李 云

(湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑設(shè)備工程系，湖南 湘潭411101)

頂進(jìn)法施工是借助于頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服頂進(jìn)構(gòu)件與周圍土壤的摩擦力，將構(gòu)件按設(shè)計(jì)的要求頂入土中的一種非開(kāi)挖施工技術(shù)[1-2]﹒該方法減少了土方開(kāi)挖對(duì)周圍建筑物、構(gòu)筑物、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備和環(huán)境的影響，但是施工過(guò)程中要對(duì)附近的建筑物、構(gòu)筑物、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常就必須停止施工，分析原因并采取措施[3-4]﹒因此，全程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)過(guò)程對(duì)設(shè)施造成的破壞成了非常重要的控制手段[5]﹒本文針對(duì)郴州市人民東路延伸段下穿京港澳高速公路頂進(jìn)框架橋工程對(duì)京港澳高速公路的路基路面沉降進(jìn)行了基于物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)應(yīng)用﹒

1 物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

京港澳高速公路交通繁忙，車流量非常大，如果采用常規(guī)的水準(zhǔn)儀測(cè)量方法在框架橋頂進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)路基路面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，非常容易造成安全事故[6]﹒根據(jù)對(duì)周圍情況的分析，采用我國(guó)自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]﹒該物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8]由傳感器(靜力水準(zhǔn)儀)、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、無(wú)線接收裝置、數(shù)據(jù)采集處理主機(jī)等組成﹒物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖1，傳感器(靜力水準(zhǔn)儀)的靜力水準(zhǔn)原理見(jiàn)圖2，本系統(tǒng)的傳感器采用的是液壓式靜力水準(zhǔn)儀﹒

圖1 物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖2 靜力水準(zhǔn)原理圖

使用徠卡TM 30全站儀采用三角高程法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)常規(guī)監(jiān)測(cè)手段與自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，與三角高程法沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行互相驗(yàn)證，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面見(jiàn)圖3﹒

圖3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面

物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適應(yīng)于全天候和復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)測(cè)，它能夠大大減少人力、物力的投入﹒系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量路基路面沉降量，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到檢測(cè)中心，首先，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的液面沉降差，得到該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際沉降值；然后，將實(shí)際沉降值與控制值比較，判斷是否超過(guò)報(bào)警值；最后，將結(jié)果作為控制頂進(jìn)法施工速度的依據(jù)，確保安全施工﹒本項(xiàng)目采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)就需要4人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)作業(yè)，并且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和監(jiān)測(cè)設(shè)備處于交通繁忙的京港澳高速公路上，人員和設(shè)備極其不安全；采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)只需要1人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，人員減少了75%，大大降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人為誤差，提高了工作效率﹒

2 工程項(xiàng)目自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)施

2.1 工程項(xiàng)目概況

郴州市人民東路延伸段項(xiàng)目下穿京港澳高速公路頂進(jìn)框架橋工程項(xiàng)目位于郴州市人民東路K2+762.49處，與京港澳高速公路交叉(公路樁號(hào)K1787+120)﹒該交叉節(jié)點(diǎn)采用預(yù)制頂進(jìn)框架橋下穿京港澳高速公路的設(shè)計(jì)方案，是郴州市人民東路延伸段建設(shè)工程的重要節(jié)點(diǎn)工程﹒框架橋段長(zhǎng)74m，為減少施工對(duì)高速公路的影響，其中高速公路路基下58.0 m 長(zhǎng)范圍采用預(yù)制頂進(jìn)施工，兩側(cè)出入口各8.0 m 長(zhǎng)范圍采用現(xiàn)澆施工﹒洞口采用一字形擋墻﹒左、右幅框架結(jié)構(gòu)均為單箱單室布置，凈寬分別為13.0 和8.75 m，凈高均為7.5 m；頂、底板厚均為1.0 m，側(cè)墻厚均為0.9 m﹒立交范圍高速公路為高邊坡路基段，路面高程約228 m，高速公路路基頂寬約27 m，雙向6 車道﹒西側(cè)現(xiàn)狀地面高程約212m；東側(cè)現(xiàn)狀地面高程約214 m，東側(cè)場(chǎng)地基本位于X091立交設(shè)計(jì)用地范圍，整體地形起伏較小﹒項(xiàng)目地理位置見(jiàn)圖4﹒

圖4 項(xiàng)目地地理位置

京港澳高速公路沉降監(jiān)測(cè)的目的是及時(shí)反饋信息，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工的合理性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)施工組織，為信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使施工方根據(jù)實(shí)際情況和狀態(tài)參數(shù)不斷修正原先確定的各施工階段的理想狀態(tài)，使施工狀態(tài)始終處于控制范圍之內(nèi)﹒本工程項(xiàng)目按照規(guī)范要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)置8個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(編號(hào)為BM 1、BM 2、BM 11、BM 12、BM 17～BM 20)，4個(gè)工作基點(diǎn)(編號(hào)為BM 13～BM 16)，以保證在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中穩(wěn)定、可靠，且有檢核條件﹒在京港澳高速公路上跨青年大道的橋梁的兩側(cè)橋臺(tái)上各埋設(shè)1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，分別為BM 1和BM 2，然后順著X091道路向框架橋下穿高速路的兩側(cè)布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，分別為BM 11～BM 16﹒其中BM 11～BM 12作為基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)于距離較遠(yuǎn)地質(zhì)穩(wěn)定的區(qū)域；BM 13～BM 16為工作基點(diǎn)，埋設(shè)靠近頂進(jìn)區(qū)域且受影響較小的區(qū)域﹒BM 17～BM 20作為框架橋沉降和鋼盾構(gòu)框架沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在頂推臺(tái)背后穩(wěn)定區(qū)域，同時(shí)在硬路肩、車道分割線和中央分隔帶分別布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面﹒高速公路路基路面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(部分和路面水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共點(diǎn))共設(shè)置了24 個(gè)，其布置見(jiàn)圖5﹒

圖5 高速公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在該項(xiàng)目施工影響區(qū)域內(nèi)和京港澳高速公路中間隔離帶處共布設(shè)了4個(gè)自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11～CJ14，見(jiàn)圖5﹒為了監(jiān)測(cè)人員、儀器設(shè)備的安全以及不影響京港澳高速公路的正常運(yùn)行，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11～CJ14 無(wú)法使用水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中CJ11和CJ12為自動(dòng)化檢測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)﹒把4個(gè)靜力水準(zhǔn)儀布設(shè)在高速公路中間隔離帶監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11～CJ14旁；另外在中間隔離帶和框架橋外側(cè)邊線往南方向約20 m 處設(shè)置一靜力水準(zhǔn)儀作為整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)[9]﹒在高程較低處砌筑混凝土墩，使各靜力水準(zhǔn)儀基本處于同一高程﹒

2.3 沉降基準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)與穩(wěn)定性檢驗(yàn)

將沉降基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)成環(huán)型閉合線路，按水準(zhǔn)測(cè)量法與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)﹒按照《工程測(cè)量規(guī)范》[10]二等垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)要求(見(jiàn)表1)，儀器使用電子水準(zhǔn)儀(標(biāo)稱精度0.3 mm/km)﹒

表1 垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)主要技術(shù)要求 mm

2.4 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)分為2種模式布設(shè)，第1種模式是在禁止車輛通行的封閉施工路面，與位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)同點(diǎn)，一端為光滑圓頭作為立尺點(diǎn)，見(jiàn)圖6；第2種模式是在正常通車路面，使用道釘作為標(biāo)志物，在道釘頂部刻槽后貼上反光片作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量其高程來(lái)計(jì)算沉降量﹒

圖6 高速公路路基路面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(路肩與中間隔離帶處)

2.5 路基路面沉降監(jiān)測(cè)方法

沉降監(jiān)測(cè)使用拓普康DL501 電子水準(zhǔn)儀，配合銦鋼條碼尺或玻璃鋼條碼尺進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，需分別在高速路兩側(cè)將水準(zhǔn)線路布設(shè)成環(huán)型閉合線路：從BM 13起，經(jīng)過(guò)BM 14、BM 15及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)后閉合于BM 13﹒水準(zhǔn)儀觀測(cè)限差精度等級(jí)要求滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)[11]中二等沉降觀測(cè)等級(jí)，水準(zhǔn)儀觀測(cè)限差見(jiàn)表2，其中環(huán)線閉合差限差1.0n(n為環(huán)線總測(cè)站數(shù)，單位mm)﹒觀測(cè)條件受限時(shí)，可采用最短符合/閉合水準(zhǔn)線路支點(diǎn)法觀測(cè)[12]﹒

2.6 監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)周期為從框架橋頂進(jìn)開(kāi)始前1周至框架橋頂進(jìn)完成后框架橋及高速公路各監(jiān)測(cè)項(xiàng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定﹒依據(jù)設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及監(jiān)測(cè)情況，確定監(jiān)測(cè)頻率，見(jiàn)表3﹒

表2 數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測(cè)限差mm

表3 高速公路路基路面沉降監(jiān)測(cè)頻率 次/天

3 路基路面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11～CJ14 在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)共讀取了244 次數(shù)據(jù)﹒通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得到了監(jiān)測(cè)周期內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，見(jiàn)表4﹒

路基路面累計(jì)沉降時(shí)程見(jiàn)圖7﹒圖7表明：

1)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11 累計(jì)變化量在2018-04-11達(dá)到﹣1 1.8 7 mm/d.

表4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化統(tǒng)計(jì)分析

圖7 高速公路路基路面累計(jì)沉降時(shí)程

2)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ12 累計(jì)變化量在2018-01-13，2018-01-30和2018-04-05 分別達(dá)到了-11.30，-11.74和-10.49mm/d﹒

3)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ13 累計(jì)變化量在2018-01-06達(dá)到-10.52mm/d﹒

4)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ14 累計(jì)變化量在2018-01-06日達(dá)到-11.23mm/d﹒

以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量當(dāng)天均超出控制值10 mm，超過(guò)報(bào)警值和控制值，已經(jīng)報(bào)警﹒且在之后的施工過(guò)程中仍有部分點(diǎn)累計(jì)變化量超出控制值10mm/d，均及時(shí)向業(yè)主發(fā)出了書(shū)面報(bào)警﹒

3.2 水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為了檢驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11～CJ14在監(jiān)測(cè)周期進(jìn)行了51次水準(zhǔn)儀測(cè)量，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中耗費(fèi)了4人17 d的時(shí)間和1.48萬(wàn)元的防護(hù)設(shè)施費(fèi)﹒通過(guò)對(duì)水準(zhǔn)儀測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表5﹒

表5 水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

表5數(shù)據(jù)表明：

1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ13沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)，與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的結(jié)果不一致﹒通過(guò)分析原因，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樗疁?zhǔn)儀測(cè)量過(guò)程中存在人為讀數(shù)失誤導(dǎo)致的﹒

2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11，CJ12和CJ14雖然與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的結(jié)果一致，出現(xiàn)了報(bào)警狀態(tài)，但是監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ11和CJ12的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值比自動(dòng)化監(jiān)測(cè)低，分別存在誤差-10.58%和-3.60%，監(jiān)測(cè)點(diǎn)CJ14的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值比自動(dòng)化監(jiān)測(cè)高，存在誤差4.76%﹒

4 結(jié)論

1)該物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在整個(gè)框架橋下穿京港澳高速公路頂進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)高速公路路基路面沉降進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)測(cè)，是一種行之有效的科學(xué)監(jiān)測(cè)手段和方法﹒其與傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀測(cè)量相較能夠有效減少人力75%，大大降低了成本﹒

2)該物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)比水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)精度與準(zhǔn)確性至少提高了3.6%﹒其為京港澳高速公路施工影響區(qū)域的安全以及施工期間京港澳高速公路的正常運(yùn)行提供了有力的保障﹒