寇光明

（四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司，四川 成都 610041）

近年來隨著我國交通運輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高速公路建設(shè)快速推進，公路等級大幅提高，向山區(qū)大幅深入推進，各條高速縱橫交錯，落地互通、樞杻互通立交也越來越多，橋梁比重越來越大?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁由于變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順、伸縮縫少、抗震能力強、跨徑設(shè)置靈活等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于互通立交的匝道、主線交叉口段、上跨段等。施工方法目前有支架法、移動模架法等，其中支架法（碗扣、盤扣、組合）被廣泛運用，支架穩(wěn)定性受山區(qū)地形、地質(zhì)、氣象、工人操作工藝、預(yù)壓效果、施工荷載等影響，安全風(fēng)險較大，屬于超出一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，應(yīng)當(dāng)進行重點監(jiān)控。在砼澆筑逐漸施加荷載的過程中，如何利用信息化手段自動監(jiān)測支架的變形，并對超出變形容許值進行預(yù)警，從而達(dá)到降低安全風(fēng)險的目的，是值得研究的課題。

1 工程概況

四川省仁壽至屏山新市公路位于四川南部，由北向南途經(jīng)眉山、樂山及宜賓三市，是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃的上海至成都高速公路（G42線）成都至麗江聯(lián)絡(luò)線（G4216線）的組成部分。LJ11標(biāo)段位于樂山市沐川縣轄內(nèi)，主線仁沐高速呈東北-西南方向分布，起于K115+300，止于K119+012，主線全長3.712km。沐川連接線及馬邊支線起點NK0+000與在建五沐快速通道相接，止于NK3+033.15，全長3.033km，主線與連接線“十”字交叉成沐川樞杻互通并落地。采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度80km/h，路基寬度25.5m。主要工作內(nèi)容為橋梁工程23座、隧道工程2座、路基土石方170萬m3。橋隧造價占項目投標(biāo)總價的81.4%。沐川樞紐式互通立交為單環(huán)半苜蓿葉半定向立交方案。立交分2層布設(shè)，沐川連接線及馬邊支線、G、H匝道為第一層，仁壽經(jīng)沐川至屏山新市鎮(zhèn)高速為第二層。

本區(qū)域為山嶺重丘區(qū)，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，線路及匝道基本沿3條沖溝布設(shè)展線，山高坡陡，植被茂盛，地質(zhì)以黏土、砂巖、頁巖為主，溝底覆蓋層較厚。本項目共計16座橋涉及連續(xù)箱梁，設(shè)計連續(xù)箱梁218跨，C50混凝土7萬m3，梁高分為1.4m、1.6m、1.8m、3.0m，支架普遍高度為25～30m，高度最達(dá)50m。由于本項目的特殊性，現(xiàn)澆箱梁體量大，安全風(fēng)險高，施工難度大，在施工過程中，筆者積極總結(jié)，不斷探索，總結(jié)研發(fā)了一套支架監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，為項目的安全生產(chǎn)保駕護航。

2 常規(guī)支架監(jiān)測方式

2.1 儀器監(jiān)測

混凝土澆筑過程中，按每斷面10～12m布置觀測點，每斷面不少于3點，使用水準(zhǔn)儀和全站儀每30min進行監(jiān)測一次，位移量達(dá)到預(yù)警值需立即停止作業(yè)，疏散作業(yè)人員，并查找原因，重新加固處理。此方法需要測量人員在澆筑全過程進行監(jiān)測，尤其是在夜間施工，勞動強度大，受光線影響，人為誤差大，失誤概率高。

2.2 人工監(jiān)測

（1）在混凝土澆筑施工前，安排熟練的支架工對支架桿件、連接、剪刀撐、頂?shù)淄羞M行全面檢查；（2）檢查支架的搭設(shè)方式及間距是否滿足設(shè)計及規(guī)范要求；（3）在澆筑過程中，安排專人在地下實時觀測支架的穩(wěn)定性及基礎(chǔ)情況，利用吊垂線監(jiān)測支架的變形。如支架變形過大、支架傾斜或基礎(chǔ)開裂，就應(yīng)立即停止施工，并疏散作業(yè)人員。由于山區(qū)地形陡、風(fēng)大，此方法對支架的變形監(jiān)測不精準(zhǔn)，測量數(shù)據(jù)偏差較大，不能有效地指導(dǎo)施工，存在較大的風(fēng)險。

3 新型支架監(jiān)測系統(tǒng)

本項目由于連續(xù)箱梁跨數(shù)多，工程量大，同時開工的點多，若采用人工及測量儀器監(jiān)測，需要的人員較多，其勞動強度大，且不能有效地實現(xiàn)監(jiān)測變形并降低安全風(fēng)險的目的。結(jié)合項目的實際情況，與軟件公司開發(fā)了一套監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)（見圖1）進行全過程監(jiān)測，一方面降低安全風(fēng)險，另一方面提高項目信息化管理水平。系統(tǒng)由主機、水平傳感器、激光傳感器及反射片、報警裝置、采集器等組成，其中水平傳感器主要測定支架水平位移，激光傳感器及反射片主要測定支架沉降。

4 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)原理

（1）本系統(tǒng)利用水平傳感器測定現(xiàn)澆支架位移值，激光傳感器測定下沉值。水平傳感器與激光傳感器通過有線方式接入到采集盒中。

（2）在現(xiàn)澆支架出現(xiàn)下沉情況時，支架整體與地面的相對距離減小，激光傳感器測定的實際距離也隨之變小，采集盒將收集的激光傳感器的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊無線傳輸至主機中，主機通過對數(shù)據(jù)的處理后顯示在界面上，并判斷是否在限值內(nèi)。若超出限值，主機輸出報警信號給報警燈發(fā)出聲光警報。

圖1 支架監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

（3）若現(xiàn)澆支架出現(xiàn)位移情況，支架整體產(chǎn)生相對角度，水平傳感器將測定的相對角度數(shù)據(jù)傳給采集盒，采集盒將收集的水平傳感器的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊無線傳輸至主機中，主機通過多數(shù)據(jù)的處理換算成距離值顯示在界面上，并判斷是否在限值內(nèi)。若超出限值，主機輸出報警信號給報警燈發(fā)出聲光警報。

（4）激光傳感器以及水平傳感器通過走線方式接入數(shù)據(jù)采集器中，充電電池給采集器持續(xù)供電。采集器將收集的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊與主機ZigBee模塊無線通信傳輸?shù)街鳈C中，主機將分析數(shù)據(jù)顯示在主機屏幕上。當(dāng)出現(xiàn)超出設(shè)定數(shù)值的情況發(fā)生后，主機發(fā)出信號給報警燈，報警燈發(fā)出聲光警報提醒工作人員。

（5）計算原理：以兩橋墩為例，兩橋墩之間安裝激光傳感器及水平傳感器（見圖2～圖5）。支架中部安裝激光傳感器用于測量現(xiàn)澆支架下沉，支架兩側(cè)安裝水平傳感器用于測量現(xiàn)澆支架整體偏移以及局部偏移。當(dāng)支架下沉?xí)r，激光傳感器射出到反射板上的光線長度變小，通過主機計算，計算出實際下沉的高度（見圖6）。

激光傳感器通過角度傾斜安裝于現(xiàn)澆梁支架頂部向斜下方照射，通過反光板反射光源得到初始距離。當(dāng)現(xiàn)澆支架下沉?xí)r，反射板與激光傳感器之間的實際距離減小，通過采集盒將數(shù)據(jù)上傳到主機，主機通過運算得到下沉的實際位移數(shù)值顯示在主機屏幕上。

圖2 支架監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)安裝立面圖

圖3 支架監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)安裝平面圖

圖4 傳感器現(xiàn)場安裝示意圖

圖5 傳感器現(xiàn)場安裝圖

圖6 支架變化計算示意圖

水平傳感器通過安裝支架安裝于現(xiàn)澆梁支架頂部中軸線位置水平安裝，通過測定現(xiàn)澆梁支架偏移角度計算出偏移量，通過采集盒將數(shù)據(jù)上傳到主機，主機通過運算得到下沉的實際位移數(shù)值顯示在主機屏幕上。

安全管理系統(tǒng)監(jiān)測現(xiàn)澆支架整體下沉、偏移，部分下沉、部分偏移，通過主機設(shè)置的下沉及偏移報警值，達(dá)到臨界點時通過聲光報警提示支架上的工作人員及時撤離。

5 本監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用

截至目前，本項目已完成現(xiàn)澆箱梁150跨，工程量完成70%。在已完成的現(xiàn)澆箱梁施工中，均采用本監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，且過程安全順利。采用本監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)存在以下優(yōu)點：

（1）安裝簡單快捷，無技術(shù)難度，降低了對作業(yè)工人的操作水平要求。

（2）減少了作業(yè)人員投入。以往的檢測方法需要派專人觀測，本系統(tǒng)安裝好后不再需要人員檢測，若超出預(yù)警值，會立即啟動聲光報警裝置。

（3）支架的情況會以數(shù)據(jù)的形式實時展現(xiàn)在系統(tǒng)界面上，超出預(yù)警值會立即顯示，并聲光報警，提醒作業(yè)人員。

（4）且本系統(tǒng)具備存儲功能，能將實時數(shù)據(jù)記錄保存。當(dāng)支架發(fā)生事故后，能做到有據(jù)可查，且具追溯性，5月30日監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

（5）可對全過程的數(shù)據(jù)進行分析研究，總結(jié)出各個工況狀態(tài)下支架的受力變形情況，為支架方案的修正和完善提供參與依據(jù)。

（6）現(xiàn)場可安裝無線發(fā)射裝置，監(jiān)測數(shù)通過DTU將數(shù)據(jù)打包傳給遠(yuǎn)程后臺，然后通過手機App端向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)并解析，顯示在手機端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測控，提升項目化管理水平。

表1 5月30日監(jiān)測數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語

“以人為本”是我國安全生產(chǎn)的宗旨，“高質(zhì)量發(fā)展”是我國新時代的目標(biāo)，“科技創(chuàng)新”是我國繁榮發(fā)展的方向。本系統(tǒng)以科技產(chǎn)品替代了傳統(tǒng)的人工操作，減少了作業(yè)人員的投入，在經(jīng)濟效益上起到了節(jié)能增效的作用，且在應(yīng)用中得到了有效證實，能為同類型工程施工提供參考，具有較強的推廣價值。