淺談可視化液壓定位系統在地下鋼管柱施工中的應用

羅成勇

（中鐵隧道集團四處有限公司，廣西 南寧 530000）

青秀山站北側1 號風亭組采用主體結構鋼管混凝土柱兼做臨時中立柱，柱底采用φ2500mm 的鉆孔樁作為立柱嵌固樁基礎。鋼管混凝土柱直徑1300mm，壁厚25mm，鋼管柱內澆注C60 補償收縮混凝土，鋼管柱與各層板環梁通過牛腿+環梁形式連接，鉆孔樁深度為76.9m，鋼管柱總的長度為66.1m。

鋼管柱鋼材采用Q345C，25mm 厚，混凝土強度等級采用C60 補償收縮混凝土。

1 鋼管柱可視化液壓定位方案的確定

（1）鋼管柱的施工要求：①樁基鉆進施工垂直度偏差要求。鋼管混凝土樁底采用φ2800mm 的鉆孔樁作為立柱嵌固樁基礎，鋼管嵌固混凝土5m。樁總長79.2m，底板以上為鋼管柱，鋼管長65m，直徑1300mm，壁厚25mm，鋼管柱與各層板環梁通過牛腿+環梁形式連接。鉆孔樁按0.5%的垂直度要求，樁身的垂直度偏差要≤65m×0.5%=32.5cm；按立柱樁的鋼筋籠與鋼管柱之間的尺寸關系以及鋼管1/1000 的定位精度要求，樁身的垂直偏差≤40cm。②鋼管柱施工定位精度要求。鋼管柱與各層板環梁通過牛腿+環梁形式連接。鋼管柱前期作為臨時支撐柱起到上托各層環框梁板結構的作用，后期作為1 號風亭永久結構柱，支撐整個風亭內結構的作用，加之前后地下水位工況的不同，立柱的作用不同，作為永久結構的鋼管柱，其垂直偏差為鋼管柱總長1/1000 的定位精度要求，要≤59.8m×0.001=5.98cm。

（2）地下定位的作用。當鋼管柱頂部（地面）定位精確后，進行鋼管柱垂直度定位。鋼管柱頂端懸掛在定位平臺上，由于自重作用，鋼管將處于鉛垂狀態。但由于鉆孔樁澆注砼的擾動，鋼管柱可能會傾斜，因此在混凝土灌注過程中，并進行鋼管柱的加固穩定。

（3）定位方案的選擇：①人工絲桿調節系統。傳統的操作定位方法，操作工人人工下到鋼管柱底部2/3 處，通過密封螺旋千斤頂進行調節。讓螺旋千斤頂頂住鉆孔樁的壁部來實現此過程中的定位。此方法實用于較淺的鋼管柱。②可視化液壓定位系統。通過在4 個方向安裝液壓油缸，通過視頻監控系統、電磁閥和液壓系統壓力表控制油缸頂至鉆孔樁的壁部來實現此過程的定位。因鋼管柱較長，工人在地面上就可以對鋼管柱的偏移進行調整，較為容易實現鋼管偏移糾偏。采用先進的高精度激光垂準儀器、高清視頻成像配套高精度定位靶裝置，實現在地面進行定位糾偏過程的可視化。通過油缸的定位，實現人工地面操作，在安全上有所保障，選擇可視化液壓定位系統。

2 鋼管柱可視化液壓定位的施工工藝

（1）可視化液壓定位原理。可視化液壓定位原理如圖1所示。

圖1 可視化液壓定位原理簡圖

通過地面鋼管柱中心放至定位刻度板的垂準儀信號與已定位刻度板中心的偏差；通過信號傳輸在電腦上能看清楚具體鋼管柱偏差的位置大小及方向；通過控制液壓油缸待垂準儀信號與已定位刻度板中心的偏差在允許范圍內時，把其他油缸伸出頂至鉆孔樁壁部并鎖死液壓系統。固定地面定位平臺相關的連接部位，從而達到地面上和地面下定位的效果。

（2）定位平臺安裝及調整。

嚴格在地面將東、南、西、北4 個方向在原地面放樣出來，然后將平臺吊裝至固定位置，定位平臺底座：3.8m×3.8m×0.6m，橫梁：3.8m×0.4m×0.5m，12 個支腿可上下調節高度：0.17m，調整定位平臺在同一標高，現場調整如圖2 所示。

圖2 安裝定位平臺示意圖及現場圖片

（3）鋼管柱可視化定位系統的安裝。

①定位板及攝像頭位置確定。兩節鋼管拼接焊接過程中，定位板不受焊接過程的影響，故將定位板安裝位置定至焊縫以上的位置，所以定位板安裝高度定為水位高度往上2m 位置，即管底以上20m 處安裝定位刻度板。攝像頭在調試階段時，距離刻度板1.8m 為最佳成像距離，所以將攝像頭安裝至定位刻度板以上1.8m 處。

②液壓油缸位置確定。液壓油缸行程的選擇，結合現場實際情況，油缸行程選擇為115cm。安裝位置至管底處更容易保證鋼管的整體定位精度，由于鋼管管底至8.5m 位置內環板較多，且此部分管外密布錨釘和加勁肋板，不利于安裝液壓千斤頂，因此選定從管底往上8.6m 位置為液壓千斤頂安裝位置。

③液壓油缸的安裝。液壓油缸安裝：安裝液壓油缸并現場調試（液壓油缸距離管底8.6m），檢查液壓桿的伸縮性及計算液壓桿每秒鐘的伸縮速度、防水密閉性。

④可視化測量定位系統安裝。安裝定位板、成像攝像頭：定位板距離管底9.2m，定位板中心嚴格對正鋼管柱中心；攝像頭距離定位板1.9m 為最佳成像距離，攝像頭安裝至管內正南方向。全部定位裝置安裝完調試完成后進行下一步工序。

（4）鋼管柱吊裝。鋼管起重吊裝前的準備工作油管安裝連接、傳輸線路安裝連接等，3 節鋼管柱的長度分別是18.7m、23m、24.4m，起吊后2 節鋼管連接對焊。鋼管柱吊裝至孔口時，人工調節鋼牛腿方向，使鋼管柱東、西、南、北4 個方向基本對正定位平臺的4 個方向，隨后緩慢下管，第1 節管固定至橫梁上后，再起吊第2 節鋼管柱，液壓油管、控制線路、信號線連接，鋼管柱焊接，再起吊第3 節，只至整條鋼管柱連接并下放完成。

（5）鋼管柱可視化定位。定位過程主要是利用可視化液壓定位系統對鋼管進行整體定位，通過地面鋼管柱中心放至定位刻度板的垂準儀信號與已定位刻度板中心的偏差，通過電腦顯示屏可清晰地看到，鋼管的偏移位置和方向，通過控制液壓系統的電磁閥，液壓油缸伸縮調整鋼管方向及偏移量，待垂準儀信號與已定位刻度板中心的偏差在允許范圍內時，完成鋼管豎直度定位，最后定位完成后將各伸縮油缸頂至孔壁并將油缸鎖死固定。因鋼管柱自身連接誤差的影響，定位偏差結果為偏移設計中心4.5cm，滿足設計要求，可進行下一步工序。

（6）鋼管柱內混凝土澆筑。鋼管內、外混凝土澆筑應按照水下混凝土灌注方法進行澆筑，確保導管伸入混凝土中2m 以上，且混凝土澆筑應連續，灌注過程中導管應小幅度進行上下提動。

3 施工效果

通過攝像頭傳送至地面顯示器的實時監控畫面可以清晰看到激光點在定位板所處位置，從而判定管底的偏移情況；在地面上通過液壓油缸控制器按鈕調整液壓千斤頂的伸縮，當激光點準確對中定位板中心后，再將液壓千斤頂往東南西北4個方向伸長至孔壁處，當鋼管整體垂直度偏移≤1/1000，完全固定液壓千斤頂時，至此施工完成的整個過程。

4 結語

綜上所述，傳統的操作定位方法因其局限性不適用于本工程，而可視化液壓定位系統采用先進的技術設備，有效地解決了地面下鋼管柱定位精度的困難，實現了在地面進行定位糾偏過程的可視化，在安全上得以保證。