建筑平移施工實時糾偏措施研究與應(yīng)用*

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

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

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，同時建筑物平移過程中出現(xiàn)跑偏的問題也趨于復(fù)雜化。在平移過程中，橫向偏移是監(jiān)測與控制的重點，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。橫向偏移過大會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，出現(xiàn)建筑物局部受力過大的問題，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，平移過程中產(chǎn)生的偏移沒有較為統(tǒng)一的糾偏技術(shù)。傳統(tǒng)的橫向偏移控制實行人工糾偏的方式，當人為監(jiān)測發(fā)現(xiàn)建筑物平移出現(xiàn)偏移時，需停止頂推施工，再采用橫向千斤頂對建筑物進行糾偏作業(yè)，缺乏靈活性、實時性、自動性，是一種被動糾偏方法，風(fēng)險較大，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)曲線移位這類對移位精度定量控制要求更為嚴格的復(fù)雜移位問題。

1.2 實時糾偏技術(shù)

在土木工程逐漸趨向自動化、智能化的今天，施工實現(xiàn)自動化也是十分有必要的，由此介紹一種實時糾偏技術(shù)在工程中的應(yīng)用。廈門后溪長途汽車站主站房在平移過程中，采用步履式頂推平移技術(shù)，同時配合計算機控制系統(tǒng)監(jiān)控建筑物位移情況并進行位移矯正，實現(xiàn)平移過程智能、實時、自動糾偏的目的。實時糾偏技術(shù)與傳統(tǒng)糾偏技術(shù)相比結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工序簡化、減少人員設(shè)備投入，經(jīng)濟效益高，對降低工程整體造價有顯著作用。

2 實時糾偏系統(tǒng)

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

PLC控制系統(tǒng)是實時糾偏系統(tǒng)的第1部分，也是防止建筑物在平移過程中出現(xiàn)橫向偏拉的“第1道防線”。通過PLC控制系統(tǒng)的可編程控制器進行平移軌跡計算以及施工操作編程，可得到具體的平移軌跡以及施工時的操作步驟，實現(xiàn)建筑物平移的自動化過程，同時保證平移過程精準度要求，為無偏差平移創(chuàng)造條件。PLC控制系統(tǒng)在自動化操作過程中，通過位移傳感器收集建筑物實時位移數(shù)據(jù)，并與理想狀態(tài)下的原始數(shù)據(jù)進行分析對比，當出現(xiàn)偏差值過大的情況時，即通過糾偏系統(tǒng)進行糾偏。

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)、滑動裝置、反力組件等部分。

1)限位梁

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

2)位移傳感器

通過位移傳感器采集位移數(shù)據(jù)，當位移數(shù)據(jù)出現(xiàn)與計算數(shù)據(jù)偏差較大的狀況時，開始啟用糾偏系統(tǒng)，同時觀測橫向偏拉糾正是否在可接受范圍內(nèi)，當糾偏后位移偏差消失，即可停止糾正過程。

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)包括主控計算機、液壓控制系統(tǒng)總站和液壓控制系統(tǒng)泵站，主控計算機為液壓控制系統(tǒng)總站提供指令，采用位移控制，并通過液壓控制系統(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伸長或者收縮。

4)滑動裝置

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

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)、滑動裝置、反力組件等設(shè)備及構(gòu)件對平移建筑物進行實時、自動的橫向糾偏。位移傳感器實時采集待平移建筑物的位移數(shù)據(jù)，傳遞給PLC控制系統(tǒng)與理論位移值進行對比分析。當發(fā)現(xiàn)偏移過大時，液壓控制系統(tǒng)對糾偏裝置采用位移的方式控制，進行實時糾偏。在糾偏千斤頂?shù)膬蓚?cè)分別設(shè)置滑動裝置和反力架，當待平移建筑物平移過程出現(xiàn)偏移時，通過液壓控制系統(tǒng)控制糾偏千斤頂自動伸長或者收縮，千斤頂作用于限位梁上，促使建筑物及時復(fù)位。

3 施工工藝流程

以廈門后溪長途汽車站平移項目為例，介紹建筑平移時的糾偏施工流程。糾偏系統(tǒng)施工流程如下：施工準備→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→建筑物平移實時糾偏→精確就位→設(shè)備及限位梁拆除。

3.1 施工準備

3.1.1物資和材料準備

千斤頂、坦克車參數(shù)滿足要求，反力機構(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 保證梁各細部結(jié)構(gòu)與設(shè)計一致，各軸線、角點與設(shè)計位置相同。測量放樣方法以全站儀坐標法為主，控制限位梁的軸線。利用全站儀坐標法放樣軸網(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定限位梁中心偏差。限位梁梁頂標高采用水準儀測量，在限位梁范圍內(nèi)布設(shè)高程控制樁，以此作為高程基準。

2)支模板 模板采用硬塑料長模板，模板上皮用水準尺精確找平，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，嚴格按照設(shè)計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螺栓固定連接在托盤梁的底部，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)在托盤梁的底部，且與托盤梁固定連接；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)滑動裝置對應(yīng)滑動連接在限位梁的兩側(cè)、靠近頂部位置處，并且滑動裝置沿著平行于限位梁的長軸方向前移?；瑒友b置為坦克車，包括坦克車主體。其中，坦克車主體的頂部為平面，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，坦克車主體頂部的鋼板連接件與糾偏千斤頂?shù)亩瞬抗潭ㄟB接?；瑒友b置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滑動裝置結(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。壓力傳感器通過第2信號線與液壓控制系統(tǒng)泵站連接，用于接收位移傳感器采集的數(shù)據(jù)，并對糾偏千斤頂進行控制。

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)達到規(guī)定高度；備用液壓油，加油必須經(jīng)過濾油機；液壓系統(tǒng)運行是否正常，油路有無堵塞或泄漏；液壓油是否需要通過空載運行過濾清潔。

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、安裝必須正確無誤；應(yīng)保證數(shù)據(jù)通訊線路正確無誤；PLC控制系統(tǒng)運行是否正常，液壓系統(tǒng)對控制指令反應(yīng)是否靈敏；各傳感器系統(tǒng)保證信號正確傳輸；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)測系統(tǒng)檢查 信號傳輸無誤。

4)初值的設(shè)定與讀取 系統(tǒng)初始加載由液壓工程師會同土建工程師共同確定并報總指揮，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，位移傳感器實時讀取的平移路徑線與反力架上豎向擋板的距離為a′。

3)當a′大于或小于a時，主控計算機根據(jù)偏差的位移量通過液壓控制系統(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伸長或者收縮，實時將發(fā)生偏移的待平移建筑物頂回既定軌道上。

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

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行裝箱。裝箱時要做好防摔、防振、防雨處理，防止對光柵尺造成損壞。

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，盤好后裝箱。

6)限位梁采用繩鋸切割分塊拆除清運出場。

4 數(shù)據(jù)分析

當旋轉(zhuǎn)平移過程中發(fā)現(xiàn)建筑最大徑向累計偏差>50mm時，通過調(diào)整步履行走器的頂力施加角度達到糾偏效果，確保就位連接前糾偏到±5mm以內(nèi)。

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

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，偏移出現(xiàn)較大誤差，誤差數(shù)據(jù)超過允許值50mm，最大誤差甚至達到62.48mm，因此需對平移結(jié)構(gòu)進行糾偏。在14：40—15：00，糾偏系統(tǒng)開始工作，累計偏移誤差隨時間逐漸較小，說明此時糾偏系統(tǒng)運行正常；至15：00，所有誤差已減小至5mm以內(nèi)，此時糾偏系統(tǒng)停止工作；至16：00，無異常狀況出現(xiàn)。

實踐表明，糾偏系統(tǒng)正常工作且糾偏迅速，適合自動化、智能化施工。

5 結(jié)語

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

1)縮短工期 在平移施工階段可以節(jié)省大約1/3工期。以后溪長途汽車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行糾偏而耽誤時間。

2)節(jié)省造價 按以往的被動糾偏方式，平移過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，極大提高勞動效率、減少人員投入，節(jié)約成本約20萬元。

3)自動化施工 自動糾偏技術(shù)實現(xiàn)待平移建筑物平移頂推過程的智能、實時和自動糾偏，保證待平移建筑物精確就位，提高頂推施工效率，降低頂推施工過程中橫向糾偏的難度和風(fēng)險，降低了對限位梁側(cè)面平整度的要求，簡化工序，減少人員設(shè)備投入，極具推廣價值。

本工法在實踐時仍存在部分缺點：在施工過程中無人監(jiān)管，若程序出現(xiàn)問題無法及時糾正，導(dǎo)致嚴重后果。因此，對于技術(shù)設(shè)備的要求十分嚴格，不允許出現(xiàn)編程失誤。未來的施工將繼續(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)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。