3.1.2 桥梁缺损状况检测的主要内容 （1）桥面 桥面铺装 a裂缝：水泥混凝土：纵横裂缝、交叉裂缝、断板、角隅断裂、接缝 断裂；沥青混凝土：纵横裂缝、龟裂。 b坑槽：沥青混凝土：松散、坑槽。 c变形：水泥混凝土：拱胀、错台； d沥青混凝土：拥包、车辙。 桥面板 a裂缝；b剥落；c露筋；d碎裂；e钢筋锈蚀；f空洞。 伸缩缝装置 a伸缩缝装置本身缺陷 U型伸缩缝：沥青的挤出或冷缩；锌铁皮拉脱； 钢制板式伸缩缝：钢板破坏；角钢间缝隙被硬物卡死；连接螺栓损坏； 橡胶伸缩缝；橡胶件剥离损坏；锚固螺栓失效；伸缩缝本身下陷或高出。 b铺筑料缺损：接头周围部分铺筑料的剥落、凹凸不平、渗水。 排水系 a尘土、树叶、泥等堵塞排水设施。 b泄水管、槽破损，管体脱落。 栏杆及扶手 a不完整：由于交通事故或养护管理不当、部分栏杆及扶手残缺。 b缺损：栏杆及扶手出现剥落、碎裂、露筋等。 c脱落：栏杆扶手相互连接处脱落、开裂。 人行道 a人行道缘石表面剥落、开裂、破碎。 b人行道与桥面板连接不牢固。 (2)上部构造的基本构件。 上部构造的基本构件依桥梁形式而定。拱桥指主拱圈，梁式桥指主梁。 其缺损状况分为： 表面缺损：混凝土剥落、露筋。 裂缝：各种桥型裂缝的检查部位见表6-10。 上部构造基本构件裂缝的检查部位 表6-10 变形 (3)下部结构 3.2 桥梁缺损状况监测方法 桥梁缺损状况采用以目估为主、借助仪器量测为辅的监测方法。对于 一股缺损能用目测鉴别的就不必借助仪器量测。 4养护管理系统设计 4.1 系统结构 交通部推广应用的CBMS系统采用树形结构设计，由菜单方式调用，其结 构共分四层： 第一层，总控制层，该层的作用一是提供CBMS版本信息，二是对下层进行 调用； 第二层，子系统层，由数据管理、基本应用、统计处理、图形图像、 评价对策、维修计划和费用分析等7个子系统组成，该层由总控层调用； 第三层，模块层，由若干管理模块组成，受对应的子系统调用； 第四层，功能层，设有100余项独立处理功能块，处理某项具体工作， 各功能块由相应的上层模块调用。 CBMS采用层层调用，层层返回的结构方式，结构清晰，各功能相互独 立，便于系统维护和功能扩展。 4.2 系统功能设置 CBMS采用ORAVLE关系数据库建有桥梁静态、动态、文档和加固方法等4 个数据库、13个库文件、155项数据字段，与C语言嵌套建有数据管理、评 价对策等7个子系统，100余项功能，按其特点可分为6方面； （1）数据管理功能。CBMS提供了很强的数据处理功能，可进行数据输 入、修改、查询、删除、校验、备份、重装、传输等处理，这些操作通 过“数据管理子系统”实现。 （2）日常事务处理。提供固定检索、任意查询、快速制表、输出桥卡、 汇总一览表、定检表以及近40种统计功能，满足日常管理工作需要。 （3）图像管理功能。提供彩色图像扫描、编辑、分类显示和印刷输出， 通过图像信息决策、直观、清晰、一目了然。 （4）编制桥梁维修检查计划功能；系统根据数据采集员现场数据采集所 提维修检查建议，编制桥梁维修计划、特检计划和定期检查计划，输出 结果按桥梁病害程度、桥龄大小、路网交通量及道路类别等关键字排序。（5）提供维修费用估价功能。系统建立多种维修方法基价，用户键入工 程数量就可估算出所需费用。（6）评价对策功能。CBMS提供了桥梁使用功能评定及加固对策人工智能处理子系统。桥梁使用功能评定是根据桥梁的结构缺损状况、荷载承重足够性和桥面交通适应性等三方面，同时考虑交通量、道路类别、绕行距离等条件来综合评价。通过对桥梁现状评定，以确定桥梁对路网的适应程度，从而为桥梁的维修改造计划指定提供依据。CBMS采用了AHP层次分析和模糊评判等两种评定方法，这两种方法均为系统工程中较为有效的方法，其中层次分析法（AHP）的评价结构以分数形式表达（CBMS中采用100分制），模糊评判以模糊数学为理论基础，其结果采用等级制形式表示（CBMS采用15级制）。桥梁使用功能评定模型计算式如下： 桥梁使用功能评定值越小（最低0分），表明功能越差，其维修需求越 迫切。反之评定值越大的桥（最高100分），表明功能越好，其维修需求就 越小。桥梁使用功能评价结构将作为旧桥加固对策模型的基本依据，CBMS 将60分以下的桥输送给对策模型，模型将根据桥梁的结构类型、年龄、地 基类型及加固方法库等优选出三个以上的对策方案。第四节 桥梁健康监测系统 一、国内外研究动态 1国外研究现状 早在第二次世界大战前，国外就开始探索维修技术，但是没有相应 的标准和系统的规程。因桥梁功能失效和塌桥事故的不断发生，上个世 纪50年代美国和其他一些国家首制了一些桥梁检测标准，于是国际上产 生了第一代桥梁安全检测规范。1967年12月，俄亥俄河上的一座主要桥 梁倒塌，导致46人丧生，这使得人们对桥梁安全监测更加重视，1971年 美国制定了国家桥梁安全检测标准（NBIS），规范了检测方法，检测时 间间隔和检测人员的资格条件。根据NBIS规定，要求新桥建成和结构形 态发生改变时，必须进行桥梁验收检测，以及在其他特殊情况下进行损 伤检测，深入检测和临时检测等。 上世纪80年代后期国外开始建立各种规模的桥梁健康检测系统，据 不完全统计具有代表性国家及桥型结构见表国外已建立健康监测系统的桥梁 表6-11 2国内桥梁现状 目前国内对桥梁检测都是在设计、施工完成交付使用前，或者发现桥 梁结构出现特殊情况（如结构开裂、变形过大、重载或超重车辆反复过 桥、环境恶劣影响等）的时候，方对桥梁进行检测评估，采用的方法一 般以人工方法为主，即在梁体的受力及变形关键部位上，外贴应变片或 安装变形仪。通过实测特征值与理论计算结果对比，确定桥梁强度和刚 度安全储备系数，并评估桥梁现有的承载能力。这种方法局限性较大，不 仅需要专门训练的有资格能力的工程师，而且所取得的检测结果仍然不能 满足桥梁所有的安全需要。浪费了大量的人力和物力。 我国现行桥梁检测方法，无论是有限元或是动态规划的理论上看，都 是不尽完善的，因为桥梁在使用过程中，荷载的变化、环境等因素随机性 非常大，而且也非常复杂，所以最不利荷载的影响，并不一定与人工检测 的定位定点相吻合；由于施工质量、安装等因素的影响，与原始设计参数 势必存在着一定的误差；另外桥梁在运营过程中超载、震动、温度等因 素的影响及桥梁自身的变形，从而在使用过程中最不利荷载对桥梁产生的 效应，采用人工定时检测手段是无法测出的，也不能用简单几组检测数据 建立一个由最不利荷载引起桥梁出现极大值的数学模型，分析桥梁设计、 施工的整体质量和桥梁运营中的承载能力，这种桥梁状态评估方法显然具 有相当程度的简单化。 香港青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥上安装了目前世界上规模最大的 实时安全监测系统，其监测系统中的传感器类型及数量如表所示香港三座大桥传感器类型及数量表 表6-123成就及问题4健康监测发展趋势 二、桥梁健康监测系统设计 1桥梁健康监测系统设计 桥梁健康监测就是通过对桥梁结构进行无损检测, 实时监控结构的整 体行为, 对结构的损伤位置和程度进行诊断, 对桥梁的服役情况、可靠性、 耐久性和承载能力进行智能评估, 为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁 运营状况严重异常时触发预警信号,为桥梁的维修、养护与管理决策提供依 据和指导。 一般大型桥梁健康监测系统对以下几方面进行监控。 (1) 桥梁结构在正常车辆荷载及风载作用下的结构响应和力学状态。 (2) 桥梁结构在突发事件(如地震、意外大风或其它严重事故等) 之 后的损伤情况。 (3) 桥梁结构构件的耐久性, 主要是提供构件疲劳状况的真实情况。 (4) 桥梁重要非结构构件(如支座) 和附属设施(如斜拉桥振动控制装置) 的工作状态。 (5) 大桥所处的环境条件, 如风速、温度、地面运动等。 2监测内容及使用的传感器 桥梁健康监测系统所监测的内容主要有以下几方面。 (1) 荷载。包括风、地震、温度、交通荷载等。所使用的传感器有: 风速仪记录风向、风速进程历史, 连接数据处理系统后可得风功率 谱; 温度计记录温度、温度差时程历史; 动态地秤记录交通荷载 流时程历史, 连接数据处理后可得交通荷载谱;强震仪记录地震作用; 摄像机记录车流情况和交通事故。 (2) 几何监测。监测桥梁各部位的静态位置、动态位置、沉降、倾斜、 线形变化、位移等。所使用的传感器有: 位移计、倾角仪、GPS、电子测 距器(EDM )、数字像机等。 (3) 结构的静动力反应。监测桥梁的位移、转角、应变应力、索力、动 力反应(频率模态) 等。所使用的传感器有: 应变仪记录桥梁静动力应 变应力, 连接数字处理后可得构件疲劳应力循环谱; 测力计(力环、磁弹性 仪、剪力销) 记录主缆、锚杆、吊杆的张拉历史; 加速度计记录 结构各部位的反应加速度、连接数据处理后可得结构的模态参数。 (4) 非结构部件及辅助设施。支座、振动控制设施等。 3健康监测的设计准则 健康监测系统的设计对于大型桥梁健康监测是至关重要的, 是一切 工作的基础, 这里结合国内外现有几座已建立健康监测系统的大型桥梁 的测点、传感器布设情况(见表16-13传感器布置情况可看出, 各个桥梁 的监测系统的监测项目与规模存在很大的差异, 这种差异除了桥型和桥位 所处环境因素外, 主要是因为对各监测系统的投资额和建立各个系统的目 的和功能不同而异的, 但是桥梁健康监测系统的设计实际还是遵循某些原 则的。 (1) 监测系统的设计应首先考虑建立该系统的目的和功能。对于特定 的桥梁, 建立健康监测系统的目的可以是桥梁监控与评估, 或是设计的验 证, 甚至是以研究发展为目的。因此, 一旦系统的目的和功能确定, 系统 的监测项目也就能确定。 (2) 系统投资额的限度。监测系统中各监测项目的规模以及所采用的 传感器和通信设备等的确定都需要考虑整个项目投资额的限度, 必须对设 计方案做成本效益分析, 再根据目的、功能要求和成本效益分析将监 测项目和测点数设计到所需范围之内。桥梁健康监测系统测点、传感器布置 表6-13 第五节 隧道养护与管理 一、隧道管养项目 1隧道管养意义 以前我国公路隧道为数不多，长隧道则更少。这些隧道多在偏僻山区， 交通量小，洞内设备简单，有的也只是一些照明灯具，既无专门机构进行经 常性管理，也没有投入较多人力、物力、财力去养护与维修。 随着高速公路逐渐从平原、微丘区向山岭、重丘区延伸，长、大公路隧 道无论从数量上或规模上均在不断地增加。而且为了车辆在洞内安全、快速、 舒适行驶的需要，洞内、外设备也多了起来，除标志、标线、照明外，尚有 通风、通讯、信号、消防、供水、供电、电视以及中心监控和广播等较完善 的设施。 为了使隧道的主体及其附属设施保持完好，经常顺利运转，必须做好养护 和维修工作，并且还需建立、健全一些规章制度，制定一些详细的技术指标 来指导隧道的养护与维修，使隧道获得及时的检查、维修和良好的养护管理。 2隧道养护项目 公路隧道养护、维修的项目一般分为； 主体工程：包括洞口(含明洞)、门柱、翼墙及洞身工程。 一股工程：包括引道(路堑、路堤)、路面、防护、防排水及标志标线等工程。 附属设施工程；包括通风、照明、通讯、消防、供水、供电、监视监控等 工程。 二、隧道的维修 隧道的主体工程和附属设施如出现问题，影响使用，应及时修复隧道的维修，使其达到原有功能，其内容有： 1土建结构 2机电设施 3隧道排水 4病害防治 三、隧道的检查与养护 1高速公路隧道检查计划安排 隧道除应进行经常性检查观测病害的变化外，一般应按月、按季进行 全面定期自行检查，年终还应进行一次由上级部门派员参加的总检查。检 查时间应安排冬季、春融和雨前以及秋季洪水后，检查重点是最大的和重 要的隧道，当发生意外性灾害时，还应进行特殊性临时检查。 检查时应填表登记，对检查项目、内容、所发现问题和处理措施，一 一填入。既可积累完整的资料，指导和安排养护及维修计划，并作为日后 查问和采取措施的依据。 2公路隧道检查内容 2.1 陆上隧道 (1)拱圈有否变形衬砌是否良好，侧壁和洞顶有否裂缝(裂缝的新、老性质)，洞内有否渗水、漏水； (2)路面平整程度和有否断裂，损坏； (3)标志、信号是否齐全、整洁，标线油漆磨损情况、反光程度、污秽影响等； (4)机电设施及设备、仪器完好程度及使用效果； (5)洞内、外防排水系统使用情况及效果； (6)洞口及路基有否危石、坍塌物、堆雪、积水、挂冰 (7)洞外绿化物生长情况，洞内、外保洁情况； (8)沿线房屋及周围环境整洁情况。 2.2 水下隧道 (1)隧道整体包括路面、顶板、侧墙、护栏、标志、标线的完好程度； (2)消防、通讯、报警系统启用情况； (3)洞内铁杆、木件锈蚀和腐朽情况； (4)通风、照明、供水、供电等设施使用情况； (5)排水系统是否顺畅； (6)接头、接缝处有否渗、漏水点出现。 3养护项目 隧道的土建结构和机电设施在正常运营使用条件下的养护内容有： （1）隧道的保洁；每天在洞内车少时对路面进行清扫尘土、 杂物，保持洞内、外洁净； （2）洞壁清洗，灯具清扫，消防器材的更新； （3）排水系统的疏导； （4）各种管线的检查、保护与维护； （5）风机的定期保养； （6）消防器材失效的定期更换与设施的维护； （7）其它监测设施的检查与保养； （8）洞口具有特色的雕塑、艺术品的清扫和修饰； （9）水下隧道的养护重点是防渗漏，防沉降。 4防灾对策 隧道中灾害性事故常见的有交通事故和特殊地区的防风吹雪及雪崩， 以及水下隧道防汛或防火灾。当隧道内发生交通事故时应采取紧急 措施及时排除。如洞内设施遇到损坏，要迅速采取临时补救措施，恢复 正常交通后，再逐渐修复。 当发生火灾事故时，除首先利用本身消防设备进行扑火外，还应同时 通知附近消防、医疗部门，共同配合抢救伤员，扑灭火灾。 当有雾情，应通过交通电台报告雾讯。大雾时，交通管理员应排员指 挥交通，限速慢行。 在每年汛期应注意监视汛情，防范山体坍落和洪水灌入，影响行车 和洞体安全。 5安全措施 隧道处的安全非常重要必须引起高度重视应注意安全教育，加强 交通管理和行车安全，制定管理办法，并要广泛宣传。 除此而外，由于洞内空间受限制，工作条件差，在洞内进行检修作业 时，特别要遵守操作规程，注意安全作业，身着施工安全服、帽。养护作 业人员不应在洞口拦截搭乘来往车辆。 在需要临时封闭双洞中的一个洞时，应设立临时标志，并采取广播、 电台、信号灯，指挥疏导交通，确保安全。