摘要：使用自動全站儀（測量機器人）在基坑施工監(jiān)測中，對基坑內(nèi)施工使用的塔式起重機垂直度指標進行自動跟蹤監(jiān)測，將監(jiān)測信息自動記錄、顯示、分析、計算、處理，并引入塔機安全保護系統(tǒng)中，參與對塔機自動控制。

　　關(guān)鍵詞：施工監(jiān)測；自動測量；起重機械；安全保護

　　一、引言

　　在上海市浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)某綜合樓C地塊基坑施工中，我們承擔了施工期間的監(jiān)測任務(wù)。該工程建筑施工使用的塔式起重機（以下簡稱塔機）坐落在基坑內(nèi)西南側(cè)，在投入使用前我們對其安裝質(zhì)量及安全保護裝置進行了復(fù)檢，各項指標滿足合格要求，其中塔身軸線對水平面垂直度偏差為偏西1.7‰、偏南2.6‰，均在允許偏差≤4‰以內(nèi)。該塔機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、回轉(zhuǎn)運行限位、小車斷繩斷軸保護、鋼絲繩防脫、頂升橫梁防脫、緩沖止擋器、電氣保護、預(yù)警報警及顯示記錄器等安全保護裝置。這套裝置能在塔機工作參數(shù)達到額定能力90%以上時，發(fā)出斷續(xù)的聲光預(yù)警，達到100%以上時，發(fā)出連續(xù)清晰的聲光報警，且限制塔機向危險擴大方向的動作，當降低到額定工作能力100%以內(nèi)、90%以內(nèi)時，報警、預(yù)警才能解除。

　　本工程基坑面積約為8450m2，基坑開挖深度約為3.90～4.85m，區(qū)域內(nèi)有南北走向的暗浜。基坑圍護采用水泥土攪拌樁重力壩、局部采用土釘墻，設(shè)3至4排土釘，土釘長6.000m。基坑開挖期間正值梅雨季節(jié)，雨水量突增，給基坑的安全穩(wěn)定帶來極大隱患。當基坑開挖至±0.000以下2.5m時，塔機司機反映塔身傾斜加大，經(jīng)我們實測此時垂直度為偏西1.8‰、偏南5.6‰，即通知有關(guān)單位立即停止使用。安裝單位對塔機進行糾偏后，垂直度為偏西1.6‰、偏南2.9‰。

　　為確保在基坑施工過程中，該塔機垂直度不超允許偏差，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方，要求我們結(jié)合基坑施工監(jiān)測，對塔機垂直度進行跟蹤監(jiān)測。為此我們在儀器供應(yīng)維護商和塔機生產(chǎn)、使用維修單位配合下，采用TCA自動全站儀（測量機器人）進行自動跟蹤監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果輸入塔機安全保護裝置，以實現(xiàn)用垂直度偏差這一參數(shù)對塔機運行的自動控制。

　　二、自動全站儀及配套設(shè)施工作原理

　　TCA自動全站儀（測量機器人）由坐標系統(tǒng)、操縱器、換能器、計算機和控制器、閉路控制傳感器、決定制作、目標捕獲、以及集成傳感器等八大部分組成。它可以自動識辨目標、精確瞄準目標、自動正倒鏡測量、自動完成數(shù)據(jù)采錄。角度測量精度0.5"，顯示分辨率0.1"，采用絕對編碼，連續(xù)、對徑測量方法，電子雙軸補償方式，補償范圍4'，設(shè)置精度0.3"。反射片（60mm×60mm）距離測量范圍200m，精度(1+ 1ppm x D)mm，顯示分辨率0.01 mm，采用相位測量（同軸、不可見紅外激光）。馬達驅(qū)動最大旋轉(zhuǎn)速度45°/s。自動目標識別與照準（ATR）定位精度200 m 內(nèi)為 1 mm，切向跟蹤速度（跟蹤模式）100 m 處 1 m / s，采用數(shù)字影像處理（激光束）原理。望遠鏡激光對中，30倍放大倍數(shù)。

　　測量機器人機載軟件，負責自動照準目標、自動測角、自動測距及超限或目標丟失等異常情況的自動處理。

　　配套設(shè)施包括：主控微處理器、存儲模塊、萬年歷模塊、報警模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和顯示模塊，其中主控微處理器連接電源及其他模塊，數(shù)據(jù)采集模塊通過數(shù)據(jù)總線連接自動全站儀。本配套設(shè)施，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸性能好，能自動記錄、顯示、計算、分析、處理，體積小且可與塔式起重機電器控制較好兼容。

　　三、現(xiàn)場自動監(jiān)測

　　該項目監(jiān)測依據(jù)是：GB5144-2006《塔式起重機安全規(guī)程》、GB/T5031-2008《塔式起重機》、GB50026-2007《工程測量規(guī)范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》。

　　針對該塔機南北向垂直度偏差大的實際情況，我們在距基坑西側(cè)邊外12m，離被測塔機28m處設(shè)自動監(jiān)測站，每天自動定時間、定條件，跟蹤監(jiān)測。

　　基準點設(shè)在距基坑外60m處二根間隔15m的獨立標志桿上。監(jiān)測取樣點為60mm×60mm反射片，上部反射片黏貼在塔機回轉(zhuǎn)體下標準節(jié)西南角的西側(cè)，下部反射片黏貼在塔機底部第一基礎(chǔ)節(jié)西南角的西側(cè)，上下反射片間垂直距離為21.5468m。監(jiān)測預(yù)警值①設(shè)定為≥3.2‰、預(yù)警值②設(shè)定為≥3.6‰、報警值設(shè)定為≥4‰。

　　監(jiān)測條件設(shè)定為，吊鉤無荷載，起重臂位于東西向?qū)�準監(jiān)測站。監(jiān)測時間設(shè)定為，正常情況下，一天2次，上午9時、下午2時各1次；出現(xiàn)預(yù)警值①時調(diào)整為一天4次；出現(xiàn)預(yù)警值②時調(diào)整為一天8次。在整個30天自動監(jiān)測周期中，共出現(xiàn)6次超預(yù)警值①、1次超預(yù)警值②、1次超報警值情況。當出現(xiàn)超報警值時，塔機電控保護自動起作用，切斷塔機工作電源。

　　塔機垂直度監(jiān)測原理如下：

　　圖1

　　如圖1所示，O點為測量機器人儀器中心點，A點（高點）為被監(jiān)測塔機塔身上部監(jiān)測點，B點（低點）為被監(jiān)測塔機塔身下部監(jiān)測點；OC垂直于B點引伸的方向線，OD垂直于A點引伸的方向線；D1為OD間距離，D2為OC間距離,△H1為AD間距離，△H2為BC間距離；△H1和△H2有正負。

　　利用測量機器人自動測距功能，分別得到測站中心點O至塔機上的高點A和低點B的水平距離D1和D2及高差△H1和△H2，根據(jù)公式（1）計算得到高點投影到低點的水平距離偏差：

　　△D= D1- D2       （1）

　　及公式（2）計算得到高點至低點的垂直高度：

　　H=△H1-△H2       （2）

　　根據(jù)垂直度的計算公式（3）得出該建筑物在該處相對垂直方向的垂直度為：

　　i（‰）=△D/ H    （3）

　　傾斜方向依據(jù)△D的正負號判斷給出。

　　嘗試使用了這套自動監(jiān)測預(yù)警報警系統(tǒng)，避免長時間單調(diào)、枯燥的測量工作由測量人員疲勞、疏忽所產(chǎn)生的差錯，提高監(jiān)測工作質(zhì)量、作業(yè)精度和效率，確保了該塔機的使用安全。出現(xiàn)的預(yù)警、報警信息及時反饋給有關(guān)各方，為塔機停運、加固糾偏、調(diào)整起重荷載、落實保護方案，提供了科學(xué)、準確、動態(tài)的依據(jù)，達到了監(jiān)測的目的。

　　四、結(jié)束語

　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，自動監(jiān)測技術(shù)越來越被廣泛使用并日趨成熟。這次結(jié)合對基坑施工監(jiān)測，采用自動全站儀及配套軟件，完成了對坐落于基坑中的塔式起重機的垂直度跟蹤監(jiān)測。通過該項目的自動監(jiān)測實踐，為以后在建設(shè)工程沉樁、基坑施工中加強對影響范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物、周邊道路地下管線、有關(guān)設(shè)備設(shè)施、歷史古跡文物等的安全、及時、可靠保護，提供自動監(jiān)測服務(wù)積累了經(jīng)驗，開辟了新途徑。