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        高架橋梁高支模施工安全風(fēng)險管控的信息化技術(shù)應(yīng)用研究

        2020-09-26 01:28:02章偉
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年17期
        關(guān)鍵詞:支模高架桿件

        章偉

        (杭州交通投資建設(shè)管理集團有限公司,杭州 310024)

        1 引言

        城市高架橋梁在建設(shè)過程中需要在保持原有通行道路通行的情況下,采用支架現(xiàn)澆工藝進行施工,但施工工藝涉及的安全風(fēng)險因素眾多,施工安全風(fēng)險高, 施工安全事故會引發(fā)嚴(yán)重危害。目前,針對高支模施工安全影響因素和管理對策都開展了研究:從多方面對扣件鋼管支架的安全性做了探討,分析了扣件式鋼管支架搭設(shè)和材料的不安全因素,并對典型的模板支架倒塌事故進行了分析【1】;分析典型人為過失對結(jié)構(gòu)承載力的影響, 計算了帶有多個人為過失的模板支架的可靠度,并分析了人為過失對結(jié)構(gòu)可靠度的影響【2】;分析了腳手架結(jié)構(gòu)應(yīng)達到的設(shè)計安全度和確定扣件壓桿計算長度系數(shù)取值的依據(jù),提出了加強施工安全管理工作的重點要求【3,4】;建立碗扣式滿堂支架系統(tǒng)有限元模型,分析結(jié)構(gòu)在各種不利荷載作用下的應(yīng)力與位移值,并通過對施工過程中支架應(yīng)力和位移值的實時監(jiān)控來驗證支架系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性及數(shù)值計算的可靠性【5】;提出了一種基于Zigbee 和GPRS 無線通信技術(shù)的支架結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)【6】。但是,高架橋梁高支模施工安全管理的技術(shù)措施在現(xiàn)場實施中受到主觀和客觀制約,尚未形成簡便高效的管理系統(tǒng),安全事故仍時有發(fā)生。本文在調(diào)研分析高架橋梁高支模安全事故原因的基礎(chǔ)上,提出采用信息化技術(shù)加強高架橋高支模施工風(fēng)險管理,包括建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支架施工安全監(jiān)測技術(shù),基于移動互聯(lián)技術(shù)的高支模現(xiàn)場施工安全巡檢系統(tǒng),形成一套簡便高效的高支模安全管理信息化系統(tǒng),提高安全風(fēng)險管控水平。

        2 高架橋梁高支模施工安全管理工作分析

        針對典型高架橋支架倒塌事故進行調(diào)研和剖析,找出支架安全管理的重點。

        2.1 2000 年11 月鹽壩高速公路工程高架橋支架倒塌事故

        1)立桿垂直高度誤差偏大,部分扣件未擰緊,水平桿連接未采用搭接方式。

        2)倒塌的第7 跨支架設(shè)計中未設(shè)橫向剪刀撐,縱向雖然設(shè)有剪刀撐,但其數(shù)量不夠。剪刀撐設(shè)置未達到要求,造成了支架主體穩(wěn)定性不足。

        3)支架設(shè)計中對不利荷載因素及分布認(rèn)識不足,未采取相應(yīng)的對策和措施。

        4)施工、監(jiān)理部門管理不力,安全意識薄弱。

        2.2 2002 年2 月,四川省自貢市某跨度80m的現(xiàn)澆箱梁拱橋支架倒塌事故

        1)支架承載力不滿足要求,局部立桿被壓彎失穩(wěn)導(dǎo)致整體坍塌。

        2)不均勻加載。

        3)采用了質(zhì)量不合格的材料、產(chǎn)品和設(shè)備。

        4)支架搭設(shè)不符合規(guī)范要求。

        2.3 2010 年1 月云南昆明機場配套引橋支架垮塌事故

        1)混凝土澆筑過程中出現(xiàn)異常振動,但未引起擔(dān)事人的重視。

        2)個別的施工支架鋼管、扣件存在質(zhì)量問題,導(dǎo)致支架失穩(wěn)。

        3)為節(jié)省人力物力,在支架搭設(shè)中間部分,豎向鋼管安裝過于稀疏,從而導(dǎo)致支架密度不夠。

        從以上3 個典型案例可以看出,設(shè)計計算、構(gòu)配件材質(zhì)驗收、支架施工后驗收,施工過程中支架承受荷載的檢查,支架安全管理工作是否規(guī)范是影響支架安全的主要因素。通過對高架橋梁高支模坍塌事故的原因剖析,高支模安全管理需要從2 個方面著手:(1)抓好高支模結(jié)構(gòu)安全的因素,(2)抓好高支模日常施工的因素,得到了高支模安全管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和管控要點。

        3 高架橋梁高支模安全風(fēng)險控制信息化技術(shù)應(yīng)用

        3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支架監(jiān)測

        高架橋梁高支模施工監(jiān)測是高支模結(jié)構(gòu)性安全管理的重要手段,包括支架桿件承載力和支架整體穩(wěn)定性。高架橋梁高支模有其自身特點:

        1)支架桿件數(shù)量多,密度大,若采用有線監(jiān)測需要解決現(xiàn)場布線困難,若采用無線監(jiān)測需要提高信號的穩(wěn)定性;

        2)施工周期長,從支架預(yù)壓到梁體分層澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿,最后才能實施支架拆除,監(jiān)測系統(tǒng)工作時間長,保證監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)性和完整性。

        本文采用6LoWPN 無線嵌入式物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了高支模體系的桿件內(nèi)力及轉(zhuǎn)角位移、模板沉降變形的實時在線監(jiān)測技術(shù),通過桿件內(nèi)力反映高支模的承載力,通過桿件轉(zhuǎn)角位移和模板沉降位移反映高支模的穩(wěn)定性。

        3.1.1 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目

        1)桿件內(nèi)力監(jiān)測。高支模體系的桿件內(nèi)力監(jiān)測采用鋼弦應(yīng)變傳感器,設(shè)計獨立的激勵與測量系統(tǒng),并將其與基于6LoWPAN 無線通信系統(tǒng)進行整合。

        2)桿件轉(zhuǎn)角位移監(jiān)測。支架桿件轉(zhuǎn)角監(jiān)測采用三軸加速度傳感器,并實現(xiàn)傳感器和無線通信單元進行整合封裝。

        3)模板沉降位移監(jiān)測。模板沉降位移監(jiān)測采用超聲測距傳感器進行位移測量,并實現(xiàn)傳感器和無線通信單元進行整合封裝。

        在傳感器節(jié)點及6LoWPAN 網(wǎng)關(guān)設(shè)計中,傳感單元、微處理器、無線收發(fā)器這3 個部分組成了傳感器節(jié)點硬件框架。

        3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

        在完成物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用B/S 架構(gòu)遵循平臺化、組件化的設(shè)計思想,實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換、接口標(biāo)準(zhǔn)、流程管理,建立了高支模物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。

        3.2 基于移動互聯(lián)技術(shù)的現(xiàn)場安全風(fēng)險管控

        3.2.1 現(xiàn)場安全檢查要求

        高支模施工過程中對人的不安全行為檢查內(nèi)容:對施工現(xiàn)場技術(shù)交底及安全教育不到位等;現(xiàn)場操作人員的不安全行為主要有違規(guī)操作、操作方法錯誤、安全意識薄弱、個體防護不到位、冒險作業(yè)等。對于高支模架體的安全檢查,從架體基礎(chǔ)、穩(wěn)定性、架體防護管理、材料驗收等方面,形成現(xiàn)場檢查清單(見表1)。

        表1 高支模體系現(xiàn)場檢查清單

        3.2.2 基于移動端的現(xiàn)場安全檢查系統(tǒng)

        為了提高高支模施工安全風(fēng)險管理的效率及客觀性,本課題采用移動互聯(lián)技術(shù)采集各風(fēng)險影響因素的現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù),同時也實現(xiàn)現(xiàn)場問題整改的及時性和閉環(huán)管理(見圖1)。

        圖1 支架安全巡視流程

        3.3 典型工程應(yīng)用情況

        某高架橋梁采用組合支架進行橋梁整體現(xiàn)澆施工。組合支架采用φ800mm×10mm 鋼管作為立柱,沿橋梁橫斷面方向共布置5 根,墩頂位置處除中間立柱在承臺上設(shè)置預(yù)埋件外,其余均采用擴大基礎(chǔ),跨中立柱均采用擴大基礎(chǔ),支架外伸凈空高度不小于5m。樁頂縱梁采用2HM588 型鋼,橫梁采用工45a 型鋼間距1m,分配縱梁采用工20 工字鋼間距50cm,分配橫梁采用10cm×10cm 方木間距20cm,頂上鋪1.5cm 竹膠板作為底模。

        在施工時對支架可能發(fā)生較大應(yīng)變(或位移)的部位安裝應(yīng)變(或位移)傳感器,監(jiān)測混凝土澆筑過程中的應(yīng)變(或位移),對支架的安全施工進行提前預(yù)警。

        3.3.1 監(jiān)測內(nèi)容

        物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從安裝到拆除整個過程自2019 年10 月31日~2019 年12 月25 日,監(jiān)測了支架搭設(shè)開始到混凝土澆筑結(jié)束,其中監(jiān)測工況包括:(1)支架預(yù)壓工況;(2)底板及腹板混凝土澆筑工況;(3)頂板混凝土澆筑工況。

        監(jiān)測內(nèi)容具體包括:(1)支架跨中立柱的應(yīng)力變化;(2)支架縱梁跨中變形情況;(3)支架施工現(xiàn)場溫度情況。

        3.3.2 測點布設(shè)

        組合支架的監(jiān)測對象為立柱和鋼梁,監(jiān)測參數(shù)為應(yīng)力和位移。每一聯(lián)每跨選擇L/2(L 為每跨長度)截面處,每個截面選擇3 根立柱各布置1 個應(yīng)力數(shù)據(jù)采集點,選擇3 根縱梁各布置1 個位移數(shù)據(jù)采集點。數(shù)據(jù)采集點共計18 個,其中,位移測點9 個,應(yīng)力測點9 個,由傳感器進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

        3.3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

        該工程支架監(jiān)測信息化管理平臺對支架位移和應(yīng)力進行全過程管理,位移和應(yīng)力數(shù)據(jù)經(jīng)分析后,通過選擇時間顯示應(yīng)力時間曲線圖和通過選擇截面顯示以截面為單位的應(yīng)力圖。

        通過采用物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng),對第5 聯(lián)現(xiàn)澆梁模板支架進行了為期45d 的持續(xù)監(jiān)測(2019 年11 月 8 日~12 月21 日)。監(jiān)測結(jié)果如下:

        1)立柱最大應(yīng)力值為-50.4MPa,小于最不利荷載組合理論值-75.1MPa;

        2)縱向主要鋼梁最大撓度為-20.6mm,扣除溫度和非彈性變形值,基本符合最不利荷載組合下的最大撓度值。

        施工單位安全管理人員按照規(guī)定頻率對施工現(xiàn)場進行巡視,發(fā)現(xiàn)問題及時整改(見圖2)。

        圖2 基于移動端的現(xiàn)場巡視典型數(shù)據(jù)

        4 結(jié)語

        1)高架橋梁高支模安全風(fēng)險管理需要從2 個方面著手:(1)高支模結(jié)構(gòu)安全,重點是高支模結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力和變形響應(yīng);(2)高支模日常施工管理,重點是材料驗收、結(jié)構(gòu)搭設(shè)規(guī)范性、架體維護等具體施工行為。

        2)信息化技術(shù)可以提高高架橋梁高支模安全風(fēng)險管控水平。(1)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實時監(jiān)測高支模結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力和變形響應(yīng),及時提供預(yù)警;(2)移動互聯(lián)技術(shù)可以提高施工現(xiàn)場巡視的效率,實現(xiàn)不安全施工行為的整改閉合。

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