陳蕃鴻，王依列，董清崇，許錦林，束學(xué)智

(1.中建一局華江建設(shè)有限公司，北京 100161； 2.上海天演建筑物移位工程股份有限公司，上海 200336)

0 引言

在城市化進(jìn)程中，建筑平移作為一種保護(hù)原有建筑不受破壞而進(jìn)行位移的技術(shù)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。由于施工偏差，在平移過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)建筑物偏移的問(wèn)題。而采取平移技術(shù)的建筑物多為歷史保護(hù)建筑或大跨度、巨型結(jié)構(gòu)，平移過(guò)程中受力變化較大、平移偏差較大將會(huì)使受力變化不合理，對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；偏差較小也可能對(duì)后續(xù)的平移產(chǎn)生影響，使平移施工不能順利進(jìn)行。因此在平移過(guò)程中對(duì)建筑物進(jìn)行偏移監(jiān)測(cè)與糾正是有必要的。

1 糾偏技術(shù)

目前，建筑物平移工程技術(shù)日益成熟，平移形式日趨多樣化，同時(shí)建筑物平移過(guò)程中出現(xiàn)跑偏的問(wèn)題也趨于復(fù)雜化。在平移過(guò)程中，橫向偏移是監(jiān)測(cè)與控制的重點(diǎn)，尤其在平移旋轉(zhuǎn)工程中，由于操作不規(guī)范導(dǎo)致的建筑物偏拉現(xiàn)象十分常見(jiàn)。橫向偏移過(guò)大會(huì)引起建筑物偏離頂推路線，增加建筑物下部滑移設(shè)備滑出軌道的風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)建筑物局部受力過(guò)大的問(wèn)題，從而造成頂推困難和頂推停滯。

1.1 傳統(tǒng)糾偏技術(shù)

由于缺乏相關(guān)規(guī)范，平移過(guò)程中產(chǎn)生的偏移沒(méi)有較為統(tǒng)一的糾偏技術(shù)。傳統(tǒng)的橫向偏移控制實(shí)行人工糾偏的方式，當(dāng)人為監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)建筑物平移出現(xiàn)偏移時(shí)，需停止頂推施工，再采用橫向千斤頂對(duì)建筑物進(jìn)行糾偏作業(yè)，缺乏靈活性、實(shí)時(shí)性、自動(dòng)性，是一種被動(dòng)糾偏方法，風(fēng)險(xiǎn)較大，不利于建筑物連續(xù)頂推施工，更不能解決建筑物旋轉(zhuǎn)和沿連續(xù)曲線移位這類(lèi)對(duì)移位精度定量控制要求更為嚴(yán)格的復(fù)雜移位問(wèn)題。

1.2 實(shí)時(shí)糾偏技術(shù)

在土木工程逐漸趨向自動(dòng)化、智能化的今天，施工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化也是十分有必要的，由此介紹一種實(shí)時(shí)糾偏技術(shù)在工程中的應(yīng)用。廈門(mén)后溪長(zhǎng)途汽車(chē)站主站房在平移過(guò)程中，采用步履式頂推平移技術(shù)，同時(shí)配合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控建筑物位移情況并進(jìn)行位移矯正，實(shí)現(xiàn)平移過(guò)程智能、實(shí)時(shí)、自動(dòng)糾偏的目的。實(shí)時(shí)糾偏技術(shù)與傳統(tǒng)糾偏技術(shù)相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工序簡(jiǎn)化、減少人員設(shè)備投入，經(jīng)濟(jì)效益高，對(duì)降低工程整體造價(jià)有顯著作用。

2 實(shí)時(shí)糾偏系統(tǒng)

2.1 PLC(programmable logic controller)控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)糾偏系統(tǒng)的第1部分，也是防止建筑物在平移過(guò)程中出現(xiàn)橫向偏拉的“第1道防線”。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)的可編程控制器進(jìn)行平移軌跡計(jì)算以及施工操作編程，可得到具體的平移軌跡以及施工時(shí)的操作步驟，實(shí)現(xiàn)建筑物平移的自動(dòng)化過(guò)程，同時(shí)保證平移過(guò)程精準(zhǔn)度要求，為無(wú)偏差平移創(chuàng)造條件。PLC控制系統(tǒng)在自動(dòng)化操作過(guò)程中，通過(guò)位移傳感器收集建筑物實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)，并與理想狀態(tài)下的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，當(dāng)出現(xiàn)偏差值過(guò)大的情況時(shí)，即通過(guò)糾偏系統(tǒng)進(jìn)行糾偏。

2.2 糾偏系統(tǒng)

糾偏組件包括限位梁、位移傳感器、糾偏千斤頂和液壓控制系統(tǒng)、滑動(dòng)裝置、反力組件等部分。

1)限位梁

限位梁布置于托盤(pán)梁底部，沿著待平移建筑物遷移的方向設(shè)置，作用是在檢測(cè)到建筑產(chǎn)生偏拉后，為千斤頂進(jìn)行位移糾正提供糾正力的作用點(diǎn)，保護(hù)原有結(jié)構(gòu)不受破壞。

2)位移傳感器

通過(guò)位移傳感器采集位移數(shù)據(jù)，當(dāng)位移數(shù)據(jù)出現(xiàn)與計(jì)算數(shù)據(jù)偏差較大的狀況時(shí)，開(kāi)始啟用糾偏系統(tǒng)，同時(shí)觀測(cè)橫向偏拉糾正是否在可接受范圍內(nèi)，當(dāng)糾偏后位移偏差消失，即可停止糾正過(guò)程。

3)糾偏千斤頂和液壓控制系統(tǒng)

糾偏千斤頂與液壓控制系統(tǒng)相連，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制千斤頂?shù)募m偏工作。液壓控制系統(tǒng)包括主控計(jì)算機(jī)、液壓控制系統(tǒng)總站和液壓控制系統(tǒng)泵站，主控計(jì)算機(jī)為液壓控制系統(tǒng)總站提供指令，采用位移控制，并通過(guò)液壓控制系統(tǒng)泵站為糾偏千斤頂提供相適應(yīng)的油壓，促使糾偏千斤頂自動(dòng)伸長(zhǎng)或者收縮。

4)滑動(dòng)裝置

滑動(dòng)裝置作為糾偏千斤頂?shù)幕蓭еЫ镯斞刂尬涣旱膬啥嘶瑒?dòng)，使之移動(dòng)到偏拉較為嚴(yán)重的部位進(jìn)行糾偏工作。

5)反力組件

反力組件由反力架和水平托板兩部分組成。反力架安裝在限位梁的兩側(cè)，在反力架的內(nèi)側(cè)、靠近底部位置處安裝水平托板。反力組件的主要作用就是為千斤頂提供反力支撐，使千斤頂可進(jìn)行頂推偏拉糾正。

2.3 工藝原理

糾偏系統(tǒng)利用PLC控制系統(tǒng)、限位梁、位移傳感器、糾偏千斤頂和液壓控制系統(tǒng)、滑動(dòng)裝置、反力組件等設(shè)備及構(gòu)件對(duì)平移建筑物進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)的橫向糾偏。位移傳感器實(shí)時(shí)采集待平移建筑物的位移數(shù)據(jù)，傳遞給PLC控制系統(tǒng)與理論位移值進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏移過(guò)大時(shí)，液壓控制系統(tǒng)對(duì)糾偏裝置采用位移的方式控制，進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏。在糾偏千斤頂?shù)膬蓚?cè)分別設(shè)置滑動(dòng)裝置和反力架，當(dāng)待平移建筑物平移過(guò)程出現(xiàn)偏移時(shí)，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制糾偏千斤頂自動(dòng)伸長(zhǎng)或者收縮，千斤頂作用于限位梁上，促使建筑物及時(shí)復(fù)位。

3 施工工藝流程

以廈門(mén)后溪長(zhǎng)途汽車(chē)站平移項(xiàng)目為例，介紹建筑平移時(shí)的糾偏施工流程。糾偏系統(tǒng)施工流程如下：施工準(zhǔn)備→限位梁施工→反力組件安裝→平移及糾偏設(shè)備安裝與線路連接→調(diào)試→建筑物平移實(shí)時(shí)糾偏→精確就位→設(shè)備及限位梁拆除。

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1物資和材料準(zhǔn)備

千斤頂、坦克車(chē)參數(shù)滿(mǎn)足要求，反力機(jī)構(gòu)鋼板規(guī)格及尺寸符合要求。

3.1.2限位梁施工

原址限位梁采用原底板鑿毛植筋上部再做疊合梁的做法。過(guò)渡區(qū)域采用樁基上直接設(shè)置限位梁的做法。新址采用新址底板上預(yù)留鋼筋并設(shè)置疊合梁的做法。

1)限位梁軸線放樣 保證梁各細(xì)部結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)一致，各軸線、角點(diǎn)與設(shè)計(jì)位置相同。測(cè)量放樣方法以全站儀坐標(biāo)法為主，控制限位梁的軸線。利用全站儀坐標(biāo)法放樣軸網(wǎng)縱橫軸線平行控制線，然后根據(jù)圖紙上軸網(wǎng)控制線至限位梁的中心線，以此來(lái)定出限位梁。采用全站儀以虛擬圓心法為主，以中心放樣反算法作校核測(cè)定限位梁中心偏差。限位梁梁頂標(biāo)高采用水準(zhǔn)儀測(cè)量，在限位梁范圍內(nèi)布設(shè)高程控制樁，以此作為高程基準(zhǔn)。

2)支模板 模板采用硬塑料長(zhǎng)模板，模板上皮用水準(zhǔn)尺精確找平，固定牢固，模板水平度控制在10mm 內(nèi)。

3)限位梁混凝土澆筑 澆筑時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制軸線位置以及高程。

3.1.3反力組件安裝

1)在限位梁的兩側(cè)安裝反力架，并且在反力架的內(nèi)側(cè)、靠近底部位置處安裝水平托板。

2)反力組件設(shè)置在限位梁的兩側(cè)，且與限位梁之間留有適合安裝糾偏設(shè)備的間距。

3)反力組件包括反力架和水平托板，采用鋼結(jié)構(gòu)材料焊接而成；其中反力架采用高強(qiáng)螺栓固定連接在托盤(pán)梁的底部，水平托板水平焊接在反力架的內(nèi)側(cè)。

4)反力架包括水平板和豎向擋板，水平板貼設(shè)在托盤(pán)梁的底部，且與托盤(pán)梁固定連接；豎向擋板連接在水平板的底部一側(cè)，并且與限位梁的側(cè)面平行；水平板和豎向擋板的外側(cè)面之間設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)加勁板。

反力組件與限位梁關(guān)系如圖1所示。

圖1 反力組件與限位裝置關(guān)系剖面

3.1.4平移、糾偏設(shè)備安裝與線路連接

1)托盤(pán)梁、軌道梁施工完成后在軌道梁上安裝建筑物平移頂升及頂推設(shè)備，確保建筑物能正常頂升及向既定方向頂推。

2)滑動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)滑動(dòng)連接在限位梁的兩側(cè)、靠近頂部位置處，并且滑動(dòng)裝置沿著平行于限位梁的長(zhǎng)軸方向前移?；瑒?dòng)裝置為坦克車(chē)，包括坦克車(chē)主體。其中，坦克車(chē)主體的頂部為平面，并且在平面上設(shè)有鋼板連接件。坦克車(chē)主體的底部設(shè)置有滾輪，滾輪緊貼在限位梁的側(cè)壁向前滾動(dòng)，坦克車(chē)主體頂部的鋼板連接件與糾偏千斤頂?shù)亩瞬抗潭ㄟB接?；瑒?dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滑動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

3)在水平托板上安裝糾偏千斤頂，使糾偏千斤頂?shù)亩瞬颗c反力架連接，并在托板上安裝位移傳感器。

4)位移傳感器采用第1信號(hào)線與液壓控制系統(tǒng)泵站連接。糾偏千斤頂連接在豎向擋板與滑動(dòng)裝置之間，采用油管與液壓控制系統(tǒng)泵站連接。油管上還依次連接有分配器及壓力傳感器。壓力傳感器通過(guò)第2信號(hào)線與液壓控制系統(tǒng)泵站連接，用于接收位移傳感器采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)糾偏千斤頂進(jìn)行控制。

5)在安裝糾偏千斤頂后調(diào)節(jié)糾偏千斤頂，使糾偏千斤頂與限位梁之間的間距與滑動(dòng)裝置的高度相適應(yīng)。

糾偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 糾偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 調(diào)試

1)液壓系統(tǒng)檢查 油缸安裝牢固正確；泵站與油缸之間的油管連接必須正確、可靠；油箱液面應(yīng)達(dá)到規(guī)定高度；備用液壓油，加油必須經(jīng)過(guò)濾油機(jī)；液壓系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，油路有無(wú)堵塞或泄漏；液壓油是否需要通過(guò)空載運(yùn)行過(guò)濾清潔。

2)控制系統(tǒng)檢查 系統(tǒng)安裝就位并已調(diào)試完畢；各路電源其接線、容量和安全性都應(yīng)符合規(guī)定；控制裝置接線、安裝必須正確無(wú)誤；應(yīng)保證數(shù)據(jù)通訊線路正確無(wú)誤；PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，液壓系統(tǒng)對(duì)控制指令反應(yīng)是否靈敏；各傳感器系統(tǒng)保證信號(hào)正確傳輸；系統(tǒng)能否升降自如；位移傳感器的工作情況；各種閥的工作狀況是否正常。

3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢查 信號(hào)傳輸無(wú)誤。

4)初值的設(shè)定與讀取 系統(tǒng)初始加載由液壓工程師會(huì)同土建工程師共同確定并報(bào)總指揮，最終由系統(tǒng)操作員輸入PLC控制系統(tǒng)；讀取控制系統(tǒng)力傳感器和位移傳感器初值或?qū)⑵錃w零。

3.3 糾偏

1)平移前在限位梁上設(shè)定一條平移路徑線，并將該平移路徑線與反力架上豎向擋板的距離預(yù)先設(shè)定為a，位移傳感器讀取數(shù)據(jù)a。

2)待平移建筑物的糾偏 開(kāi)啟液壓控制系統(tǒng)為糾偏千斤頂提供相適應(yīng)的油壓，待平移建筑物平移時(shí)，位移傳感器實(shí)時(shí)讀取的平移路徑線與反力架上豎向擋板的距離為a′。

3)當(dāng)a′大于或小于a時(shí)，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)偏差的位移量通過(guò)液壓控制系統(tǒng)總站給糾偏千斤頂下指令提供相應(yīng)的油壓，促使糾偏千斤頂自動(dòng)伸長(zhǎng)或者收縮，實(shí)時(shí)將發(fā)生偏移的待平移建筑物頂回既定軌道上。

4)平移糾偏過(guò)程中應(yīng)觀察原結(jié)構(gòu)及托盤(pán)梁的的裂縫變形情況，監(jiān)測(cè)主體結(jié)構(gòu)有無(wú)損壞，下滑梁的裂縫變形情況，走行總方向有無(wú)障礙物。

3.4 就位

1)待平移建筑物就位 待平移建筑物頂推至既定位置，關(guān)閉液壓控制系統(tǒng)。

2)拆除位移傳感器應(yīng)注意拆除后馬上清理光柵尺身上的污垢進(jìn)行裝箱。裝箱時(shí)要做好防摔、防振、防雨處理，防止對(duì)光柵尺造成損壞。

3)油管拆除后盡量保留油管內(nèi)部的液壓油，并馬上將油管用堵頭封住。

4)分配器和接頭拆除后必須堵好接頭放入專(zhuān)用的箱體內(nèi)，不得直接放置在地面或隨意亂放。

5)全部拆除后油管馬上整理，盤(pán)好后裝箱。

6)限位梁采用繩鋸切割分塊拆除清運(yùn)出場(chǎng)。

4 數(shù)據(jù)分析

當(dāng)旋轉(zhuǎn)平移過(guò)程中發(fā)現(xiàn)建筑最大徑向累計(jì)偏差>50mm時(shí)，通過(guò)調(diào)整步履行走器的頂力施加角度達(dá)到糾偏效果，確保就位連接前糾偏到±5mm以?xún)?nèi)。

平移過(guò)程中采集的位移誤差數(shù)據(jù)較多，選取數(shù)據(jù)為編號(hào)101～150的位移傳感器在14：00—16：00隔10min采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由數(shù)據(jù)可知，在14：00至14：30期間，偏移誤差較小，處于允許范圍之內(nèi)；在14：40時(shí)，偏移出現(xiàn)較大誤差，誤差數(shù)據(jù)超過(guò)允許值50mm，最大誤差甚至達(dá)到62.48mm，因此需對(duì)平移結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾偏。在14：40—15：00，糾偏系統(tǒng)開(kāi)始工作，累計(jì)偏移誤差隨時(shí)間逐漸較小，說(shuō)明此時(shí)糾偏系統(tǒng)運(yùn)行正常；至15：00，所有誤差已減小至5mm以?xún)?nèi)，此時(shí)糾偏系統(tǒng)停止工作；至16：00，無(wú)異常狀況出現(xiàn)。

實(shí)踐表明，糾偏系統(tǒng)正常工作且糾偏迅速，適合自動(dòng)化、智能化施工。

5 結(jié)語(yǔ)

采用實(shí)時(shí)糾偏操作系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)糾偏技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)縮短工期 在平移施工階段可以節(jié)省大約1/3工期。以后溪長(zhǎng)途汽車(chē)站主站房平移工程為例，采用該工法后40d平移完成，精確就位，中間未出現(xiàn)因橫向偏移的原因進(jìn)行糾偏而耽誤時(shí)間。

2)節(jié)省造價(jià) 按以往的被動(dòng)糾偏方式，平移過(guò)程中每條軸線上都需要安排人員觀察是否出現(xiàn)偏移，而采用該工法后，極大提高勞動(dòng)效率、減少人員投入，節(jié)約成本約20萬(wàn)元。

3)自動(dòng)化施工 自動(dòng)糾偏技術(shù)實(shí)現(xiàn)待平移建筑物平移頂推過(guò)程的智能、實(shí)時(shí)和自動(dòng)糾偏，保證待平移建筑物精確就位，提高頂推施工效率，降低頂推施工過(guò)程中橫向糾偏的難度和風(fēng)險(xiǎn)，降低了對(duì)限位梁側(cè)面平整度的要求，簡(jiǎn)化工序，減少人員設(shè)備投入，極具推廣價(jià)值。

本工法在實(shí)踐時(shí)仍存在部分缺點(diǎn)：在施工過(guò)程中無(wú)人監(jiān)管，若程序出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法及時(shí)糾正，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，對(duì)于技術(shù)設(shè)備的要求十分嚴(yán)格，不允許出現(xiàn)編程失誤。未來(lái)的施工將繼續(xù)朝信息化方向發(fā)展，如在糾偏系統(tǒng)中應(yīng)用BIM等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。