武當山遇真宮保護頂升工程測量技術(shù)實踐

劉仁釗，劉 洋，趙本新，戴占彪

（1. 湖北國土資源職業(yè)學院，湖北 武漢 430090；2．荊州市土地勘測規(guī)劃院，湖北 荊州 434000；3．武當山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科學研究院，河北 石家莊 050000）

武當山遇真宮保護頂升工程測量技術(shù)實踐

劉仁釗1，劉 洋2，趙本新3，戴占彪4

（1. 湖北國土資源職業(yè)學院，湖北 武漢 430090；2．荊州市土地勘測規(guī)劃院，湖北 荊州 434000；3．武當山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科學研究院，河北 石家莊 050000）

采用分步抬升施工方案，運用計算機同步液壓頂升系統(tǒng)和常規(guī)精密高程測量方法，將遇真宮山門及兩翼琉璃墻體、東西宮門實施原地頂升15 m，其頂升高度為目前世界紀錄的5倍，創(chuàng)造了世界建筑工程頂升史上的奇跡。主要介紹了遇真宮頂升工程技術(shù)方案、精密頂升測量及最終高度定位測量技術(shù)和方法，為我國開展建筑工程高難度頂升及測量提供了寶貴經(jīng)驗。

遇真宮；分步抬升施工；精密頂升測量；高度定位測量

武當山遇真宮位于武當山旅游經(jīng)濟特區(qū)遇真宮村，緊鄰G209國道，距武當山鎮(zhèn)東約4 km，其位置地理坐標為東經(jīng)111°07′,北緯32°30′，海拔160 m，1994年被列入世界文化遺產(chǎn)名錄。遇真宮屬武當山九宮之一，始建于明朝永樂十年（1412），永樂十五年（1417）竣工，嘉靖年間又進行了擴建，總占地面積約5．6萬 m2。遇真宮除經(jīng)歷了自然損壞外，還歷經(jīng)了戰(zhàn)亂和建國后文革時期的人為損壞，西宮與東宮主體建筑早已無存，只留下宮墻、東西宮門和中宮主殿真仙殿、龍虎殿和配殿廂房等。2003年1月遇真宮主殿被大火化為灰燼，只留下宮墻以內(nèi)2．88萬 m2的建筑。圖1為實施頂升保護工程前遇真宮全貌。

圖1 頂升保護工程前武當山遇真宮全貌圖

2005年9月，由于南水北調(diào)中線工程的實施，丹江口水庫正常蓄水位將提高至170 m，為了保護遇真宮不被淹沒，確定了“就地抬升”的保護方案。2012年8月，遇真宮頂升保護工程開始啟動，采用分步抬升施工方案，運用計算機同步液壓頂升系統(tǒng)和常規(guī)精密高程測量方法，將遇真宮山門及兩翼琉璃墻體、東西宮門實施原地頂升15 m，2013年1月17日頂升結(jié)束，遇真宮東、西宮門和中宮山門宮墻四周正負零為黃海高程海拔175 m。

1 頂升工程技術(shù)方案

1.1 技術(shù)難題

遇真宮山門頂升技術(shù)主要面臨3個方面難題。①遇真宮山門建筑建造年代較為久遠，砌體材料老化嚴重，結(jié)構(gòu)整體性差，給基礎(chǔ)托換和同步頂升造成較大的困難，這是以往頂升工程中沒有遇到過的，因此很難在頂升過程中保證不出現(xiàn)任何損壞；②頂升高度太大，達到了15 m，而當前頂升世界紀錄不到4 m，要在如此高的高度上確保山門整體水平抬升，這對頂升誤差控制提出了極嚴的要求；③國際上沒有可借鑒的頂升工程施工經(jīng)驗，技術(shù)上很難提出一個十全十美的方案，只能“試驗性”地進行頂升施工。

1.2 施工方案

遇真宮山門頂升工程施工技術(shù)方案，按照頂升工程施工順序分為：

1）確定山門頂升順序。此次涉及東、西山門和中宮山門3座單體建筑，需要確定哪一個山門先開始頂升。由于沒有十足的把握，因此首先選擇重量較小，頂升難度相對容易的西宮山門，積累一定經(jīng)驗后再開始對重量較大的中宮山門進行頂升，最后是東宮山門。

2）設(shè)置控制豎樁。在山門頂升過程中，需要借助反沖力向上抬起，同時在制作底部基礎(chǔ)托盤時，也需要水平反向沖力將鋼箱梁從山門下方橫穿過去，因此需在山門周邊設(shè)置一定數(shù)量的控制豎樁。根據(jù)地基情況，設(shè)計中宮山門48根，東、西宮山門各14根，樁深18 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3）山門基礎(chǔ)托換。將山門的底部基礎(chǔ)用鋼筋混凝土澆筑成一個“托盤”，進行山門基礎(chǔ)托換，以便于整體頂升。遇真宮首次采用契入式鋼箱梁進行基礎(chǔ)托換，代替原來的混凝土箱梁托換。這種方式具有對原有土體擾動小，上部結(jié)構(gòu)因托換產(chǎn)生的不均勻沉降小，施工速度快，托換底盤整體性好等優(yōu)點，既可以保護古建筑不受損害又可加快施工進度。

圖2 基礎(chǔ)托換

圖3 山門頂升

4）山門整體頂升。在“托盤”下面放置一定數(shù)量的大型千斤頂，東、西宮門各有12個，中宮山門48個，每個千斤頂可頂起200噸。千斤頂連接液壓泵和位移傳感器，最后與計算機控制臺相連接，形成了計算機同步液壓頂升系統(tǒng)。頂升系統(tǒng)中的液壓泵采用閥配流形式的柱塞泵，泵站上安裝有均載閥，可靠地保證了千斤頂在頂升和降落時都處于進油調(diào)速控制下。此外，頂升系統(tǒng)還安裝可測定千斤頂?shù)膶崟r位移傳感器，從而能測到梁體的頂升高度，以達到同時同速頂升。

1.3 測量要求

按照建筑物工程定位要求，以及前期土方工程的需要，遇真宮頂升保護工程平面控制網(wǎng)控制點應(yīng)滿足四等精度要求；用于遇真宮頂升高程定位高程控制點精度應(yīng)滿足四等精度要求；遇真宮東、西宮門和中宮山門頂升誤差控制在±1 mm以下，以保證頂升過程平穩(wěn)。

2 精密工程控制網(wǎng)的建立

2.1 控制網(wǎng)的建立

測量控制點是遇真宮頂升工程測量的重要參考依據(jù)，按照設(shè)計要求，并兼顧工程施工及交通等因素，在遇真宮南、北山坡上布設(shè)了8個GNSS控制點，邊長在300～500 m，采用GNSS靜態(tài)觀測方法，以YHG和YZG 2個已知點為起算點，組成GNSS網(wǎng)進行解算求取控制點平面坐標。高程采用四等水準測量方法，聯(lián)測了其中3個GNSS控制點和1個場地高程點，根據(jù)高程擬合出其他控制點高程。

2.2 參照點的布設(shè)

為了準確反映建筑物的抬升，以及在抬升過程中嚴格保證建筑物的水平，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，分別在東、西宮門和山門選擇了一系列參照點，見圖4。

圖4 控制點及參照點示意圖

3 頂升測量

山門頂升測量包括2個部分：山門抬升過程中千斤頂?shù)奈灰茰y量，用以確定每次頂升的高度；另外是每次頂升結(jié)束后，下一次頂升前的山門四周參照點測量，用以確定山門是否保持水平。

3.1 頂升位移測量

為了保證頂升工程質(zhì)量，采用計算機同步液壓頂升系統(tǒng)對建筑物進行頂升。該系統(tǒng)安裝有可測定千斤頂?shù)膶崟r位移傳感器，能夠自動測到梁體的頂升高度；此外，系統(tǒng)還具有自動調(diào)節(jié)功能，如果2排千斤頂用力有絲毫的不均勻，裝置在底盤下部的位移感應(yīng)器就能把信號發(fā)送給電腦控制臺，電腦即刻進行校正，其位移誤差控制在±0．5 mm以下。

由于遇真宮頂升高度達到了15 m，而千斤頂每次頂升最大位移為1．5 m，因此需要多次頂升。每次頂升完成后，需要把千斤頂依次逐個收起并在它下方加上鋼制墊塊，并在墊塊外緣包裹一層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的框架柱，然后重新澆筑托盤，待托盤凝固后，再進行下一輪頂升。

圖5 計算機同步液壓頂升系統(tǒng)

3.2 參照點測量

盡管每一次頂升精度很高，但隨著每一次鋼制墊塊的加入和重新澆筑托盤，每個宮門上的參照點的垂直相對位置會產(chǎn)生一定變化，最大可達5 mm。因此，需要在進行下一次頂升前用精密測量儀器測量每個山門四周的參考點，通過計算機同步液壓頂升系統(tǒng)將其調(diào)整到宮門頂升前的初始水平狀態(tài)，以確保宮門嚴格水平。

在頂升前，按二等水準精度要求對山門各參照點測量，求取每個宮門上各參照點間的相對高差，以作為宮門初始水平狀態(tài)基準數(shù)據(jù)。每次頂升前，仍按照初次測量的精度和方法測量各宮門參照點，計算出點間的相對高差，并與初始水平狀態(tài)基準數(shù)據(jù)進行比較后，根據(jù)數(shù)量大小將其調(diào)整一致。為了保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，要求獨立測量2次，分別計算閉合差，無誤后取平均值。值得注意的是，計算機同步液壓頂升系統(tǒng)只能升高不能下降，而且涉及到多個千斤頂，因此調(diào)整工作是一項非常細致的工作。

4 頂升高度定位測量

按照設(shè)計要求，遇真宮的頂升高度為黃海高程175 m，這個高度是中宮山門正門磚墁地面設(shè)計高程，因此需要把這個設(shè)計高程在山門內(nèi)某一點上確定下來。

4.1 定位基準點高程計算

遇真宮頂升完成后，還要對其進行恢復重建，宮門內(nèi)地面也要鋪裝。首先以中宮山門正門磚墁地面設(shè)計高程175 m為基礎(chǔ)，中宮山門內(nèi)拱門（基準點）高程為176．456 m，以此作為中宮山門和東、西宮門頂升參照基準。遇真宮東宮門和西宮門頂升高度相同。為了突出中宮山門的主體性質(zhì)，根據(jù)設(shè)計要求，中宮山門內(nèi)拱門高程比東宮門和西宮門內(nèi)拱門高0．5 m，這樣計算出東、西宮門內(nèi)拱門高程為175．936 m。

4.2 定位測量技術(shù)方案

根據(jù)施工進程安排，先對東宮門頂升高度進行最終定位測量，即將東宮門內(nèi)拱門高程準確定位在175．936 m；然后以東宮門為高度基準，通過精密水準測量方法，完成西宮門定位測量；最后再對中宮山門內(nèi)拱門高程進行定位（176．456 m），以便配合中央電視臺的報道。

4.3 定位測量技術(shù)及方法

應(yīng)用高精度全站儀，隔點設(shè)站，采用單程雙測法，測量東宮門內(nèi)拱門高程。具體作業(yè)方法為：將全站儀設(shè)置在東宮門內(nèi)拱門參照基準點和控制點GPS4（水準高程）之間，通過計算測量儀器至2覘點之間的高差，得到東宮門參照基準點和控制點GPS4之間的高差；然后根據(jù)GPS4點的高程（205．021 6 m）計算出東宮門內(nèi)拱門參照基準點高程，并與設(shè)計高程（175．936 m）進行比較，確定需要頂升的高度，最后進行復測。

以頂升后的東宮門內(nèi)拱門參照點為基準，在東、西宮門之間安置精密水準儀，應(yīng)用二等水準測量方法測定2點之間的高差。根據(jù)高差對西宮門不斷地頂升，測量人員不間斷地觀測精確水平高度，當2點之間高差為零時，東、西宮門內(nèi)拱門就在同一高度上。按照同樣的方法確定中宮山門內(nèi)拱門頂升高度176．456 m。

5 結(jié) 語

遇真宮保護頂升工程采用分步抬升施工方案，運用計算機同步液壓頂升系統(tǒng)和常規(guī)精密高程測量方法，自2012年8月頂升開始，至2013年1月頂升工程結(jié)束，將遇真宮山門及兩翼琉璃墻體、東西宮門從海拔160 m上升至海拔175 m，創(chuàng)造了世界建筑物頂升工程史上的奇跡，圓滿完成了遇真宮頂升工程任務(wù)，并保證了建筑物在頂升過程中完好無損，完全達到施工設(shè)計要求。同時還配合中央電視臺和其他媒體對頂升和最后高度定位進行了現(xiàn)場直播報道，展現(xiàn)了我國在建筑物頂升工程上的最新施工工藝和測繪技術(shù)，為以后建筑物大高度頂升工程積累了寶貴經(jīng)驗，對開創(chuàng)我國工程建筑物大高度頂升產(chǎn)生了廣泛深遠的影響。

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P258

B

1672-4623（2014）01-0144-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.050

劉仁釗，副教授，主要從事高精度大地測量和GNSS定位技術(shù)數(shù)據(jù)處理研究與教學工作。

2013-09-02。