高支模变形自动化监测技术研究与应用

高支模变形自动化监测技术研究与应用

刘云朋

上海同济检测技术有限公司 上海 200091

摘要：高支模全称为高大模板支撑系统，指建设工程现场混凝土构件模板支撑高度超过8m、搭设跨度超过18m、施工总荷载大于15kN/ m2或集中线荷载大于20kN/m 的模板支撑系统[1]。高支模在当下各类工程中应用十分广泛，但受其结构复杂多变、变形具有突发性等特点，近年来高支模坍塌事件也时有发生。本文以一个实际工程为例介绍了一种高支模变形自动化监测系统，对工程施工过程中监测数据进行了分析和总结，对今后类似项目有一定的参考价值。

关键词：高支模，自动化监测

0绪言

近几年来国内建设工程中模板支撑坍塌造成群死群伤事故频发，成为建设工程的重大危险源，如2020年1月5日15时30分左右，位于武汉市江夏区天子山大道1号的武汉巴登城生态休闲旅游开发项目一期工程发生一起模板支撑坍塌事故，造成6死5伤；2019年1月25日下午，位于浙江省金华东阳市南马镇花园村花园家居用品市场工程，在屋面浇捣混凝土过程中，发生坍塌事故，造成5人死亡、5人受伤。为预防此类事故，住建部早已颁布了若干文件，要求在混凝土浇筑过程中应组织专业监测人员对高大模板支撑系统进行全面监测，一旦发现支撑系统有较大变形等情况，必须立即停止施工，同时紧急撤离施工人员并采取相应的控制措施，避免安全事故发生或事态恶化，造成经济财产损失、人员伤亡及不良社会影响[2]。

当前传统的高支模变形监测方法主要有利用全站仪、水准仪等常规仪器进行监测，监测范围主要为高支模外围，监测频率较低，不能应对突发变形等问题。随着测绘技术及传感器技术的发展，高支模自动化监测技术应用越来越广泛，其具有实时性、全面性、准确性等优点，在降低监测作业劳动强度的同时能够有效地反映高大模板体系的变形，极大地避免了高大模板垮塌事故的发生[3]。

本文以杭州市余杭区乔司至南苑连接线上跨沪昆铁路立交工程为背景，并结合现场实时监测数据，分析了高支模自动化监测技术在实际工程中的应用。

1工程概况

杭州市余杭区乔司至南苑连接线上跨沪昆铁路立交工程高架主桥第一、三、四、五、七联及匝道墩柱高度在12～25米左右，桥梁上部采用预应力钢筋混凝土连续箱梁、简支小箱梁。本工程现浇连续梁均采用全封闭承插型盘扣式满堂支架法现浇。模板采用1.5cm厚竹胶板，横梁为12.6号槽钢，沿横桥向铺设，次楞为10cm×10cm（I12.6工字钢）或10cm×15cm（I14工字钢）的方木。盘扣支架采用Ф60×3.2承插型盘扣支架。

图1 高支模现场照片

2自动化监测系统简介

本监测系统将采用基于物的结构安全监测和预警系统，安装整合多种可反映结构变化参量的传感器，通过物联网和智能传感技术，在一个统一的平台上实现数据的采集，传输，存储和分析预警。

图2 高支模自动化监测系统架构

如上图所示监测系统由应用服务层、网络传感层、数据采集层（远程终端单元）三个部分组成。

（1）数据采集层

数据采集层又称远程终端单元，振弦式传感器、倾角仪、静力水准仪、数据采集模块、GPRS传输模块、电源、天线等几部分组成。远程终端单元与现场设备的开关量、模拟量信号相连，进行数据采集、处理、存储并通过GPRS、Internet网络、向云服务器传送数据，接收并执行云服务器的命令。

（2）网络传输层

传感器通过有线电缆将数据传输至网关，网关采用GPRS传输方式将数据传送至云服务器。

（3）应用处理层

采用云计算服务器平台，平台具有虚拟化，灵活扩展，强大的硬件架构，保证系统稳定运行。对数据进行处理分析，生成表格、趋势图、报告等，发送至用户终端。

3 监测方案

3.1 监测项目

高架桥箱梁支架的特点是，跨度大、高度较高、箱梁自重大，对于本跨监测对象，本次主要采用以下监测方法和内容：

（1）应变监测：采用表面应变计，监测支架受力杆件及12.6号槽钢应变。

（2）倾斜监测：采用倾角仪，监测立杆倾斜度。

（3）基础沉降监测：采用静力水准仪，在施工过程中测量杆件基础沉降。

（4）支架水平位移监测：采用全站仪结合小棱镜，监测盘扣式支架整体水平位移。

1、应变监测点布设

在主三箱梁支架7#墩与8#墩间布设3个断面和主五箱梁15#墩与16#墩间、5#墩盖梁支架上各选取2个断面，每个断面上选取5根立杆，在每根立杆侧面布设1组表面应变计，顶端12.6号槽钢选取5个位置布设表面应变计，共计35个监测点。

图3 表面应变计及安装示意图

2、倾斜度监测点布设

在主三箱梁支架7#墩与8#墩间选取2个断面，主五箱梁支架15#墩与16#墩间、5#墩盖梁支架各选取1个断面，每个断面上选择5根立杆，每根立杆上布置1个倾斜测点，共计20个监测点。

图4 倾角仪及安装示意图

3、基础沉降监测

在主三箱梁支架7#墩与8#墩间和主五箱梁支架15#墩与16#墩间、5#墩盖梁支架各选取1个断面，其中主三箱梁和5#墩盖梁断面上布设4个静力水准点，主五箱梁断面上布设2个静力水准点，另外，每个断面设置一个工作基点，工作基点布设在匝道墩柱上，该工作基点与测点安装在同一水平面，并在工作基点旁布设一个人工沉降点，定期进行人工联测，以便修正工作基点沉降变化，自动沉降监测点共计10个。

图5 静力水准仪及安装示意图

4、支架水平位移监测

在主三箱梁支架7#墩与8#墩间和主五箱梁支架15#墩与16#墩间各选择2个断面，每个断面上从上至下布设2个水平测点，共计8个监测点。将小棱镜固定于立杆侧面，在盘扣式支架侧面均匀布设水平测点，使用自动全站仪测量小棱镜的三维坐标，通过计算得到支架整体水平方向位移。

图6 自动全站仪

3.2 监测频率与报警值

根据业主、设计和相关规范要求，本工程总的施工监测周期从支架模板安装完成后开始持续到模板支架拆除完成为止进行监测。

监测频次均为2小时/1次，有异常情况下加密至30分钟/1次。

表1监测预警值

注：立杆弹性模量取2.06×105N/mm2 。

监测单位根据监测结果及时调整监测频率，加强预防。及时分析监测数据，绘制变化曲线，分析变化速率和变化累计值，发现异常情况，特别是监测参数达到或超过报警值，监测单位立即通知委托方或建设单位、施工单位，同时加强监测和阶段性人工复测，报告危险点或安全隐患，并通知委托单位解危。

4监测结果

本项目自设备安装调试至停止监测共计历时120天。监测期间各监测点数据在箱梁和盖梁混凝土浇筑时，随着支架荷载增加，监测数据有一定变化，混凝土浇筑完成后数据变化趋近稳定，部分立杆倾斜测点出现报警情况，现场巡视亦未发现明显异常情况。

截至监测结束，各监测项目最大值累计汇总见表2。

表2 各监测项目最大值累计汇总表

图7 5#墩支架立杆应变累计变化曲线图

由上图可知，盘扣式支架立杆受盖梁钢筋、混凝土荷载影响，立杆应变变化较大，在混凝土浇筑完成后数据变化趋近稳定。监测点的累计变化量均未达到报警值。

图8主三箱梁支架倾斜度累计变化曲线图

由上图可看出，支架立杆受箱梁底板和顶板混凝土浇筑影响较大。混凝土浇筑时立杆轴向受压荷载力增加，立杆发生很小弯曲形变，导致倾角仪监测数据有较大的变化，部分监测点累计值达到报警值，在混凝土浇筑完成后数据变化趋近稳定。

图9主三箱梁支架倾斜度累计变化曲线图

由上图可看出，支架立杆受箱梁底板和顶板混凝土浇筑影响，立杆沉降变化较明显，在混凝土浇筑完成后数据变化趋近稳定。监测点的累计变化量均未达到报警值。

图10 主三箱梁支架水平位移累计变化曲线图

由图可知支架水平位移变化较小，未出现明显变化，整体较稳定。监测点的累计变化量均未达到报警值。

5总结和建议

高支模坍塌事故一般是由超载、变形失稳、基础沉降等原因造成的，自动化实时监测可为此类事故提供预警预报。在该项目的施工过程中，业主、施工及设计等项目相关单位领导和专家多次到现场督察，我公司亦每天安排专业技术人员进行现场巡视，防范安全事故发生。

通过对本项目保护性监测，提出如下建议以供参考。

（1）成立监测管理小组，由单位领导和有经验的监测人员组成，在项目开展初期，编制详细的监测实施方案，使监测按计划、有步骤的进行。

（2）切实分析清楚各工况下的重大风险源并做好监测上的应对措施，尤其是在钢筋绑扎、混凝土浇筑过程中应注意挤压效应和坍塌风险。

（3）各项目监测测点应有对应关系，数据之间相互验证和补充，数据应进行联动分析，有异常情况应进行深入的分析，与现场情况进行对照。以得到更加科学、准确的结论。

（4）积极运用新技术、新方法、新设备，提高监测精度和效率，保证监测结果的准确性、实时性。

（5）建立好联络机制和预报警机制，监测数据和巡视情况要及时反馈给新建工程各相关单位和管理单位。异常情况下应第一时间通知各方并提示启动应急预案，争取把损失控制在最低限度。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》，2009.10.26.

[2] 建质（2009）254 号文，《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》[S].

[3]许峰.地铁工程高大模板实时监测技术的应用[J].天津建设科技,2019（12）,29（6）:18-21

[4]李跃,郭兴吉,赵欣. 高支模低功耗无线监测系统研制[J].西南科技大学学报, 2019（3）,34（1）:97-101