武當(dāng)山遇真宮保護(hù)頂升工程測量技術(shù)實(shí)踐

劉仁釗，劉 洋，趙本新，戴占彪

（1. 湖北國土資源職業(yè)學(xué)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(dāng)山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊 050000）

武當(dāng)山遇真宮保護(hù)頂升工程測量技術(shù)實(shí)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(xué)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(dāng)山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊 050000）

采用分步抬升施工方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(shí)施原地頂升15 m，其頂升高度為目前世界紀(jì)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(yàn)。

遇真宮；分步抬升施工；精密頂升測量；高度定位測量

武當(dāng)山遇真宮位于武當(dāng)山旅游經(jīng)濟(jì)特區(qū)遇真宮村，緊鄰G209國道，距武當(dāng)山鎮(zhèn)東約4 km，其位置地理坐標(biāo)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(dāng)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(jìn)行了擴(kuò)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(shí)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(shí)施頂升保護(hù)工程前遇真宮全貌。

圖1 頂升保護(hù)工程前武當(dāng)山遇真宮全貌圖

2005年9月，由于南水北調(diào)中線工程的實(shí)施，丹江口水庫正常蓄水位將提高至170 m，為了保護(hù)遇真宮不被淹沒，確定了“就地抬升”的保護(hù)方案。2012年8月，遇真宮頂升保護(hù)工程開始啟動，采用分步抬升施工方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(shí)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(fù)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(yuǎn)，砌體材料老化嚴(yán)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(dá)到了15 m，而當(dāng)前頂升世界紀(jì)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(yán)的要求；③國際上沒有可借鑒的頂升工程施工經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)上很難提出一個十全十美的方案，只能“試驗(yàn)性”地進(jìn)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(yàn)后再開始對重量較大的中宮山門進(jìn)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(shí)在制作底部基礎(chǔ)托盤時(shí)，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(jì)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)，既可以保護(hù)古建筑不受損害又可加快施工進(jìn)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(jì)算機(jī)控制臺相連接，形成了計(jì)算機(jī)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(shí)都處于進(jìn)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?shí)時(shí)位移傳感器，從而能測到梁體的頂升高度，以達(dá)到同時(shí)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(hù)工程平面控制網(wǎng)控制點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)是遇真宮頂升工程測量的重要參考依據(jù)，按照設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(diǎn)為起算點(diǎn)，組成GNSS網(wǎng)進(jìn)行解算求取控制點(diǎn)平面坐標(biāo)。高程采用四等水準(zhǔn)測量方法，聯(lián)測了其中3個GNSS控制點(diǎn)和1個場地高程點(diǎn)，根據(jù)高程擬合出其他控制點(diǎn)高程。

2.2 參照點(diǎn)的布設(shè)

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

圖4 控制點(diǎn)及參照點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算機(jī)同步液壓頂升系統(tǒng)對建筑物進(jìn)行頂升。該系統(tǒng)安裝有可測定千斤頂?shù)膶?shí)時(shí)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(jìn)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(dá)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(jìn)行下一輪頂升。

圖5 計(jì)算機(jī)同步液壓頂升系統(tǒng)

3.2 參照點(diǎn)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(diǎn)的垂直相對位置會產(chǎn)生一定變化，最大可達(dá)5 mm。因此，需要在進(jìn)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(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)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(yán)格水平。

在頂升前，按二等水準(zhǔn)精度要求對山門各參照點(diǎn)測量，求取每個宮門上各參照點(diǎn)間的相對高差，以作為宮門初始水平狀態(tài)基準(zhǔn)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(diǎn)，計(jì)算出點(diǎn)間的相對高差，并與初始水平狀態(tài)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dú)立測量2次，分別計(jì)算閉合差，無誤后取平均值。值得注意的是，計(jì)算機(jī)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(xiàng)非常細(xì)致的工作。

4 頂升高度定位測量

按照設(shè)計(jì)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(jì)高程，因此需要把這個設(shè)計(jì)高程在山門內(nèi)某一點(diǎn)上確定下來。

4.1 定位基準(zhǔn)點(diǎn)高程計(jì)算

遇真宮頂升完成后，還要對其進(jìn)行恢復(fù)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(jì)高程175 m為基礎(chǔ)，中宮山門內(nèi)拱門（基準(zhǔn)點(diǎn)）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(zhǔn)。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(jì)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(jì)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(jìn)程安排，先對東宮門頂升高度進(jìn)行最終定位測量，即將東宮門內(nèi)拱門高程準(zhǔn)確定位在175．936 m；然后以東宮門為高度基準(zhǔn)，通過精密水準(zhǔn)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(jìn)行定位（176．456 m），以便配合中央電視臺的報(bào)道。

4.3 定位測量技術(shù)及方法

應(yīng)用高精度全站儀，隔點(diǎn)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(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)GPS4（水準(zhǔn)高程）之間，通過計(jì)算測量儀器至2覘點(diǎn)之間的高差，得到東宮門參照基準(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)GPS4之間的高差；然后根據(jù)GPS4點(diǎn)的高程（205．021 6 m）計(jì)算出東宮門內(nèi)拱門參照基準(zhǔn)點(diǎn)高程，并與設(shè)計(jì)高程（175．936 m）進(jìn)行比較，確定需要頂升的高度，最后進(jìn)行復(fù)測。

以頂升后的東宮門內(nèi)拱門參照點(diǎn)為基準(zhǔn)，在東、西宮門之間安置精密水準(zhǔn)儀，應(yīng)用二等水準(zhǔn)測量方法測定2點(diǎn)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(dāng)2點(diǎn)之間高差為零時(shí)，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(hù)頂升工程采用分步抬升施工方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(dá)到施工設(shè)計(jì)要求。同時(shí)還配合中央電視臺和其他媒體對頂升和最后高度定位進(jìn)行了現(xiàn)場直播報(bào)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(yàn)，對開創(chuàng)我國工程建筑物大高度頂升產(chǎn)生了廣泛深遠(yuǎn)的影響。

[1] CJJ/T73-2010．衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范[S]．

[2] CJJ/T 8．城市測量規(guī)范[S]．

[3] GB/T 12897-2006．國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]．

[4] GB12898-91．國家三四等水準(zhǔn)測量規(guī)范 [S]．

[5] GB50026-2007．工程測量規(guī)范[S]．

[6] 周忠謨，易軍杰． GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用 [M]． 北京：測繪出版社，2004

[7] 張正祿． 工程測量學(xué)[M]． 武漢：武漢大學(xué)出版社，2005

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(xué)工作。

2013-09-02。