崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统 初步设计方案 (NXPowerLite)

1、上海崇明越江通道长江隧桥工程上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统结构健康监测系统初步设计方案初步设计方案上海巨一科技发展有限公司上海巨一科技发展有限公司上海市政工程设计研究总院上海市政工程设计研究总院同济大学同济大学二二七年九月七年九月目目 录录1工程概述工程概述.12系统总体设计系统总体设计.12.1系统总体设计原则.12.2系统功能总框架.22.3系统硬件总框架.32.4系统软件总框架.43监测区段及监测内容监测区段及监测内容.53.1设计原则.53.2上海长江大桥.53.2.1实时监测.53.2.2定期监测.63.3上海长江隧道.83.3.1实时监测.83.3.2定期监测.94监

2、测点及监测方法监测点及监测方法.104.1上海长江大桥.104.1.1实时监测.104.1.2定期监测.234.2上海长江隧道.294.2.1测点位置及数量汇总.294.2.2实时监测方法及数据要求.304.2.3定期监测方法及要求.315传感器子系统传感器子系统.365.1设备选型原则.365.2上海长江大桥.365.2.1风速风向.365.2.2gps.375.2.3静力水准仪.465.2.4索力.505.2.5加速度.535.2.6光纤传感器.555.2.7疲劳计.655.2.8大桥部分传感器配置一览表.685.3上海长江隧道.685.3.1土压力监测.685.3.2结构差异变形监测.7

3、15.3.3重要部位结构受力监测.735.3.4钢筋锈蚀程度.785.3.5隧道部分传感器配置一览表.805.4设备清单.805.4.1大桥部分清单.805.4.2隧道部分清单.826数据采集子系统数据采集子系统.826.1数据采集模式.826.1.1采集模式一.836.1.2采集模式二.846.1.3采集模式三.846.1.4监测内容采集模式汇总表.866.2上海长江大桥.876.2.1数据采集子系统的功能.876.2.2采集模式一.886.2.3采集模式二.1006.2.4采集模式三.1026.3上海长江隧道.1056.3.1采集模式.1056.3.2采集设备选型.1056.3.3各区段设

4、备箱要求说明.1096.3.4采集设备汇总.1106.4设备清单.1106.4.1大桥部分清单.1106.4.2隧道部分清单.1127数据传输子系统数据传输子系统.1137.1上海长江大桥.1137.1.1传输网络总体设计.1137.1.2设备选型.1167.1.3设备性能指标、接入设备要求.1187.2上海长江隧道.1207.2.1数据传输总体设计.1207.2.2设备接入需求.1207.3设备清单.1217.3.1大桥部分清单.1217.3.2隧道部分清单.1218数据处理和控制子系统数据处理和控制子系统.1218.1设计原则.1218.2数据处理流程与方法.1228.3数据管理设计.12

5、28.3.1数据存储的基本结构.1228.3.2数据存储的基本原则.1238.3.3数据管理的实现方法.1248.3.4数据库管理软件系统的技术要求.1268.4数据处理与控制系统的访问控制.1278.5服务器系统的设计.1278.5.1服务器系统总体说明及设计原则.1278.5.2服务器系统构成及逻辑拓扑.1288.5.3服务器技术参数要求及设备选型.1308.6服务器系统设备清单.1359辅助支持系统辅助支持系统.1369.1防雷.1369.1.1防雷系统概述.1369.1.2总体设计考虑.1379.1.3设计方案.1379.1.4选型设备技术参数.1389.1.5防雷设备清单.1399.

6、2外场机柜.1409.2.1外场工作站机柜条件.1409.2.2工作站机柜的设计.1409.2.3外场工作站机柜设备清单.1449.3中心机房.1449.4不间断电源 ups 系统.1469.4.1总体方案.1469.4.2不间断电源负荷计算.1489.4.3不间断电源容量计算.1489.4.4设备选型技术参数.1499.4.5设备型号及列表.1509.5电源远程管理及温湿度监测.1519.5.1系统设计.1519.5.2设备选型及清单.1519.6综合布线.1529.6.1概述.1529.6.2布线系统的组成.1529.6.3系统设计的依据和标准.1539.6.4上海长江大桥综合布线总体设计

7、.1549.6.5上海长江隧道综合布线总体设计.1579.7设备清单.1609.7.1大桥部分清单.1609.7.2隧道部分清单.16210软件软件.16210.1业务功能需求描述.16310.1.1业务功能总体框架描述.16310.1.2业务功能总体数据流程描述.16410.1.3数据采集工作站部分数据流程描述.16610.1.4数据处理服务器部分数据流程描述.17410.1.5数据库服务器部分数据流程描述.18510.1.6系统维护计算机（smc）部分数据流程描述.18610.2软件系统划分与设计.18710.2.1软件系统总体划分与技术路线.18710.2.2数据采集管理系统（dams）

8、设计.19010.2.3数据处理与分析系统设计.19610.2.4移动维护计算机系统设计.21810.3安全性、可靠性和的质量保证技术.21910.3.1安全性.21910.3.2可靠性.22210.3.3质量保证技术.22310.4软件清单.22811图纸图纸.228上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 1 页 共 231 页）1 工程概述工程概述上海崇明越江通道长江隧桥工程是连接上海浦东、长兴岛和崇明岛的特大型市政工程，该工程采用“南隧北桥”方案，以隧道形式连通浦东和长兴岛，以桥梁形式连通长兴岛和崇明岛。上海长江隧道全长 8.955km，其中江中盾构段长约

9、 7.472km，衬砌外径达15m，为当前世界之最，上海长江大桥全长 9.5km，主要组成部分包括一座主跨 730m 的主航道斜拉桥，一座 140m 跨径的预应力混凝土连续梁辅航道桥，各种跨径的混凝土连续梁桥及 100m 跨等高度钢混凝土结合梁桥。上海长江隧桥工程设计使用寿命为 100年，并预留轨道交通线。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统（以下简称“上海长江隧桥结构健康监测系统”）通过测量反映隧桥环境激励和结构响应状态的信息，实时、定期监测隧桥结构的工作性能，定时、定量地评价隧桥结构的健康状态，以保证上海长江隧桥的安全运营，为长江隧桥的养护、维修提供科学依据。2系统总体设计系统总体

10、设计2.1 系统总体设计原则系统总体设计原则上海崇明越江通道长江隧桥结构健康监测系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。为使长江隧桥结构健康监控系统成为一个功能强大并能真正长期用于结构损伤和状态评估，满足隧桥养护管理和运营的需要，同时又具经济效益的结构健康监控系统，遵循如下设计原则：1）遵循简洁、实用、性能可靠、经济合理的指导思想；2）系统设置首先需满足长江隧桥养护管理和运营的需要，立足实用性原则第一，兼顾考虑科学试验和设计验证等方面因素。3）根据结构易损性分析的结果及养护管理的需求进行监测点的布设。4）易损性分析原则考虑以下方面：不

11、同类型的结构受力特点、构件的工作特征；设计时不同类型结构的控制断面、控制点；结构不同类型材料的材料特性、使用特性；结构受外部环境及荷载影响后最易损伤部位；基于既有同类型结构已发生的损伤部位；目前阶段尚未有足够资料验证的关键部位。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 2 页 共 231 页）5）监测与结构安全性密切相关内容，主要监测一些有代表性的结构、必须进行监测的重要结构以及日常养护无法检查或检查非常困难的结构响应。6）从动力、静力、耐久性对结构进行监测，力求用最少的传感器和最小的数据量完成工作；7）以结构位移监测为主，以力、应力、模态分析为辅助。8）系统应具

12、有可扩展性。2.2 系统功能总框架系统功能总框架 风风 温温度度 应应变变 加加速速度度 挠挠度度 差差异异沉沉降降 索索力力 g gp ps s 倾倾斜斜仪仪 疲疲劳劳计计 伸伸缩缩仪仪传传感感器器系系统统（sensory system）底底层层传传输输网网络络工工作作站站系系统统（data acquisition system）信信号号调调理理 信信号号放放大大 信信号号过过滤滤 模模拟拟/ /数数字字转转换换数数据据采采集集 数数据据采采样样 数数据据存存储储（编编档档） 数数据据预预处处理理 采采样样控控制制数数据据通通讯讯 数数据据传传输输 控控制制信信号号接接收收上上层层传传输输网

13、网络络数数据据处处理理和和控控制制系系统统（data processing & control system）数数据据通通讯讯 数数据据接接收收 控控制制信信号号发发送送数数据据处处理理 数数据据预预处处理理 数数据据二二次次处处理理 数数据据存存储储 数数据据融融合合处处理理数数据据显显示示 原原始始数数据据 处处理理后后数数据据 桥桥梁梁变变形形状状况况 系系统统工工作作状状态态 各各类类资资料料及及参参数数健健康康监监测测系系统统总总体体框框架架检检查查及及维维护护系系统统（inspection & maintenance system）在在线线评评估估 分分级级预预警警 工工作作状状态

14、态评评级级 日日常常报报表表数数据据流流（固固定定网网络络传传输输）数数据据流流（临临时时连连接接传传输输）结构健康监测系统功能主要分为四部分：1）传感器系统：通过传感器来记录结构响应，以模拟或数字信号反馈给数据采集系统；2）工作站系统：通过调理采集设备采集传感器系统的模拟或数字信号；3）数据处理和控制系统：实时接收并处理工作站系统采集的数据，并对原始数据和处理后数据进行显示和在线评估及预警。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 3 页 共 231 页）2.3 系统硬件总框架系统硬件总框架采采集集计计算算机机（rt操操作作系系统统）节节点点交交换换机机箱箱梁梁

15、内内工工作作站站机机柜柜传传感感器器调调理理采采集集设设备备集集线线器器各各类类传传感感器器监监测测区区段段桥桥梁梁结结构构调调理理采采集集设设备备专专用用传传感感器器调调理理采采集集设设备备综综合合监监控控数数据据传传输输主主干干网网络络采采集集计计算算机机（rt操操作作系系统统）节节点点交交换换机机箱箱梁梁内内工工作作站站机机柜柜传传感感器器调调理理采采集集设设备备集集线线器器各各类类传传感感器器监监测测区区段段桥桥梁梁结结构构调调理理采采集集设设备备专专用用传传感感器器调调理理采采集集设设备备监监控控中中心心局局域域网网数数据据接接收收、数数据据处处理理、数数据据库库服服务务器器( (u

16、 un ni ix x操操作作系系统统) )交交换换机机及及其其它它网网络络设设备备应应用用服服务务器器监监控控终终端端 监监控控终终端端综综合合监监控控网网络络设设备备监监控控终终端端监监控控终终端端internet传传感感器器子子系系统统数数据据采采集集子子系系统统数数据据传传输输子子系系统统数数据据处处理理与与控控制制子子系系统统配配电电防防雷雷外外场场机机柜柜辅辅助助支支持持系系统统管管片片内内壁壁采采集集设设备备箱箱集集线线器器各各类类传传感感器器监监测测截截面面隧隧道道结结构构专专用用传传感感器器调调理理采采集集设设备备上上海海长长江江大大桥桥上上海海长长江江隧隧道道远远程程电电源

17、源监监控控u up ps s综综合合布布线线上海长江隧桥结构监测系统硬件由五大部分组成：1）传感器子系统，由布置在桥梁结构和隧道结构上的各类传感器和专用设备等组成，主要传感器采用后安装方式，安装在结构表面或者在结构表面钻孔埋设；2）数据采集子系统，由布置在桥梁箱梁内和隧道管片内壁上的调理设备、采集设备、采集计算机和传感器电缆网络等组成；3）数据传输子系统，由布置在桥梁外场工作站机柜、隧道外场采集设备机箱及监控中心机房内的网络传输设备及网络传输线缆组成；4）数据处理与控制子系统，由布置在监控中心的小型机系统、服务器系统，以及工作站组成，长江大桥和长江隧道共用一套数据处理和控制子系统。5）辅助支持

18、系统：由隧桥外场及监控中心辅助上述系统正常运行的设备组成，包括外场机柜、外场机箱、配电及 ups、防雷和远程电源监控等子系统。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 4 页 共 231 页）2.4 系统软件总框架系统软件总框架信信号号调调理理 固固定定布布置置传传感感器器 风风、温温度度、应应变变、加加速速度度、挠挠度度 差差异异沉沉降降、索索力力、g gp ps s、倾倾斜斜仪仪 疲疲劳劳计计、 伸伸缩缩仪仪 临临时时布布置置传传感感器器 荷荷载载试试验验、数数字字信信号号处处理理数数据据采采样样数数据据本本地地存存储储数数据据通通讯讯采采样样控控制制系系统统

19、自自检检参参数数配配置置数数据据采采集集工工作作站站（dau）数数据据通通讯讯数数据据处处理理数数据据显显示示在在线线评评估估及及预预警警数数据据库库服服务务器器（dbserver） 原原始始数数据据数数据据库库 处处理理后后数数据据数数据据库库 健健康康状状态态数数据据库库 结结构构信信息息数数据据库库 超超域域值值事事件件数数据据库库 管管养养检检查查数数据据库库 结结构构模模型型数数据据库库 系系统统参参数数数数据据库库 系系统统维维护护数数据据库库数数据据处处理理服服务务器器（dpc） 其其它它系系统统数数据据气气象象、水水文文、航航道道监监控控、交交通通监监控控养养护护管管理理系系统

20、统 人人工工录录入入数数据据 地地震震、水水文文、日日常常养养护护检检查查 全全桥桥墩墩台台沉沉降降和和挠挠度度、腐腐蚀蚀、冲冲刷刷结结构构健健康康监监测测系系统统总总体体数数据据流流程程图图系系统统维维护护及及自自检检系系统统维维护护计计算算机机（smc）系系统统维维护护普普通通数数据据流流控控制制信信号号数数据据流流软件系统共分四大部分：1）数据采集工作站软件：完成数据采集、传输和本地存储的工作；2）数据处理服务器软件：完成数据接收、控制、数据处理、数据显示、在线评估及预警等工作；3）数据库服务器软件：完成数据存储和管理工作；4）系统维护软件：完成系统诊断和调试工作。上海崇明越江通道长江隧

21、桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 5 页 共 231 页）3监测区段及监测内容监测区段及监测内容3.1 设计原则设计原则实时监测区段选取重要及有代表性的结构，如长江大桥的主航道斜拉桥和 105m 跨钢-混凝土叠合连续梁桥段；隧道的超深埋段及连接通道处。人工定期监测区段一般覆盖结构全线。监测内容的选取遵循传感器实时监测和人工定期监（检）测相结合的原则，监测内容能够覆盖结构离线评估（结构耐久性、安全性和使用性）的要求。3.2 上海长江大桥上海长江大桥3.2.1实时监测实时监测参照以上设计原则，我们选取上海长江大桥主航道斜拉桥和 105m 跨非通航孔桥段进行实时监测监测，其中 105

22、m 跨非通航孔桥段取下行侧 pm52pm59，主航道斜拉桥为 pm59pm64 全部。传感器实时监测内容及监测目的如下。3.2.1.1.主航道桥主航道桥序号序号实时监测内容实时监测内容监测目的监测目的1索力斜拉索索力及振幅掌握主要索的索力及加速度振幅情况2变形实时位移掌握大桥主要控制点（塔及梁部）的实时偏位情况3结构温度掌握大桥梁部、塔部主要结构断面的结构温度情况4大气温度掌握大桥所处箱梁内外、塔内外的大气温度5环境风速风向掌握大桥桥面及塔顶风速风向，用以推算大桥结构所受的风荷载6振动掌握大桥梁部、塔部结构实时振动响应，用以计算结构模态参数，并用于振动类突发事件的预警7动力震动掌握大桥主墩承台

23、实时振动响应，用以捕捉船撞、地震、周边爆破等情况下结构的振动响应，设置合理的预警阈值。8应变掌握大桥动静载荷力作用下的结构应力应变情况，用以设置相应预警阈值。9疲劳掌握大桥钢结构疲劳关键点的结构疲劳情况，监测区段监测区段 1监测区段监测区段 2上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 6 页 共 231 页）序号序号实时监测内容实时监测内容监测目的监测目的用以提供离线评估分析结构疲劳寿命。10梁端位移掌握大桥伸缩缝位置梁端实时位移11倾斜掌握大桥梁端实时横向倾斜情况12除湿机状况掌握大桥箱梁内及塔内湿度和除湿机工作状况，远程控制除湿机启停13阻尼器状况掌握大桥阻尼

24、器实时工作状况3.2.1.2.105m 跨叠合梁桥跨叠合梁桥序号序号实时监测内容实时监测内容监测目的监测目的1墩台沉降掌握桥段各墩台累积相对沉降，计算相邻墩位之间的差异沉降2变形跨中挠度掌握桥段各跨跨中相对跨中挠度3结构温度掌握桥段结构温度情况4箱梁内大气温度掌握箱梁内大气温度情况5动力振动掌握桥段结构实时振动响应，用以计算结构模态参数，并用于振动类突发事件的预警6应变掌握桥段动静载荷力作用下的结构应力应变情况，用以设置相应预警阈值7疲劳掌握桥段钢结构疲劳关键点的结构疲劳情况，用以提供离线评估分析结构疲劳寿命8钢筋应力掌握桥段湿接头上排纵向钢筋应力应变情况9除湿机状况掌握桥段箱梁内及塔内湿度和

25、除湿机工作状况，远程控制除湿机启停由于 105m 跨叠合梁桥湿接头位置未使用纵向预应力筋，因此增加了增加了 105m 跨连续跨连续梁桥湿接头位置的钢筋应力监测。梁桥湿接头位置的钢筋应力监测。3.2.2定期监测定期监测定期监测涉及上海长江大桥全线，本方案明确了定期监测实施的内容及要求，但其具体实施不包括在本项目内，定期监测的结果数据处理及分析已纳入本系统设计及实施范围。以下是对人工定期监测内容及区段的要求。3.2.2.1.主航道桥主航道桥序号序号定期监测内容定期监测内容监测目的监测目的1安全性基础冲刷深度定期对桥位处地形进行测量，取得基础的冲刷断面图等，确定基础的冲刷深度、范围及发展趋势，评估大

26、桥的安全性，为维修提供依据上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 7 页 共 231 页）序号序号定期监测内容定期监测内容监测目的监测目的2桥墩的变位定期对主航道桥的每个桥墩进行墩顶变形测量，掌握桥墩的变形情况及发展趋势，评估大桥的安全性3斜拉索索力定期对主航道斜拉桥未进行长期监测的斜拉索索力进行测试4斜拉索探伤定期对主航道斜拉桥的全部斜拉索进行探伤5钢结构焊缝探伤定期对主航道斜拉桥重要部位的钢结构焊缝进行探伤，检测焊缝工作状态6混凝土强度定期对塔部混凝土结构进行混凝土强度测量，评估大桥的耐久性7耐久性碳化深度定期对塔部混凝土结构进行混凝土碳化深度测量，评估大桥

27、的耐久性9桥面线形定期对主航道桥进行桥面线形测量，评估大桥的使用性10使用性其他外观检查桥面状况、 、混凝土表观状况、伸缩缝状况、支座状况、护栏状况、钢结构状况、斜拉索状况、阻尼器状况、其他设施状况11水文、波浪定期对主航道斜拉桥水域进行水文、波浪进行监测，为离线评估海洋动力环境对大桥的影响提供依据12其他车流量数据定期对车流量进行调查，为离线评估车辆荷载对大桥健康状况的影响提供依据。车流量作为影响桥梁工作状况重要因素，是深入分析评估桥梁状态的重要依据3.2.2.2.连续梁桥连续梁桥序号序号定期监测内容定期监测内容监测目的监测目的监测区段监测区段1基础冲刷深度定期对桥位处地形进行测量，取得基础

28、的冲刷断面图等，确定基础的冲刷深度、范围及发展趋势，评估大桥的安全性，为维修提供依据105m 跨叠合梁桥2桥墩的变位定期对监测区段的每个桥墩进行墩顶变形测量，掌握桥墩的变形情况及发展趋势，评估大桥的安全性105m 跨叠合梁桥3箱梁应力及挠度定期通过荷载试验的方式对大桥的箱梁应力及挠度进行测量，通过静载试验，判别结构在受到不同静荷载作用时的静态响应是否在预应力混凝土连续箱梁的一般容许值范围内，检验桥梁主体结构的受力状况及桥梁承载能力是否符合设计要求，评估大桥的安全性能105m 跨叠合梁桥辅航道桥4安全性动力特性定期通过荷载试验的方式对大桥的动力特性进行测量，评定桥梁承载状态105m 跨叠合梁桥辅

29、航道桥上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 8 页 共 231 页）序号序号定期监测内容定期监测内容监测目的监测目的监测区段监测区段5钢结构焊缝探伤定期对主航道斜拉桥重要部位的钢结构焊缝进行探伤，检测焊缝工作状态105m 跨叠合梁桥6混凝土强度定期对全桥所有混凝土连续梁进行混凝土强度测量，评估大桥的耐久性全桥7碳化深度定期对全桥所有混凝土连续梁进行混凝土碳化深度测量，评估大桥的耐久性全桥8耐久性钢管桩腐蚀以人工定期检测的方法对主要区段的钢管桩腐蚀情况进行数据采集全桥9桥面线形定期对全桥所有连续梁进行桥面线形测量，评估大桥的使用性全桥10其他外观检查桥面状况、

30、、混凝土表观状况、伸缩缝状况、支座状况、护栏状况、其他设施状况全桥11使用性钢结构状况钢结构外观检查105m 跨叠合梁桥3.3 上海长江隧道上海长江隧道经分析隧道结构的特点，在隧道结构不同埋深位置选取监测断面，并对所有连接通道处设置监测断面。上海长江隧道结构健康监测的监测断面里程及实时、定期监测内容如下文所示。我方建议钢筋锈蚀程度改为定期监测，传感器为预埋安装方式，读数为定期读数，传感器线缆不接入实时监测的网络中。3.3.1实时监测实时监测序号序号实时监测内容实时监测内容监测目的监测目的监测区段监测区段1土压力掌握关键截面土压力情况，用以评估结构所受的外荷载情况sk2+374sk7+330xk

31、6+440(下行)2结构受力掌握关键截面及关键结构的钢筋应力情况，用以评估结构受力情况浦东段工作井k0+583sk2+374sk6+428sk7+330bd4 暗埋段bd3 暗埋段bd1 暗埋段长兴岛段工作井xk6+440(下行)3结构差异变形掌握全隧道各联络通道处的三向位移情况k0+482sk1+282/xk1+279sk2+112/xk2+109上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 9 页 共 231 页）序号序号实时监测内容实时监测内容监测目的监测目的监测区段监测区段sk2+942/xk2+939sk3+772/xk3+764sk4+602/xk4+59

32、7sk5+432/xk5+431sk6+262/xk6+261sk7+092/xk7+091k7+9533.3.2定期监测定期监测定期监测涉及上海长江隧道全线，本方案明确了定期监测实施的内容及要求，但其具体实施不包括在本项目内，定期监测的结果数据处理及分析已纳入本系统设计及实施范围。以下是对人工定期监测内容及区段的要求。序号序号定期监测内容定期监测内容监测目的监测目的监测区段监测区段1钢筋锈蚀程度掌握关键截面管片内钢筋锈蚀程度sk6+428 附近和 sk7+330 附近任一断面；xk6+440(下行)2直径收敛掌握关键截面隧道直径收敛情况sk2+374sk7+330xk6+440(下行)3河床

33、断面监测及时掌握河床的冲淤变化情况隧道穿越的江面，即长兴岛到浦东之间的江面4水位掌握不同时间段隧道穿越江面的水位高低浦东或长兴岛靠近隧道的岸边5工程总体沉降掌握全隧道总体沉降情况全隧道6地面及大堤沉降掌握隧道出入口附近大堤及地面沉降情况浦东段工作井附近大堤长兴岛段工作井附近大堤通道一（三向位移计）通道二（三向位移计）通道三（三向位移计）浦东工作井（三向位移计）长兴岛工作井（三向位移计）xk1+307.16xk2+137.16xk2+966.38xk3+792.38xk4+625.10xk5+458.72xk6+288.72xk7+118.72sk1+310sk2+140sk2+970sk3+8

34、00sk4+630sk5+460sk6+290sk7+120sk0+583钢筋应力sk2+374钢筋应力土压力直径收敛sk6+428钢筋应力钢筋锈蚀sk7+330钢筋应力土压力直径收敛xk6+440钢筋应力土压力直径收敛钢筋锈蚀通道四（三向位移计）通道五（三向位移计）通道六（三向位移计）通道七（三向位移计）通道八（三向位移计）下行上行注：本图的里程号参考招标文件图纸，正文文字及表格内的里程号参考招标文件的文字内容。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 10 页 共 231 页）4监测点及监测方法监测点及监测方法4.1 上海长江大桥上海长江大桥4.1.1实时监测

35、实时监测根据上海长江大桥的结构易损性分析的结果，我方在招标文件推荐布点的基础上，对布点做了进一步的优化。4.1.1.1.布点优化方案布点优化方案4.1.1.1.1.主航道桥主航道桥1）由于辅助墩顶（截面 3 和截面 15）横向结构已采取加强措施，因此取消这两个截面的横向疲劳计，共减少 24 个钢横向疲劳计；2）为使辅助墩顶（截面 3 和截面 15）和主塔位置截面（截面 5、13）上下行箱梁内顶部钢纵向平均应变更准确，在这四个截面上下行箱梁内顶部中间各加一个钢纵向应变计，共增加 8 个钢纵向应变计；3）由于主跨跨中（截面 9）横梁主要受力方向为横向，因此取消横梁上的纵向应变计，在这个截面上下行箱

36、梁内顶部中间各加一个钢纵向应变计，同时在该截面箱梁顶部靠近横梁的钢纵向应变计处增加钢横向应变计，共增加 2 个钢横向应变计，减少 2 个钢纵向应变计。4）主跨跨中（截面 9） ，在横梁位置增加 4 个钢结构横向疲劳计，位置同钢结构横向应变计，原箱梁底板靠外侧的两个横向疲劳计调整到顶板靠横梁的纵向疲劳计处，共计增加 4 个钢横向疲劳计。4.1.1.1.2.105m 跨连续梁桥跨连续梁桥1）为实现 105m 跨的梁部模态分析，加速度计的布置需做如下调整：、截面 7的加速度计应改为截面 8 处；、截面 8 及截面 2 所处桥跨的 1/4 跨和 3/4 跨处均增加一个加速度计截面；、每个截面仅安装 2

37、 个竖向加速度计和 1 个横向加速度计。 ；全桥总计 6 个加速度计截面，共设置 12 个竖向加速度计和 6 个横向加速度计。2）截面 8 的竖向疲劳计取消，底板两边各加一个钢纵向疲劳计，共减少 2 个疲劳计；3）由于 105m 跨连续梁桥的湿接头位置未布置纵向预应力筋，因此在截面 3 和截面7 的湿接头位置，各增加 3 个纵向钢筋计，安装位置为湿接头最上排钢筋均匀布置，共增加 6 个钢筋应力计。详细布点见初步设计方案图纸 jc-01jc-19。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 11 页 共 231 页）4.1.1.2.监测方法及监测数据要求汇总监测方法及

38、监测数据要求汇总4.1.1.2.1.主航道桥主航道桥监测物理量监测物理量序号序号主要监测内容主要监测内容名称名称单位单位允许误差允许误差设计量程设计量程监测手段监测手段传感器传感器数量数量采样采样频率频率索力t10%设计索力-索温0.2-2070索基频hz0.5%0.01 hz-1索力斜拉索索力及振幅加速度幅值gal0.1gal300gal数字式索力计2030 分钟/次2变形塔顶及跨中位移三向偏位mm8mm0.5ppm（水平）16mm0.5ppm（竖向）-gps 系统1310hz砼结构温度砼结构温度0.4-2070163结构温度钢结构温度钢结构温度0.4-2070164大气温度气温0.4-20

39、70光纤传感器41 分钟/次超声 0.01m/s050m/s超声3风速m/s机械 0.17m/s075m/s机械1超声 15环境风速风向风向机械 30360-1hz竖向加速度gal10-6gal500gal22纵向加速度gal10-6gal500gal2横向加速度gal10-6gal500gal86振动双向加速度gal10-6gal500gal47动力响应震动三向加速度gal10-3gal2g伺服式加速度计250hz钢纵向应变1%f.s.100050钢应变钢横向应变1%f.s.1000108动静载荷力砼应变砼纵向应变1%f.s.1000光纤应变计820hz纵向疲劳次1 次107次349疲劳横向

40、疲劳次1 次107次疲劳计81 天/次10梁端位移位移mm1%f.s.500mm420hz11梁端横向倾斜倾角0.12光纤传感器420hz12阻尼器状况位移量mm视设备情况视设备情况13除湿机状况相对湿度%0.1%0100%系统集成-视设备情况14温度补偿钢结构温度0.4-2070光纤传感器241 分钟/次小 计2534.1.1.2.2.105m 跨连续梁桥跨连续梁桥监测物理量监测物理量序号序号主要监测内容主要监测内容名称名称单位单位允许误差允许误差设计量程设计量程监测手段监测手段传感器传感器数量数量采样频率采样频率1墩台沉降相对沉降mm0.7 % f.s.5cm142变形跨中挠度相对挠度mm

41、0.7 % f.s.10cm静力水准仪72 次/天砼结构温度 砼结构温度0.4-207063结构温度钢结构温度 钢结构温度0.4-207094环境大气温度箱梁内气温0.4-2070光纤传感器120hz横向加速度gal10-6gal500gal65动力响应振动竖向加速度gal10-6gal500gal伺服式加速度计1250hz钢应变钢纵向应变1%f.s.1000246动静载荷力砼应变砼纵向应变1%f.s.1000光纤应变计820hz7疲劳纵向疲劳次1 次107次疲劳计31 天/次8钢筋应力钢筋应力mpa2mpa拉 200，压100 mpa光纤钢筋应力计620hz9除湿机状况相对湿度%0.1%01

42、00%系统集成-视设备状况10温度补偿钢结构温度0.4-2070光纤传121 分钟/上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 12 页 共 231 页）序号序号主要监测内容主要监测内容监测物理量监测物理量监测手段监测手段传感器传感器数量数量采样频率采样频率名称名称单位单位允许误差允许误差设计量程设计量程砼结构温度0.4-2070感器6次小 计1144.1.1.3.监测数据的特殊要求监测数据的特殊要求由于结构健康监测系统的大部分传感器采用后安装方式，监测的数值多为相对量的概念，虽然不影响对结构健康长期趋势的把握，但无法获得可以和设计值直接比较的绝对值，一定程度上影响

43、结构健康的离线评估。为此，有必要采取一些措施以弥补这一缺陷，主要的思路是：建立结构健康监测数据与施工监测数据、成桥试验数据的关系，使结构健康监测数据能在一定程度上转换成绝对值。主要监测内容的具体的措施如下。4.1.1.3.1.结构应变结构应变结构应力应变受结构所受荷载的直接影响，为此，在条件允许的情况下，本项目所有结构应变计需考虑在主体结构施工期间同步安装。其中梁部的应变计可以选择一个截面在预制厂安装，以测得结构安装前的应力应变水平，并计算出恒载作用下的应力应变值。塔部应变计在相应安装断面完成结构施工后尽快安装。应变传感器安装完后，进行定期读数，主要读数时间为：传感器安装后、结构安装前后（定期

44、） 、成桥试验期间。此外，还需收集施工监测和成桥试验中同截面测点的数据，以做进一步分析。4.1.1.3.2.索力索力由于上海长江大桥主航道斜拉桥斜拉索使用阻尼器，会影响使用振动法测得的绝对索力数据的准确性，为此，有必要专项分析成桥后的索力计算公式。在施工阶段，需收集施工监测和成桥试验的检测数据，并在施工监测期间，使用结构健康监测同类手持式索力计同步实测索力数据，与施工监测使用的压力传感器测得的数据做对比。4.1.1.4.各监测内容测点布置汇总各监测内容测点布置汇总4.1.1.4.1.主航道桥主航道桥4.1.1.4.1.1.索力索力上海长江大桥主航道桥为两塔三跨、双索面体系斜拉桥，共计斜拉索 1

45、92 根，实时监测其中 20 根根斜拉索。监测拉索监测方法数量主航道桥南侧 b23、b17、b1、z1、z23 共计 10 根北侧 b23、b17、b1、z1、z23 共计 10 根数字式索力计振动法监测20上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 13 页 共 231 页）索力监测使用数字式索力计，测量原理是振动频率法，采样频率为 30 分钟/次。4.1.1.4.1.2.变形变形上海长江大桥主航道桥实时形变监测主要涉及塔顶 2 个截面和主梁的边跨跨中、主跨 1/4 跨、1/2 跨、3/4 跨 5 个截面，其中塔顶各布置一个测点，主梁每个截面在两外侧防撞墙外各布置

46、一个测点，总共 12 个监测点，使用高精度 gps 实时动态监测，另需在长兴岛监控中心附近设立 gps 基站，即本项目共需设立 13 个个 gps 点点。为保证动态测量精度，采样频率为 10hz。长江大桥的 gps 监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 14 页 共 231 页）4.1.1.4.1.3.结构温度结构温度上海长江大桥主航道桥结构温度监测分梁部和塔部两部分，其中梁部在主跨跨中设置了一个钢结构温度监测截面，在上下行箱梁内壁各均匀布置 8 个结构温度计，共 16 个个钢结构温度计钢结构温度计，用以监测结构不同部位的温度情况，并进一步

47、计算结构形心温度。梁部结构温度监测截面布点位置图如下。塔部分别在 pm61 和 pm62 塔梁结合部位置设置了一个砼结构温度监测截面，每个上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 15 页 共 231 页）截面在塔壁内外侧四角各设置一个测点，共 16 个砼结构温度计个砼结构温度计。塔部结构温度监测截面布点位置图如下。以上结构温度监测均使用光纤温度传感器实时监测，采样频率为 1 分钟/次。4.1.1.4.1.4.环境环境上海长江大桥主航道桥环境监测的内容包括箱梁内外大气温度和梁塔处风速风向。大气温度测点为主梁主跨跨中箱梁内外及 pm61 主塔内，共计 4 个大气温度

48、测点个大气温度测点；风速风向测点为主梁主跨跨中两外侧防撞墙外各布置一个测点，两主塔塔顶各布置一个测点，共计 4 个风速风向测点个风速风向测点。主航道桥环境监测布点位置图如下。环境监测中，大气温度监测使用光纤传感器，采样频率为 1 分钟/次；风速风向监测上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 16 页 共 231 页）在 pm61 塔顶使用机械风杯式风速风向仪，pm62 塔顶及主跨跨中使用三向超声风速风向仪，采样频率均为 1hz。4.1.1.4.1.5.动力响应动力响应上海长江大桥动力监测分为结构振动响应监测和强震监测两部分，结构振动监测选取主梁各跨跨中及主跨的

49、1/8、1/4、3/8、5/8、3/4、7/8 跨处布置竖向及横向加速度传感器，并在两个主塔的塔顶和塔梁结合部下截面各设置一个双向（纵横向）加速度传感器，在塔梁结合部之上的塔截面各设置了一个纵向加速度传感器；强震监测选取两个主塔的承台顶各放置一个三向加速度传感器。监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 17 页 共 231 页）按上图所示，梁部共需设置 22 个竖向加速度传感器个竖向加速度传感器，8 个横向加速度传感器个横向加速度传感器，塔部共需设置 2 个纵向加速度传感器个纵向加速度传感器，4 个纵横向双向加速度传感器个纵横向双向加速度传感

50、器，2 个三向加速度传感器个三向加速度传感器。选用伺服式加速度传感器，采样频率为 50hz。4.1.1.4.1.6.动静载荷力动静载荷力上海长江大桥梁部动静载荷力监测选取了主梁的辅助墩顶、塔梁结合部和主跨跨中共 5 个监测截面，每个监测截面在两侧箱梁各设置了 5 个钢结构纵向应变计，其中在主跨跨中截面还布置了 10 个钢结构横向应变计；塔部动静载荷力监测选取了主塔塔梁结合部各设置 4 个砼结构纵向应变计。监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 18 页 共 231 页）上海长江大桥主航道桥动静载荷力监测使用光纤传感器，共计 50 个钢纵向应变

51、计个钢纵向应变计，10 个钢横向应变计个钢横向应变计和 8 个砼纵向应变计个砼纵向应变计。由于截面 3、截面 5、截面 13、截面 15 中未设置结构温度计，因此每个截面需增设四个钢结构温度计用于结构应变计所需的温度补偿监测，同截面同高度的结构应变计共享同一个结构温度计的数值，共需设置 16 个温度个温度补偿用钢结构温度计补偿用钢结构温度计。所有光纤应变计采样频率为 20hz，用以观测动应变；温度补偿用钢结构温度计可兼做截面结构温度监测用途，采样频率为 1 分钟/次。4.1.1.4.1.7.钢结构疲劳钢结构疲劳上海长江大桥梁部钢结构疲劳监测选取了主梁的辅助墩顶和主跨跨中共 3 个监测截面，辅助

52、墩顶监测截面在两侧箱梁各设置了 6 个钢结构纵向疲劳计，主跨跨中截面在两侧箱梁各设置了 5 个钢结构纵向疲劳计，并在横梁及其附近布置了 4 个钢结构横向疲劳计。监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 19 页 共 231 页）主航道桥共计设置 34 个钢结构纵向疲劳计个钢结构纵向疲劳计，8 个钢结构横向疲劳计个钢结构横向疲劳计，钢结构疲劳监测采用数字化疲劳计，采样频率为 1 天/次，输出结果是疲劳特征参数。4.1.1.4.1.8.梁端梁端上海长江大桥主航道桥梁端监测选取斜拉桥伸缩缝位置，上下行各设置一个梁端位移计（伸缩仪）和一个倾斜仪。共计

53、4 个梁端位移计个梁端位移计和 4 个倾斜计个倾斜计。监测布点位置如下图。梁端监测内容均使用光纤传感器，采样频率为 20hz。另需设置 8 个温度补偿用钢结个温度补偿用钢结构温度计构温度计。4.1.1.4.2.105m 跨叠合梁桥跨叠合梁桥4.1.1.4.2.1.变形变形上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 20 页 共 231 页）105m 跨叠合梁桥实时形变监测主要涉及各跨墩顶及跨中位置，共，主梁每个截面在两外侧防撞墙外各布置一个测点，总共 15 个监测点，使用静力水准仪连通管的方式进行监测，由于连通管设置的要求，需在墩顶位置设立转换点，所以 15 个监测

54、点共计布置 21个静力水准仪个静力水准仪。监测布点位置如下图。静力水准仪采样频率为 2 次/天。4.1.1.4.2.2.温度温度105m 跨叠合梁桥温度监测包括箱梁内大气温度和钢及砼结构温度，温度监测截面选取主跨跨中位置，共布设大气温度计大气温度计 1 个个，钢结构温度计钢结构温度计 9 个个，砼结构温度计砼结构温度计 6 个个。监测布点位置如下图。以上温度监测均使用光纤温度传感器实时监测，采样频率为 1 分钟/次。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 21 页 共 231 页）4.1.1.4.2.3.动力响应动力响应105m 跨叠合梁桥动力监测为结构振动响应

55、监测，结构振动监测选取主梁的两跨（中跨及 90m 边跨） ，在其跨中及 1/4、3/4 跨处布置竖向及横向加速度传感器。监测布点位置如下图。按上图所示，梁部共需设置 12 个竖向加速度传感器个竖向加速度传感器，6 个横向加速度传感器个横向加速度传感器。选用伺服式加速度传感器，采样频率为 50hz。4.1.1.4.2.4.动静载荷力动静载荷力105m 跨叠合梁桥动静载荷力监测选取了中跨跨中、pm56 墩顶、边跨跨中及 pm58墩顶四个监测截面，每个监测截面在箱梁各设置了 6 个钢结构纵向应变计、2 个砼结构纵向应变计。监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步

56、设计方案 第 22 页 共 231 页）上海长江大桥 105m 跨叠合梁桥动静载荷力监测使用光纤传感器，共计 24 个钢纵向个钢纵向应变计应变计，8 个砼纵向应变计个砼纵向应变计。由于截面 3、截面 5、截面 9 中未设置结构温度计，因此每个截面需增设 4 个结构温度计（2 个砼温度计，2 个钢温度计）用于结构应变计所需的温度补偿监测，同截面同高度的结构应变计共享同一个结构温度计的数值，共需设置设置 6 个个温度补偿用钢结构温度计温度补偿用钢结构温度计和 6 个温度补偿用砼结构温度计个温度补偿用砼结构温度计。所有光纤应变计采样频率为20hz，用以观测动应变；温度补偿用结构温度计可兼做截面结构温

57、度监测用途，采样频率为 1 分钟/次。4.1.1.4.2.5.钢结构疲劳钢结构疲劳上海长江大桥 105m 跨叠合梁桥钢结构疲劳监测选取了中跨跨中 1 个监测截面，在箱梁底板均匀布置 3 个钢结构纵向疲劳计个钢结构纵向疲劳计。监测布点位置如下图。105m 跨叠合梁桥共计设置 3 个钢结构纵向疲劳计，钢结构疲劳监测采用数字化疲劳计，采样频率为 1 天/次，输出结果是疲劳特征参数。4.1.1.4.2.6.钢筋应力钢筋应力上海长江大桥 105m 跨叠合梁桥钢筋应力监测选取了 pm56 和 pm58 两个监测截面，在湿接头上排纵向钢筋平均布置 3 个钢筋应力计。监测布点位置如下图。上海崇明越江通道长江隧

58、桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 23 页 共 231 页）105m 跨叠合梁桥共计设置 6 个钢筋应力计个钢筋应力计。由于截面 5、截面 9 中未设置结构温度计，因此每个截面需增设 3 个钢结构温度计用于钢筋应力计所需的温度补偿监测，共需设置 6 个温度补偿用钢结构温度计个温度补偿用钢结构温度计。钢筋应力计和补偿用钢结构温度计均使用光纤传感器，钢筋应力计采样频率为 20hz，温度补偿用结构温度计可兼做截面结构温度监测用途，采样频率为 1 分钟/次。4.1.2定期监测定期监测4.1.2.1.连续梁桥连续梁桥4.1.2.1.1.安全性安全性4.1.2.1.1.1.基础冲刷深度基础

59、冲刷深度年度检测以多波速测量的方法进行，测量要求如下：冲刷深度测量按照水下地形测量要求进行。测量执行规范：水运工程测量规范jtj2032001；测量比例 1:500；测量范围：顺桥向在测量区段长度增加 100 米；横桥向在桥轴线上下游各 100米；高程系统：85 国家高程系统；测试方法：采用多波束测深方法；每年内施测二次，选择夏季、冬季各测一次；需提供资料如下：桥墩基础处地形立体格网图；桥墩基础处地形平面等值线彩图；桥墩基础处地形典型纵、横向剖面图；桥墩基础冲刷情况中间测量报告、总报上海崇明越江通道长江隧桥工程结构健康监测系统投标文件（初步设计方案 第 24 页 共 231 页）告。4.1.2

60、.1.1.2.桥墩变位桥墩变位测量要求如下：测量精度：0.1 毫米；测量内容：桥墩顶竖向、横向、纵向位移值；测量点：每一桥墩不少于两点，并且每次测量时均应在同一固定点处进行；测量周期：每年内施测二次，选择夏季、冬季各测一次。提供成果：测点布值、测量方法、测量值、并判断桥墩是否出现倾斜、滑动、 沉降现象发生，其变形是否超过规范值，给出评估结论。4.1.2.1.1.3.箱梁应力及挠度箱梁应力及挠度测量要求如下：试验工况：主跨跨中最大正弯矩工况；主跨支点负弯矩工况；主跨支点最大剪力工况；边跨最大正弯矩工况；加载方式：试验汽车加载；荷载效率：荷载效率在 0.81.05 之间，一般情况下不小于 0.95