道路機場與橋隧工程中的安全監(jiān)測與維護技術(shù)

摘 要：城市交通運輸領(lǐng)域的高速發(fā)展，極大地完善了我國的交通網(wǎng)絡(luò)體系。但是交通工程建設(shè)條件復(fù)雜，道路橋隧建設(shè)線路較長，機場建設(shè)規(guī)模較大，出現(xiàn)問題的風(fēng)險較高。同時，隨著交通運輸壓力增大，交通工程的病害發(fā)生率也大為提升，需要定期進行維護管理，以保障交通設(shè)施良好的使用效果。因而安全監(jiān)測和病害維護是交通工程建設(shè)運營階段非常重要的工作內(nèi)容，需要進行必要的安全監(jiān)測，以評估風(fēng)險，提前防范，有效解決。也要加強維護，根據(jù)病害類型和發(fā)生原因采取合理的處理措施，以提高導(dǎo)道橋結(jié)構(gòu)的安全性。為此，文章對道路機場與橋隧工程中的安全監(jiān)測與維護相關(guān)內(nèi)容展開了分析，希望能為交通工程的建設(shè)和管理提供參考。

關(guān)鍵詞：道路 橋隧 安全 監(jiān)測 維護

交通工程在建設(shè)期間因為人員、設(shè)備、工藝和環(huán)境等方面的原因可能會出現(xiàn)各種問題，因而有必要提前識別風(fēng)險，分析風(fēng)險，采取合理的防范控制措施，以盡可能消除安全隱患。而基于各種先進技術(shù)和設(shè)備進行安全監(jiān)測，可以實時掌握施工現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進而在造成嚴重事故前及時進行處理。此外，交通設(shè)施在運營期間會出現(xiàn)各類病害，會影響交通安全和使用壽命，為此需要定期維護，采用合適的技術(shù)來控制病害，恢復(fù)交通設(shè)施的功能性和安全性。通過有效的安全監(jiān)測和及時的維護處理，實現(xiàn)對交通工程的系統(tǒng)化與科學(xué)化管理，進而確保交通設(shè)施充分發(fā)揮作用。

1 道路機場與橋隧工程的安全監(jiān)測系統(tǒng)組成介紹

1.1 安全監(jiān)測原理

安全監(jiān)測是在現(xiàn)場利用各種傳感器、監(jiān)控設(shè)備、無損傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等構(gòu)建一個完善的監(jiān)測系統(tǒng)，以此實現(xiàn)實時監(jiān)測，了解施工質(zhì)量，進而結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行風(fēng)險評估分析。因此，需要結(jié)合這類工程建設(shè)特點、現(xiàn)場施工內(nèi)容、風(fēng)險預(yù)估等情況確定監(jiān)測內(nèi)容，然后部署監(jiān)測設(shè)備，設(shè)置監(jiān)測周期，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。在這個安全監(jiān)測系統(tǒng)中，各種傳感器是安全監(jiān)測信息的來源，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)建立安全監(jiān)測平臺，以發(fā)揮數(shù)據(jù)處理、安全預(yù)警功能，從而實現(xiàn)安全監(jiān)測目的。

1.2 安全監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)將各種單體設(shè)備構(gòu)成聯(lián)系。對于安全監(jiān)測來說，主要包括傳感器、控制器、電腦和管理人員等。由于物和物之間通過網(wǎng)絡(luò)相連，可以進行信息交換和及時通信，進而幫助用戶更好地了解監(jiān)測對象，從而進行實時、遠程和自動化監(jiān)測與控制，使各項管理工作更加智能高效。

這種基于物聯(lián)網(wǎng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下三個層次。

1.2.1 感知層

感知層主要是進行數(shù)據(jù)采集，涉及的技術(shù)和設(shè)備包括傳感器、監(jiān)控設(shè)備、射頻識別技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等。通過傳感器、自動識別設(shè)備來采集信息，以實現(xiàn)各類參數(shù)的實時監(jiān)測，如收集結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)、位置信息[1]。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要涉及數(shù)據(jù)的匯集、處理、整合，以方便進行利用。網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，基于網(wǎng)絡(luò)可以收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞至各個子系統(tǒng)以及信息處理平臺。在建立安全監(jiān)測系統(tǒng)時，需要在現(xiàn)場安置無線全覆蓋設(shè)備，進而使各處監(jiān)測到的信息可以隨時隨地通過無線全覆蓋網(wǎng)絡(luò)傳送到相應(yīng)的管控終端，以方便自動化處理平臺和管理人員了解監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是根據(jù)用戶的實際需求，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，以構(gòu)建專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)，解決現(xiàn)實問題，實現(xiàn)與用戶的互動。對于道路機場與橋隧工程的安全監(jiān)測來說，就是建立智能化的安全監(jiān)測系統(tǒng)，以便進行實時監(jiān)測。

自1997年以來，我國就一直在研究交通工程中的安全監(jiān)測系統(tǒng)，一些城市的代表性工程也逐步實施了不同規(guī)模的安全監(jiān)測系統(tǒng)。隨著智能傳感設(shè)備和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的不斷深入研究，對一些已建和新建的重大交通工程結(jié)構(gòu)的不同位置都安裝了更加智能的監(jiān)測裝置，如上海徐浦大橋、香港青馬大橋、珠港澳大橋等。通過安全監(jiān)測系統(tǒng)，為這類工程結(jié)構(gòu)的安全評估和維護工作提供了可靠的依據(jù)，進而有效提升了交通工程的安全性。

2 道路機場與橋隧工程的安全監(jiān)測方式介紹

2.1 安全監(jiān)測指標(biāo)選擇

以橋梁工程安全監(jiān)測為例，在設(shè)計監(jiān)測方案時，首先，需要先了解橋梁規(guī)模、受力特點、復(fù)雜性，分析此類橋梁常見的病害問題和原因，對橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響因素，以合理確定監(jiān)測內(nèi)容。一般需要對荷載與環(huán)境、結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)和結(jié)構(gòu)局部響應(yīng)進行監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)和監(jiān)測點要少而精、具有代表性。如對于一般橋梁、曲線橋梁和獨墩橋梁，不需要對橋面風(fēng)速進行監(jiān)測，也不需要對地震加速度進行監(jiān)測，但是卻必須監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度、振動頻率，主梁撓度。其次，要選擇合適的位置布置監(jiān)測點。以拉索橋梁工程的安全監(jiān)測為例，在對溫度進行監(jiān)測時，監(jiān)測設(shè)備需要布設(shè)在主跨跨中、索塔位置。而在監(jiān)測橋梁振動時，需要分別在主跨跨中、主跨1/4和3/4位置，以及邊跨跨中、索塔位置布設(shè)[2]。

2.2 具體監(jiān)測方案

某斜拉橋位于一座大型公路橋梁工程中，橋型為雙塔雙索面混凝，主橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，為保證橋梁在現(xiàn)階段正常運營時的安全可控，對橋梁的主要構(gòu)件的受力性能及周圍環(huán)境開展了安全監(jiān)測。監(jiān)測指標(biāo)為索塔應(yīng)力、索力、位移及索塔傾角、主梁振動監(jiān)測、外部環(huán)境條件監(jiān)測。其中監(jiān)測主梁應(yīng)力時，應(yīng)變計應(yīng)設(shè)置在主梁應(yīng)變關(guān)鍵截面；監(jiān)測索塔應(yīng)力時，應(yīng)變計設(shè)置在索塔中部與底部截面；監(jiān)測索力時，將振動傳感器設(shè)置在斜拉索上；監(jiān)測主梁位移時，位移計設(shè)置在縱向梁端、橫向橋塔處；監(jiān)測振動時，將振動傳感器設(shè)置在主梁振動關(guān)鍵截面；監(jiān)測溫度時，將溫度計設(shè)置在主梁上下緣。

2.3 監(jiān)測結(jié)果分析

基于各監(jiān)測點收集的數(shù)據(jù)，進行有限元分析，進而做出客觀的橋梁安全現(xiàn)狀評估。進行有限元分析時，需要根據(jù)選取的工程實例將斜拉橋劃分為索塔、斜拉索及主梁三大構(gòu)件，建立對應(yīng)的有限元模型，然后在選取的工況組合作用下進行計算分析。如以恒荷載+活荷載為工況1，以工況1+整體升溫和正溫度梯度為工況2，再根據(jù)選取的工況對主梁應(yīng)力、索力、位移等進行模擬運算，然后引入安全系數(shù)，得出橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)的各參數(shù)的監(jiān)測閾值，以作為安全狀況評估的參考，以便結(jié)合長期的安全監(jiān)測結(jié)果及時進行安全預(yù)警和安全風(fēng)險防控。

3 道路機場與橋隧工程維護過程中的病害類型分析

3.1 裂縫病害

裂縫屬于交通基礎(chǔ)設(shè)施中最為高發(fā)的病害，不管是瀝青混凝土路面，還是水泥路面，都容易出現(xiàn)各種方向的裂縫。這些交通基礎(chǔ)設(shè)施的裂縫種類較多，一般集中發(fā)生在運營幾年或數(shù)年后，可能是因為施工不當(dāng)，施工質(zhì)量較差。也有可能是運營時間較長，超重車輛高頻次運行，經(jīng)歷了自然災(zāi)害等，進而因荷載、溫度而出現(xiàn)裂縫。如果交通工程運營期間維護不及時，沒有盡早發(fā)現(xiàn)并處理裂縫病害，裂縫會逐漸擴大、加深，成為更加嚴重的病害[3]。

3.2 車轍病害

道路橋隧工程長期投入運營后，由于輪胎與地面摩擦，會在地面留下深淺不一的痕跡。正常車轍痕跡較淺，一般為較為平整的一條線。但是由于長期重載車輛通行，或行駛速度較快，路面質(zhì)量不良，車轍會較為明顯，呈現(xiàn)一定深度的“V”字形凹痕。這種病害在瀝青路面上非常常見，而荷載和溫度是非常重要的兩個因素。瀝青混合料在持續(xù)高溫環(huán)境下，粘聚力降低，強度降低，容易產(chǎn)生蠕變導(dǎo)致路面隨車輛行駛而產(chǎn)生縱向帶狀凹槽。持續(xù)高溫天氣下，這種現(xiàn)象會更加明顯，兩側(cè)會明顯突起。此外，超載和較大的車流量時，車輪豎向和水平荷載作用明顯，會使瀝青混合料產(chǎn)生剪切變形。由于道路長期運行，這種破壞作用會持續(xù)而難以恢復(fù)，最終形成車轍。

3.3 橋隧墩臺病害

橋梁墩臺屬于下部結(jié)構(gòu)，發(fā)揮著重要的支撐作用，但是容易出現(xiàn)裂縫、腐蝕、麻面等病害問題。出現(xiàn)這些病害的原因主要是因為墩臺在長期荷載作用下，因上部結(jié)構(gòu)自身重力，來往車輛、行人重量，導(dǎo)致墩臺長期負荷較重而出現(xiàn)應(yīng)力性裂縫。也與墩臺所處環(huán)境有關(guān)，由于長期暴露于開放環(huán)境中，或處于水域、沿海區(qū)域，經(jīng)雨水、河流沖刷浸泡，容易出現(xiàn)侵蝕剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性受到影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋生銹而性能下降。

3.4 鋼筋銹蝕病害

鋼筋是非常重要的施工材料，道路橋隧工程中的使用量也較大。如在橋隧基礎(chǔ)工程中，需要將多種形式的鋼筋綁扎、焊接，然后在鋼筋基礎(chǔ)骨架上澆筑混凝土，以此形成強度較高、穩(wěn)定性良好的結(jié)構(gòu)物。如果施工期間鋼筋工防腐處理不全面、鋼筋保護層設(shè)置厚度不當(dāng)，混凝土振搗不密實，容易導(dǎo)致空氣、水分進入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在潮濕、酸性環(huán)境下，鋼筋容易腐蝕而性能下降，進而出現(xiàn)變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物體積膨脹，間接造成結(jié)構(gòu)性裂縫[4]。

4 道路機場與橋隧工程的維護技術(shù)分析

4.1 裂縫損傷病害維護

對于這種常見的病害，目前應(yīng)用較多的維護技術(shù)有表面修補技術(shù)、灌漿填充技術(shù)等。以表面修補技術(shù)為例，其實施方式和所用材料類型較多，主要根據(jù)裂縫寬度來確定。如裂縫寬度小于3mm時，此時只需進行表層處理，利用樹脂膠保護膜進行封閉即可。當(dāng)裂縫寬度較大時，裂縫內(nèi)部會落入很多雜質(zhì)，需要先進行清理，然后通過瀝青、環(huán)氧砂漿等進行填補處理。

而裂縫灌漿處理是一種專門針對混凝土裂縫進行化學(xué)灌漿的新型技術(shù)，通過低壓向裂縫中注入漿液，完成對混凝土裂縫的修復(fù)，以提高結(jié)構(gòu)的完整性。施工前要先清理裂縫，對于較寬的裂縫，還要鑿除露出的表層混凝土，沿縫鑿成V型槽并露出新鮮混凝土。如果出現(xiàn)鋼筋，還需要清理更換受損鋼筋，進行除銹防腐處理。然后沿縫長間距埋設(shè)灌漿嘴，每一條裂縫至少須各有一個進漿孔和排氣孔。再進行封縫處理，避免因縫貫穿而影響注漿效果。密封嚴實，檢查合格后，及時配制灌漿液，并一次性在2個小時內(nèi)用完。通過注壓、持壓，將漿液完全充滿該條縫[5]。

4.2 車轍病害維護

對于凹陷較淺的車轍，在溫度較高，瀝青粘結(jié)性降低時，可以按熱烘、耙松、補充材料、填平流程來恢復(fù)路面的平整性。如果車轍較深，則需鏟掉深車轍區(qū)域，清除厚度需至少達到損壞瀝青路面的4cm。清理干凈后，再根據(jù)原施工工藝、材料、配比重新配制瀝青混合料，然后按照攤鋪、碾壓流程和施工要點完成修復(fù)。

除了上述維護措施，車轍病害應(yīng)重視預(yù)防工作，加強材料和施工過程的質(zhì)量管控。如在配合比設(shè)計環(huán)節(jié)，為了提高路面的承載性、抗裂性，可以加入PR等外加劑，并優(yōu)先選用粗型密級配。施工時，要控制好瀝青混合料在各環(huán)節(jié)的溫度，控制好攤鋪厚度和碾壓密實度。在運營期間，要重視定期養(yǎng)護，及時檢查排水設(shè)施，提高排水效果，及時清理路面，避免路面積水積雪、雜質(zhì)過多。

4.3 橋隧墩臺病害維護

橋梁墩臺由于出現(xiàn)的原因不同，受損程度和表現(xiàn)不同，需要結(jié)合實際檢查情況，根據(jù)受損程度、剝落程度、裂縫大小等采取合適的維護技術(shù)。

如果只是表層受損，損害深度不大于3cm，可以通過水泥砂漿進行抹面修復(fù)，恢復(fù)表層結(jié)構(gòu)完整性，提升其防水性即可。如果損壞表面深度大于3cm，需要掛網(wǎng)、噴射混凝土。如果損壞特別嚴重，經(jīng)強度檢測，墩臺已經(jīng)達到廢棄標(biāo)準，需要拆除重建。對于表層脫落情況，先進行水泥砂漿修補，再通過鐵皮包裹等方式進行加固處理。對于裂縫問題，可以參考上述維護技術(shù)方案進行處理。

4.4 鋼筋銹蝕病害維護

鋼筋銹蝕病害不易發(fā)現(xiàn)，但是對道橋遂結(jié)構(gòu)安全性的影響較大，因此在工程運營階段，需要進行長期實時的安全監(jiān)測，以便結(jié)合監(jiān)測結(jié)構(gòu)進行病害評估，及時制訂有效的維護技術(shù)方案。對于鋼筋銹蝕病害監(jiān)測，一般是在施工期間預(yù)埋混凝土鋼筋腐蝕狀態(tài)監(jiān)測裝置，如在橋墩的鋼筋骨架中埋設(shè)監(jiān)測探頭，基于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、局域網(wǎng)可以將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)中心、用戶，這樣道橋遂養(yǎng)護單位、維護管理人員可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析鋼筋現(xiàn)狀，評估是否存在質(zhì)量問題。

若根據(jù)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼筋出現(xiàn)銹蝕，經(jīng)檢查是因為此處的鋼筋外層混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了蜂窩麻面、剝落等問題，需要先清理這些受損區(qū)域，將鋼筋完全暴露出來，然后根據(jù)鋼筋受損程度，進行除銹處理，或是更換受損嚴重鋼筋，并及時涂抹防腐阻銹劑。分兩次涂抹完畢，且檢查完全涂滿、成膜后。將環(huán)氧砂漿涂刷至外露鋼筋位置，待其干燥后使用混凝土進行封閉處理。如果受損程度較深，需要涂抹兩層環(huán)氧基混凝土界面劑，再按照立模、鋼筋綁扎、澆筑步驟進行混凝土施工，以修復(fù)深層缺陷，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載性[6]。

5 結(jié)語

總之，道路機場與橋隧工程是我國交通行業(yè)的重要工程項目。但這類工程也容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，進而影響其使用效果和使用壽命。為了給人們出行提供便利及安全保障，需要采取有效措施做好道路橋隧工程維護工作，通過安全監(jiān)測來準確、及時了解交通基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量狀態(tài)、病損情況，根據(jù)病害分析結(jié)果采取針對性的預(yù)防與維護措施，以及時控制病害，解決質(zhì)量問題。未來道路機場與橋隧工程相關(guān)單位和管理人員還要積極提高防范意識，在設(shè)計與施工環(huán)節(jié)加強安全與質(zhì)量防控，并結(jié)合施工建造情況制定養(yǎng)護計劃，以切實提高我國道路橋隧事業(yè)的建養(yǎng)效果，全程保障交通設(shè)施的安全。

參考文獻：

[1]姚英德，向家順.橋隧隧道工程施工安全評估監(jiān)控技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（4）：113-115.

[2]劉佳.高速公路橋隧施工中安全風(fēng)險識別與評估的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（18）：201-203.

[3]杜偉.橋隧施工過程中的危險源識別技術(shù)及評價研究[J].交通世界，2022（18）：74-76+105.

[4]郭婷.道路橋隧工程中常見病害問題的應(yīng)對措施[J].四川建材，2023（7）：187-189.

[5]張新楠.道橋施工中路面病害及維護技術(shù)的有效運用分析[J].建筑技術(shù)研究，2019，02（010）：57.

[6]李立鵬．道路橋隧養(yǎng)護中常見病害與維護方法探析[J].四川水泥，2021，10（01）：256-257+154+10．