基于激光定位的逆作法预埋立柱间接法调垂工艺及设备

胡玉银 顾国明 陆 云 吴一帆 李子旭

1. 上海市建工设计研究院有限公司 上海 200050；2. 上海建工集团工程研究总院 上海 201114

0 前言

在地下结构逆作法施工中，临时支承立柱与永久结构立柱往往合而为一，即基坑工程施工阶段采用钢管柱或钢格构柱作为临时支承立柱，待基坑工程完成以后再在其外包钢筋混凝土，成为永久结构立柱。这对临时支承立柱的施工质量提出非常高的要求，规范规定结构立柱轴线偏差应当控制在±5 mm以内，垂直度控制在1/500 以内。当临时支承立柱的平面位置和垂直度超过设计要求时，就会给后续施工增加困难，严重时还会给地下工程使用功能带来不利影响。因此预埋立柱调垂工艺属于地下结构逆作法的关键技术，工程技术人员给予了高度关注，不断探索可靠、高效、经济的新工艺[1-4]。

我国地下结构逆作法钢立柱传统调垂工艺大同小异，都是利用调垂装置直接调节钢立柱的垂直度，即直接调垂工艺（以下简称直接法）。根据调垂装置安装位置分为地下和地上2种，如图1所示。

由于调垂装置安装在地下深处，因此地下调垂工艺存在调垂装置安装与拆除困难的缺陷。而为了产生足够的调垂力矩，地上调垂工艺的调节装置安装位置比较高，给钻孔灌注桩混凝土浇捣带来了困难，增加了成本。本文在系统总结直接法调垂工艺特点的基础上，提出了间接法调垂工艺，并研制了基于激光定位的逆作法预埋立柱全自动调垂设备。

图1 钢立柱垂直度直接法调垂工艺原理

1 间接法调垂工艺原理

针对传统钢立柱直接法调垂工艺存在的不足，提出了逆作法钢立柱间接法调垂工艺，其工艺原理为：把调垂平台与钢立柱固结为一体，然后依托地面，以液压为动力，在计算机自动控制下通过调节调垂平台垂直度，达到调节钢立柱垂直度的目的，如图2所示。

逆作法钢立柱间接法调垂工艺流程如下：

（a）设备安装：安装限位装置和调垂平台；

（b）钢立柱安装：按设计位置安装、定位钢立柱，并将其与调垂平台固结为一体；

（c）调垂系统组装与调试：将钢立柱垂直度测斜仪、液压动力系统和自动控制系统连为一体，系统调试完成后设定调垂参数；

图2 钢立柱垂直度间接法调垂工艺原理

（d）钢立柱调垂：在控制系统作用下，以地面为依托，液压为动力，自动调节钢立柱垂直度，直至满足施工质量要求。

（e）拆除调垂设备：待混凝土终凝，钢立柱位置固定以后，拆除调垂平台及限位装置。

逆作法钢立柱间接法调垂工艺将调垂平台与钢立柱固结为一体，变传统直接调节钢立柱垂直度为通过调垂平台间接调节钢立柱垂直度，所有作业都在地面附近进行，将高空或地下作业转化为地面作业，具有工艺简单、设备简易和操作简便的优点，调垂工效大大提高。2010年该创新工艺获得国家发明专利授权（授权号为：ZL200610024023.1）。

2 全自动调垂设备[5-8]

逆作法钢立柱全自动调垂设备如图3所示，主要由以下5 部分组成：垂直度实时检测系统、液压动力系统、自动控制系统、伸缩同步千斤顶、定位及调垂机构。

图3 逆作法钢立柱全自动调垂设备

逆作法钢立柱全自动调垂设备工作原理为：利用实时测量与监控系统，检测出钢立柱X轴和Y轴两个方向的垂直度，然后传输给自动控制系统，自动控制系统经过与设计和施工要求比较后，发出控制指令，控制液压泵站及同步千斤顶的伸缩，用以调整钢立柱的姿态，即调整钢立柱的偏斜状态，直至钢立柱满足设计、施工对钢立柱垂直度的要求。

3 工程应用

课题组历经6年，先后通过了工艺研究、系统设计、样机试制、工程试验、工程示范和工程应用等阶段。研制的基于激光定位的钢立柱全自动调垂工艺与系统，自2010年成功通过上海陆家嘴塘东总部基地应用以来，先后在上海外滩公共服务中心、月星环球广场、铜山街、丁香路788 号，武汉永清以及南京华新城等10 多个工程中推广应用，产生了良好的社会效益和经济效益。

工程实践表明，基于激光定位的逆作法钢立柱间接法调垂工艺与全自动调垂设备具有工艺简单、设备简易和操作简便的优点，其主要性能指标如下：

（a）调垂精度高。最高精度可达1/2 000，通常能确保1/800的测量精度，较常规工艺的调垂精度1/200～1/300有显著提高；

（b）调垂效率高。实现了钢立柱垂直度测量和调整全自动，一根钢立柱垂直度调整时间由传统的3～4 h缩短为10 min左右，效率提高90%以上；

（c）环境友好。本文所述的调垂设备小巧，混凝土浇捣方便，取消了常规调垂测量用的测斜管，避免了测斜管的PVC塑料对环境的污染，同时也节省了材料，保护了环境，降低了成本。

图4 全自动调垂设备工程应用实景