在上海市浦东新区张江高科技园区某综合楼C地块基坑施工中,我们承担了施工期间的监测任务。该工程建筑施工使用的塔式起重机(以下简称塔机)坐落在基坑内西南侧,在投入使用前我们对其安装质量及安全保护装置进行了复检,各项指标满足合格要求,其中塔身轴线对水平面垂直度偏差为偏西1.7‰、偏南2.6‰,均在允许偏差≤4‰以内。该塔机配置了起重量限制器、起重力矩限制器、幅度限位、起升高度限位、回转运行限位、小车断绳断轴保护、钢丝绳防脱、顶升横梁防脱、缓冲止挡器、电气保护、预警报警及显示记录器等安全保护装置。这套装置能在塔机工作参数达到额定能力90%以上时,发出断续的声光预警,达到100%以上时,发出连续清晰的声光报警,且限制塔机向危险扩大方向的动作,当降低到额定工作能力100%以内、90%以内时,报警、预警才能解除。
本工程基坑面积约为8450m
2,基坑开挖深度约为3.90~4.85m,区域内有南北走向的暗浜。基坑围护采用水泥土搅拌桩重力坝、局部采用土钉墙,设3至4排土钉,土钉长6.000m。基坑开挖期间正值梅雨季节,雨水量突增,给基坑的安全稳定带来极大隐患。当基坑开挖至±0.000以下2.5m时,塔机司机反映塔身倾斜加大,经我们实测此时垂直度为偏西1.8‰、偏南5.6‰,即通知有关单位立即停止使用。安装单位对塔机进行纠偏后,垂直度为偏西1.6‰、偏南2.9‰。
为确保在基坑施工过程中,该塔机垂直度不超允许偏差,建设、设计、监理、施工各方,要求我们结合基坑施工监测,对塔机垂直度进行跟踪监测。为此我们在仪器供应维护商和塔机生产、使用维修单位配合下,采用TCA自动全站仪(测量机器人)进行自动跟踪监测,将监测结果输入塔机安全保护装置,以实现用垂直度偏差这一参数对塔机运行的自动控制。
二、自动全站仪及配套设施工作原理
TCA自动全站仪(测量机器人)由坐标系统、操纵器、换能器、计算机和控制器、闭路控制传感器、决定制作、目标捕获、以及集成传感器等八大部分组成。它可以自动识辨目标、精确瞄准目标、自动正倒镜测量、自动完成数据采录。角度测量精度0.5",显示分辨率0.1",采用绝对编码,连续、对径测量方法,电子双轴补偿方式,补偿范围4',设置精度0.3"。反射片(60mm×60mm)距离测量范围200m,精度(1+ 1ppm x D)mm,显示分辨率0.01 mm,采用相位测量(同轴、不可见红外激光)。马达驱动最大旋转速度45°/s。自动目标识别与照准(ATR)定位精度200 m 内为 1 mm,切向跟踪速度(跟踪模式)100 m 处 1 m / s,采用数字影像处理(激光束)原理。望远镜激光对中,30倍放大倍数。
测量机器人机载软件,负责自动照准目标、自动测角、自动测距及超限或目标丢失等异常情况的自动处理。
配套设施包括:主控微处理器、存储模块、万年历模块、报警模块、数据传输模块、数据采集模块和显示模块,其中主控微处理器连接电源及其他模块,数据采集模块通过数据总线连接自动全站仪。本配套设施,抗干扰能力强,数据采集、存储、传输性能好,能自动记录、显示、计算、分析、处理,体积小且可与塔式起重机电器控制较好兼容。
三、现场自动监测
该项目监测依据是:GB5144-2006《塔式起重机安全规程》、GB/T5031-2008《塔式起重机》、GB50026-2007《工程测量规范》、JGJ8-2007《建筑变形测量规范》。
针对该塔机南北向垂直度偏差大的实际情况,我们在距基坑西侧边外12m,离被测塔机28m处设自动监测站,每天自动定时间、定条件,跟踪监测。
基准点设在距基坑外60m处二根间隔15m的独立标志杆上。监测取样点为60mm×60mm反射片,上部反射片黏贴在塔机回转体下标准节西南角的西侧,下部反射片黏贴在塔机底部第一基础节西南角的西侧,上下反射片间垂直距离为21.5468m。监测预警值①设定为≥3.2‰、预警值②设定为≥3.6‰、报警值设定为≥4‰。
监测条件设定为,吊钩无荷载,起重臂位于东西向对准监测站。监测时间设定为,正常情况下,一天2次,上午9时、下午2时各1次;出现预警值①时调整为一天4次;出现预警值②时调整为一天8次。在整个30天自动监测周期中,共出现6次超预警值①、1次超预警值②、1次超报警值情况。当出现超报警值时,塔机电控保护自动起作用,切断塔机工作电源。
塔机垂直度监测原理如下:
图1
如图1所示,O点为测量机器人仪器中心点,A点(高点)为被监测塔机塔身上部监测点,B点(低点)为被监测塔机塔身下部监测点;OC垂直于B点引伸的方向线,OD垂直于A点引伸的方向线;D1为OD间距离,D2为OC间距离,△H1为AD间距离,△H2为BC间距离;△H1和△H2有正负。
利用测量机器人自动测距功能,分别得到测站中心点O至塔机上的高点A和低点B的水平距离D1和D2及高差△H1和△H2,根据公式(1)计算得到高点投影到低点的水平距离偏差:
△D= D1- D2 (1)
及公式(2)计算得到高点至低点的垂直高度:
H=△H1-△H2 (2)
根据垂直度的计算公式(3)得出该建筑物在该处相对垂直方向的垂直度为:
i(‰)=△D/ H (3)
倾斜方向依据△D的正负号判断给出。
尝试使用了这套自动监测预警报警系统,避免长时间单调、枯燥的测量工作由测量人员疲劳、疏忽所产生的差错,提高监测工作质量、作业精度和效率,确保了该塔机的使用安全。出现的预警、报警信息及时反馈给有关各方,为塔机停运、加固纠偏、调整起重荷载、落实保护方案,提供了科学、准确、动态的依据,达到了监测的目的。
四、结束语
随着科学技术的快速发展,自动监测技术越来越被广泛使用并日趋成熟。这次结合对基坑施工监测,采用自动全站仪及配套软件,完成了对坐落于基坑中的塔式起重机的垂直度跟踪监测。通过该项目的自动监测实践,为以后在建设工程沉桩、基坑施工中加强对影响范围内的建(构)筑物、周边道路地下管线、有关设备设施、历史古迹文物等的安全、及时、可靠保护,提供自动监测服务积累了经验,开辟了新途径。
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自动监测技术在塔机安全保护系统中的应用
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