随着我国城市建设的不断发展,工程建设规模日益扩大,设计复杂、楼板厚、层高大、跨度大的结构逐渐增多。在施工浇筑过程中,这些部位的模板支撑架不仅搭设高度高、跨度大,而且承受较大荷载。高大支模搭设过程中,由于施工水平差异、地面沉降、顶杆失稳、钢管材料折旧、扣件扭力不足等因素,易发生坍塌事故,给施工现场带来安全隐患。

　　 根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》 ^[1]:搭设高度8m及以上,或搭设跨度18m及以上,或施工总荷载15kN/m²及以上,或集中荷载(设计值)20kN/m及以上的混凝土模板支撑工程为超过一定规模危险性较大的分部分项工程,属高大模板支撑体系。施工单位应按规定对危险性较大的工程进行施工监测和安全巡视,发现危及人身安全的紧急情况,应立即组织作业人员撤离危险区域。

　　 原有的高支模施工安全监测做法是采用光学仪器,在支模体系内各关键部位或薄弱部位布点,每0.5h左右观测高支模的变形情况。由于高支模内部杆件较密,实际只能观察到支模体系外围的变形情况。加之支模体系外围罩有安全网,往往不具备观察外围变形情况的条件,人工观测高支模内部有人身危险并不可行。由于高支模体系是柔性的时变系统,外围变化与高支模体系内部没有直接对应关系。高支模发生坍塌往往发生在内部局部,导致高支模体系连续倒塌。仅对外围进行观测不能全面掌握高支模的安全状态。

　　 另外,现有高支模间隔较大,无法实时监测,安全监测不能覆盖整个高支模施工过程,施工中作业面上的人员难以感知高支模的安全情况,一旦变形超限,往往不能安全撤离危险区域。

　　 在医院直线加速器房间顶板浇筑过程中,采用智能无线监测系统,一方面解决直线加速器在极其密闭和狭小空间内,无法安全监测传统高支模的难题,另一方面实时的数据监测保障现场施工安全。

　　 泰康同济(武汉)医院项目直线加速器房间(见图1)位于地下室,共3间房间,分别为1号直线加速器间、2号直线减速器间和赛博刀直线加速器间,建成后主要用于射线治疗,考虑放射线辐射的要求,直线加速器房间均设计为密闭狭小的结构空间。

　　 本项目直线加速器治疗区域最小内径尺寸为8.5m×7m,迷道最窄宽度2.4m,房间仅1个门洞,尺寸为2.4m×2.6m。直线加速器顶板为1 700,3 000mm厚超厚板,净高度为7 300,6 000mm。墙体高9 000mm,厚1 000～3 000mm。混凝土强度等级为C35,抗渗等级P8。钢筋为ɸ20@150,ɸ22@150,ɸ25@120,ɸ25@150,拉钩为ɸ6。

　　 直线加速器顶板为1 700,3 000mm厚超厚板,架体高7 300,6 000mm。施工总荷载49.37,84.47kN/m,均>20kN/m,属于高支模施工范畴。直线加速器顶板采用散拆散装的木模体系,支撑体系为盘扣式钢管满堂架+扣件式钢管满堂架。高支模支撑体系设计如下:(1)模板面板为1 830mm×915mm×15mm厚镜面木模板,木方100mm×100mm(50mm×100mm二合一),间距150mm,主楞10号双槽钢托梁;(2)盘扣式钢管满堂架立杆间距600mm×600mm,步距1 500mm,扫地杆距地面300mm,最顶部两步步距应不大于标准步距的一半,即750mm;(3)扣件式钢管满堂架立杆间距300mm×300mm,步距1 500mm,扫地杆距地面200mm,最顶部两步步距应不大于标准步距一半,即750mm。直线加速器高支模支撑体系如图2所示。

　　 本项目直线加速器房间顶板厚度最后达3m,荷载极大、迷道狭窄且房间空间有限、材料运输和人员通行困难,另外高支模架体较密,仅能由内向外逐步搭设,架体搭设要求一次成活、过程验收且搭设完成后无法进行传统的光学仪器高支模监测。

　　 高支模报警系统采用自动化监测手段,实时监测高大模板支撑系统的模板沉降、支架变形和立杆轴力,可实现实时监测、超限预警、危险报警、预防事故、减少损失的功能。该系统包括智能数据采集仪、传感器、报警器及监测软件。监测系统工作流程如图3所示。

　　 1)高支模搭设、检测、检查完成后,在楼板正中模板底部和梁跨中模板底部分别安装位移传感器和压力计,实时监测该部位的挠度和应力状态;在高支模顶部角点布置水平位移传感器,实时监测高支模整体水平位移;在楼板正中模板底部和梁跨中模板底部安装坍塌触发装置。

　　 2)混凝土浇筑过程中进行实时监测,传感器数据通过采集终端无线传输给现场采集仪,进行分析和数据判断。

　　 3)当监测值达到设计预定值时,系统发现预警,提醒现场项目负责人、监理、安全员等,排查造成高支模变形过大或承载过高的原因。

　　 4)高支模发生局部坍塌时,报警装置触发现场声光报警器,给作业人员争取逃生时间。

　　 基于高支模事故原因,系统主要监测高支模关键点的模板沉降、立杆轴力、立杆倾斜、模板水平位移等参数;通过无线采集实时查看监测数据,当浇筑过程中各监测参数超过报警值时,系统自动报警通知现场人员排查安全隐患。

　　 1)智能无线数据采集主机主要用于现场无线采集和监测传感器的数据,用于Zigbee网络无线数据采集,将数据推送到系统数据平台,现场可用于高大模板支撑体系的施工安全监测及基坑、高边坡等监测项目的巡检监测。

　　 2)倾角仪(智能无线数据采集终端)主要用于监测过程中传感器数据的无线采集与传输;可采集模拟信号、电压信号、电流信号,内置高精度倾角仪等。

　　 3)高精度拉绳式位移传感器主要用于需测量高精度变形的工程领域;配合智能无线数据采集终端,实现远程变形监控。高精度电阻传感器具有精度高、采用铝合金外壳耐腐蚀性好、多种安装方式、适应性好等特点。

　　 4)无线声光报警器当数据超过设定报警值时,开始闪烁并发出报警声。

　　 5)信号天线可直接连接在倾角仪(智能无线数据采集终端)上传输数据信息,也可连接在与倾角仪(智能无线数据采集终端)相连的信号传输线上传输数据信息。

　　 6)信号接收器连接在智能无线数据采集主机上,与倾角仪(智能无线数据采集终端)进行数据信息传输。

　　 一体式采集仪内置智能监测数据采集软件。多用途无线终端,可自由组合;采样频率为1Hz的高频采样;终端远程开关,自动休眠,传输模块无物理按键;智能无线采集仪最大180通道;无线传输距离>300m;为Zigbee自组网,可自动中转;传感器供电时间>72h;主机内置锂电池和220V交流供电。

　　 1)布置原则高支模安全监测应严格按照设计要求布设足够数量的监测点,点位间距与密度应符合规范要求,覆盖整个施工面,确保无监测盲区。重点实时监测高支模关键部位或薄弱部位的模板沉降、杆件倾角等参数,主要有以下几点:反映高支模体系整体水平位移的部位;跨度较大或截面尺寸较大的现浇梁跨中等,荷载较大、模板沉降较大的部位;跨度较大的现浇混凝土板中部等,荷载较大、模板沉降较大的部位。

　　 2)现场测点布置本次在典型房间———2号直线加速器房间配备一整套监测系统。点位名根据倾角仪智能无线数据采集终端进行编号命名。

　　 1,2,3,5,6号点位分别位于1/4跨、1/3跨、迷道与直线加速器房间拐角、迷道与外部结构拐角、跨中(4号点位已取消)。每个点位各布置1个倾角传感器、1个竖向位移传感器和1个轴压立杆传感器,共布设15个传感器。直线加速器高支模安全自动化监测系统传感器平面布置如图5所示。

　　 立杆轴压传感器安装在立杆顶托与模板间,直接监测立杆轴力;倾角仪安装在最顶部水平杆上,监测杆体的倾斜变形;高精度拉绳式竖向位移传感器安装在水平杆上,通过下垂与地面接触的竖直铁丝直接测量架体沉降。无线声光报警器安装在可接收范围的任何地方。

　　 报警值根据JGJ162—2008《建筑施工模板安全技术规范》 ^[2]、JGJ300—2013《建筑施工临时支撑结构技术规范》 ^[3]确定,如表1所示。

　　 本次高支模智能监测时间为2018年12月10日16:00—12月11日11:00,持续20h。

　　 为方便系统数据处理与加工分析,监测结果按1h/次频率提取数据,共20个时段,每个点位提取20组数据、60个数据。5个点位共提取300个数据。

　　 通过系统处理与加工分析,各监测点倾角、竖向沉降累计变形、立杆轴压最大值和出现时间如表2所示。

　　 顶板混凝土属于大体积混凝土施工范畴,为有效降低混凝土内部水化热温度,采用整体分层浇筑法(见图6),每层浇筑厚度控制在500mm。

　　 各监测点倾角、竖向沉降、立杆轴压的监测曲线及监测数据分析如图7所示。

　　 整个混凝土浇筑过程中,随着混凝土浇筑时间的增加,混凝土浇筑量持续增大,施加荷载不断增大,支撑体系受力明显,各监测点倾角累计变形值、竖向沉降累计变形值和立杆轴压值随之加大,呈整体阶梯式上升趋势,在监测结束前4h达到稳定。

　　 6 号点位位于3 000mm厚顶板跨中位置,承受荷载大、竖向受压明显、受力变化大,故倾角累计变形大,是顶板的关键薄弱部位。

　　 5号点位位于1 700mm厚顶板迷道拐角处,板厚<3 000mm,但此部位有门洞,墙体分担竖向荷载较少,使支撑架体承受荷载较大,且此部位立杆为盘扣钢管(ɸ60×3.2mm)和普通钢管(ɸ48.3×3.6mm)混搭,架体竖向刚度较小,故竖向变形最大。

　　 竖向沉降累计变形值排序依次为:迷道与外部结构拐角>跨中>1/4跨、1/3跨>迷道与直线加速器房间拐角。

　　 立杆轴压值排序依次为:6号点位>2号点位>1号点位>5号点位>3号点位。在3 000mm厚顶板范围内,跨中立杆轴压值最大,1 700mm厚顶板范围内,迷道拐角处立杆轴压值最大,此2处为关键薄弱部位,需重点关注。

　　 各监测点倾角、竖向沉降累计变形值和立杆轴压均未超过设计预警值,高支模支撑体系处于安全可控状态。

　　 1)降低高支模施工安全风险通过实时监测直线加速器狭小密闭空间高大模板支撑系统的模板竖向沉降、支架倾角变形和立杆轴力,可实现实时监测、超限预警、危险报警的监测目标。当监测值超过预警值时,监测人员能及时通知现场作业人员停止施工,迅速撤离,从而降低施工安全风险。

　　 2)降低监测难度智能监测系统测点安装快捷便利,通过无线接收数据,不存在现场环境的遮挡问题。能有效解决直线加速器在极其密闭、狭小空间内,无法进行安全监测且空间盲区的难题,降低监测难度。

　　 3)提高监测效率及精度无线传感器安装方便、免布线、自动组网,且监测过程操作简便、功能直观,相比传统监测大大提高工作效率。

　　 传统监测方法采用人工读数方式,故每2次读数间存在一定误差。该系统通过电子精密元件和传感器监测数据,精准度高。