羅雪洪

（中交城市投資控股有限公司 廣州510290）

0 引言

施工過程中的重大安全事故時有發(fā)生，其中支撐高度超過8 m，或搭設(shè)跨度超過18 m，或施工總荷載大于15 kN/m2，或集中線荷載大于20 kN/m 的模板支撐系統(tǒng)（高大模板支架，簡稱“高支?！保┛逅鹿仕急壤龢O高［1，2］。張永春等人［3］認為進行高支模全過程監(jiān)控具有重要的現(xiàn)實意義，然而現(xiàn)有高支模施工的監(jiān)控方法主要是采用光學儀器，具有無法覆蓋關(guān)鍵桿件、重點部位、只能了解高支模外圍情況而無法感知高支模安全情況等缺點，應(yīng)采用高支模服役全過程遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控量測。邱凌云等人［4］建立了以多傳感器協(xié)同監(jiān)測、遠程監(jiān)控系統(tǒng)和智能全站儀監(jiān)測等現(xiàn)代技術(shù)為依托的大型高支模智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并進行了工程應(yīng)用。姜珂等人［5］利用智能無線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對高支模架體受荷坍塌過程進行了實時監(jiān)測，分析架體的變形和預(yù)警情況。

本文以廣州市南沙區(qū)某地下空間工程為依托，介紹智能無線傳感技術(shù)在高支模監(jiān)測工程中的實施及應(yīng)用情況，以期為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

在粵港澳大灣區(qū)國家戰(zhàn)略背景下，廣州提出了將南沙區(qū)作為唯一副中心，打造成灣區(qū)交通中心的發(fā)展目標［6］，其中地下空間的開發(fā)是交通建設(shè)中的一個重要環(huán)節(jié)。南沙區(qū)某地下空間工程位于南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)靈山島，建設(shè)內(nèi)容主要包括沿線地下商業(yè)街、垂直交通空間、地下公共通道的建筑、結(jié)構(gòu)、基坑圍護、空調(diào)通風、電氣、建筑給排水等。本工程建筑面積約3.98 萬m2，總長度約837 m，分為東、西和中3 個區(qū)進行基坑和結(jié)構(gòu)施工，其結(jié)構(gòu)標準寬度為40 m。其中西區(qū)的地下空間的平面布置、典型斷面如圖1、圖2 所示。由圖1、圖2 可知，西區(qū)地下空間長度約310 m，標準段層高7.70 m，管廊部位降板層高5.86 m，其中板厚600 mm，梁 有700 mm×2 500 mm、700 mm×2 300 mm、700 mm×1 100 mm、700 mm×1 000 mm 等尺寸。在進行結(jié)構(gòu)施工時，西區(qū)地下空間沿著縱向共分成10 個施工區(qū)域，分別命名為W1～W10區(qū)。

圖1 西區(qū)地下空間平面布置Fig.1 Plan View of West Undeground Space

圖2 西區(qū)地下空間典型斷面Fig.2 Typcial Cross-section of West Undeground Space

根據(jù)安全、經(jīng)濟、施工方便等要求，本工程采用碗扣式鋼管腳手架的模板支撐體系。碗扣鋼管規(guī)格為φ 48×3.5（計算時按φ 48×3.0），無縫鋼管規(guī)格為φ 48×3.5，模板面板采用18 mm厚膠合板，方木采用100 mm×100 mm 松木，對拉螺栓采用φ 14 圓鋼，高大模板支架的典型斷面如圖3所示。

圖3 西區(qū)高大模板支架體系斷面Fig.3 Cross-section of High-formwork Support System for West Undeground Space

由于受碗扣架搭設(shè)材料定型模數(shù)限制，局部梁兩側(cè)板下懸空部位或局部非超重梁需采用鋼管加頂托方式加固。采用品茗施工安全設(shè)施計算軟件對模架設(shè)計進行驗算，考慮的荷載標準值為：①模板0.30 kN/m2；②新澆混凝土自重24 kN/m3；③鋼筋自重，板中取1.1 kN/m3，梁中取1.5 kN/m3；④施工荷載標準值為2.5 kN/m3。

2 智能無線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

為掌握混凝土澆搗過程中高支模支撐體系的工作狀態(tài)，保障高支模支架現(xiàn)澆混凝土工程施工安全，及時發(fā)現(xiàn)混凝土澆搗過程中高支模系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)的異常變化，防止高支?？逅劝踩鹿实陌l(fā)生，針對危險性較大的高支模工程引進實施智能無線監(jiān)測系統(tǒng)，以確保施工安全。

智能無線監(jiān)測系統(tǒng)包括現(xiàn)場傳感器、全站儀和攝像頭安裝部分、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)控制中心、預(yù)警模塊四部分，如圖4 所示。采用現(xiàn)場傳感器進行監(jiān)測的項目包括：模板水平位移和沉降、支撐軸力及立桿傾角。傳感器的具體參數(shù)如表1所示。

圖4 智能無線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic Map of Intelligent Wireless Monitoring System

表1 現(xiàn)場傳感器參數(shù)Tab.1 Cross-section of High-formwork Support System for West Undeground Space

傳感器的布設(shè)位置為：①位移觀測點設(shè)置于關(guān)鍵部位或薄弱部位，設(shè)置于模板單元框架頂部的四角、四邊中部以及中部受力較大的部位；②軸壓傳感器安裝在頂托與模板底梁之間；③傾斜觀測點位于支撐體系的特征點處，如支撐體系四角、長邊中點以及其他根據(jù)施工現(xiàn)場特點需要重點關(guān)注的部位。此外，傳感器與通訊設(shè)施模塊分離，通過軟線連接，避免通訊設(shè)備在更換電池、設(shè)置參數(shù)過程中對監(jiān)測結(jié)果的干擾。

3 監(jiān)測方案

以W5 和W10 區(qū)為例，沿著縱向均設(shè)置了8 個監(jiān)測點，如圖5所示。

圖5 監(jiān)測點布置Fig.5 Monitoring Point Layout

根據(jù)廣州市建設(shè)主管部門頒布的規(guī)范、文件，確定各監(jiān)測指標的限值和預(yù)警值如表2 所示，其中支撐軸力預(yù)警值以略高于理論計算值為依據(jù)設(shè)置。

表2 監(jiān)測項目及限值Tab.2 Monitoring Items and Limit Value

W5 區(qū)的監(jiān)測于2017 年12 月21 日10∶00 開始，至次日9∶00 結(jié)束，共歷時23 h；W10 區(qū)的監(jiān)測于2017 年12 月28 日9∶00 開始，至次日4∶00 結(jié)束，共歷時19 h，均為每0.5 h采集1次數(shù)據(jù)。

4 監(jiān)測結(jié)果分析

由于篇幅限制，僅繪制監(jiān)測點W10-8模板水平和沉降隨時間變化曲線、傾角與支撐軸力變化曲線，如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7 可知，在混凝土澆筑過程中，模板沉降和支撐軸力都呈現(xiàn)出明顯的階段性和跳躍特征，主要表現(xiàn)為：①W10-8 的模板沉降出現(xiàn)三階段跳躍，在澆筑當天的13∶30到14∶30出現(xiàn)從0到7.5 mm的跳躍，16∶30 到17∶30 出現(xiàn)從7.5 mm 到11.5 mm 的跳躍，然后在23∶00 到23∶30 出現(xiàn)了從11.5 mm 到14 mm 左右的最后一次跳躍；②W10-8的支撐軸力出現(xiàn)兩階段跳躍，分別在22∶00 到22∶30 以及23∶30到00∶00這2個時段，軸力值分別從0 kN增長到9 kN，再到15 kN左右。模板的最終沉降接近預(yù)警值15 mm，但支撐軸力低于預(yù)警值23 kN。

圖6 模板水平位移和沉降變化曲線Fig.6 Horizontal Displacement and Settlement Curve of the Template

圖7 支撐軸力和立桿傾斜率變化曲線Fig.7 Change Curve of Support Axis Force and Pole Inclination Rate

模板的水位平移和立桿傾斜率都呈現(xiàn)出振蕩上行趨勢，但總體量值較小，水平位移最大約達2.5 mm，立桿傾斜率最大約為0.35%，都明顯低于限值要求。

表3 匯總了W5 和W10 區(qū)共計16 個監(jiān)測點位的模板沉降、水平位移、立桿傾角和支撐軸力最大值。

表3 監(jiān)測最大值匯總Tab.3 Maximum Value of Monitoring Items

結(jié)合監(jiān)測點位布置圖（見圖5），可知W5 區(qū)監(jiān)測較大值主要出現(xiàn)在W5-6 和W5-7，即西側(cè)南、北2 個監(jiān)測點；W10 區(qū)監(jiān)測較大值主要出現(xiàn)在W10-7 和W10-8，即南側(cè)的2個監(jiān)測點。此外，從總體上看，W5區(qū)的監(jiān)測值小于W10 區(qū)，安全系數(shù)更大。因此，雖然所有監(jiān)測項目都未超過預(yù)警值，但需關(guān)注模板南側(cè)的安全問題。這可能是由于混凝土澆筑過程中，局部布料不均勻，從而造成局部數(shù)據(jù)偏高。

表4 對W10 區(qū)支撐軸力的理論計算值和實測值進行了匯總和對比。由表4 可知，W10 區(qū)每個支撐軸力的計算值均比理論值大，安全系數(shù)在1.5～2.2 之間，這表明模板系統(tǒng)的設(shè)計比較安全、可靠。

表4 支撐軸力計算值與監(jiān)測值、預(yù)警值Tab.4 Computed，Monitoring and Early-warning Value of Trut Anxial Force

在實際應(yīng)用中，由于安裝質(zhì)量和傳輸精度的影響，智能無線監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)過幾次誤判和無效數(shù)據(jù)。分析原因主要包括以下幾個方面：①傳感器的傳輸路徑和接收方式主要依靠無線接收，現(xiàn)場的干擾源（如電焊機、發(fā)動機等）存在或多或少的影響；②傳感器安裝時，作業(yè)人員安裝質(zhì)量不到位或安裝位置不當；③支架內(nèi)模板巡查工人在安全巡查過程中，無意間可能碰觸到傳感器或數(shù)據(jù)線。

因此，加強對傳感器安裝質(zhì)量、安裝位置的合理性、干擾源的避讓，是有效控制監(jiān)測數(shù)據(jù)精度和準確性的一種有效途徑。

5 結(jié)語

本文介紹了廣州市南沙區(qū)某地下空間工程西區(qū)的高支模方案設(shè)計，及智能無線監(jiān)測技術(shù)在該工程中的應(yīng)用，分析了模板水平位移、沉降、立桿傾斜率和支撐軸力的變化情況，分析了系統(tǒng)數(shù)據(jù)誤判和無效數(shù)據(jù)的原因。主要得出如下結(jié)論：

⑴在混凝土澆筑過程中，智能無線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對模板、立桿變形和支撐軸力等的全過程實時感知。

⑵模板的沉降和支撐軸力呈現(xiàn)出明顯的階段性和跳躍特征，具有明顯的警示作用，需重點關(guān)注；模板水平位移和立桿傾斜率呈現(xiàn)出振蕩上行趨勢，整體變化量較小。

⑶支撐軸力實測值與理論值的對比表明模板系統(tǒng)的安全系數(shù)在1.5～2.1 之間，驗證了設(shè)計方案的安全可靠性。

⑷采用智能無線監(jiān)測系統(tǒng)進行高支模監(jiān)測時，需注意消除無線信號干擾、施工可靠性和設(shè)備保護問題，從而避免出現(xiàn)誤判和無效數(shù)據(jù)。