超長電梯井道測量控制技術(shù)研究及應(yīng)用

李文利

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941）

1 引言

超高層建筑的測量控制工作是保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。超高層建筑高速電梯施工是超高層建筑施工中不可缺少的工程和技術(shù)難點，現(xiàn)代建筑工程對超高層建筑電梯控制測量的方法和精度提出了更高的要求，加強對這方面關(guān)鍵技術(shù)的研究和探討，是保證整體建筑施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有很強的現(xiàn)實意義。本文以珠海中心大廈超高層建筑工程電梯施工控制測量為例，從控制測量、核心筒施工測量、電梯施工測量的精度控制措施等方面詳細闡述了超高層建筑工程電梯施工測量控制技術(shù)的運用。

2 工程概況

珠海十字門中央商務(wù)區(qū)建設(shè)控股有限公司擬建珠海十字門中央商務(wù)區(qū)會展商務(wù)組團一期項目位于珠海市灣仔，與澳門隔岸相望。該項目的建筑工程包括國際會議中心、國際展覽中心一期、國際標準甲級寫字樓及超五星級酒店、國際標準五星級酒店、公寓式酒店、商業(yè)寫字樓及其他相關(guān)配套設(shè)施。

珠海中心（辦公酒店）總建筑面積146 828 m2，其中，地上建筑面積130 245 m2，地下建筑面積16 583 m2，建筑基底面積2 737 m2。建筑高度為消防高度324.2 m，最高點標高328.8 m。建筑外形輪廓隨高度變化，樓層平面形狀沿豎向從帶切角的三角形漸變?yōu)榻咏鼒A形，再由圓形漸變至與底部方向相反的帶切角的倒三角形。中部核心筒為切角三角形平面，主要用作豎向交通（樓梯、電梯）、設(shè)備用房和服務(wù)用房。建筑平面尺寸由58.4 m×54.4 m 變化至44.5 m×43.5 m，單層建筑面積為2 500～1 500 m2。該項目是一個復(fù)雜的超高層結(jié)構(gòu)建筑，主樓采用混凝土核心筒+巨型框架+伸臂桁架的多重受力體系，在結(jié)構(gòu)平面周邊布置了12 根鋼管混凝土柱，在標高170.9～180.9 m（35～36 層）處設(shè)置了1 道雙層巨型伸臂和環(huán)帶桁架。工程共安裝了33 部電梯，其中，2 部為提升高度超過300 m、提升速率為6 m/s 的消防電梯。

3 測量控制難點分析

3.1 結(jié)構(gòu)垂直度要求高

消防電梯位于核心筒內(nèi)，已用足井道的凈寬尺寸，同時，要滿足國標中電梯移動部件與井道固定構(gòu)件之間必須保證20 mm 安全距離的要求，進一步壓縮了井道施工的可允許誤差，必須保證長度為300 m 以上的井道整體平滑并且垂直度保證在30 mm 以內(nèi)。

3.2 嚴格限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)

消防電梯需要著重控制垂直度偏差，相較而言，布置于核心筒內(nèi)的消防梯井道控制難度更高，必須在保證相同垂直度要求的同時，嚴防結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，相同角度的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)將會對消防梯產(chǎn)生比對消防電梯大數(shù)倍的偏差影響[1]。

3.3 與已裝電梯協(xié)調(diào)難度大

在超長電梯施工時，部分核心筒的面對面區(qū)間電梯已經(jīng)安裝完成，需要保證與已裝電梯之間的相對尺寸、角度關(guān)系，否則將會出現(xiàn)在區(qū)間電梯的整個運行樓層內(nèi)都存在門廳尺寸偏差的情況，給后續(xù)裝飾美觀造成極大的影響。

3.4 為配合進度需克服更不利的工況條件

根據(jù)工程垂直運輸?shù)男枰L電梯井道內(nèi)布置了多臺隨施工樓層提升的臨時施工電梯。按照通常電梯安裝模式，需在核心筒超長井道施工完成后再進入電梯安裝階段，而電梯安裝本身的施工周期就較長，超長提升距的電梯安裝更需要相當長的時間進行精確調(diào)整，如果待核心筒超長井道完成，施工電梯拆除再進入安裝則對整體工期控制具有極大的風(fēng)險。為了更合理地發(fā)揮井道長度、控制整體工期，在超長井道內(nèi)設(shè)置了硬性鋼平臺隔離，為上部的臨時施工電梯安裝轉(zhuǎn)換底座支架，將隔離層以下的井道空間移交給電梯安裝單位進行前期施工，有效地弱化了超長井道電梯安裝對整體工期的影響，保證了垂直運輸通道的通暢。但分段的吊線控制對主體結(jié)構(gòu)兩段之間的測量控制一致性有了更高的要求，要滿足工程初期制定的垂直度偏差30 mm 目標更加困難[2，3]。

4 控制測量措施

4.1 建立統(tǒng)一的超高層精密控制測量基準

由于本工程施工過程中涉及的專業(yè)工程多，各工程對施工測量的精度要求也不一致，首先，在進行整體控制測量的時候應(yīng)考慮如何保證塔樓核心筒和外筒測量的整體精度和各項分部工程施工的銜接精度控制；其次，在核心筒內(nèi)電梯井電梯安裝作業(yè)中，應(yīng)考慮核心筒整體施工測量精度與電梯井安裝測量精度的銜接。在控制測量的實施過程中，首先，建立了統(tǒng)一的測量控制系統(tǒng)，分兩級布設(shè)了測量控制網(wǎng)，二級控制網(wǎng)作為電梯安裝施工測量校核的專用控制網(wǎng)。首級控制網(wǎng)作為二級控制網(wǎng)引測的基準，也是整個塔樓工程的測量基準。二級控制網(wǎng)分別建立了核心筒各樓層電梯施工的專用測量控制系統(tǒng)，以同時滿足核心筒和電梯施工不同進度和精度的要求。在二級控制網(wǎng)的施工過程中，每隔一個月定期或者根據(jù)施工進度與首級控制網(wǎng)聯(lián)測，以保證各控制網(wǎng)之間的統(tǒng)一性和整體性。

為保證測量控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性，更好地在施工過程中對核心筒的垂直度、平面位置（位移、扭曲等變形）進行高精度控制，以及保證超長距離電梯安裝隊垂直偏差的高精度要求，本工程平面控制采用核心筒外控和電梯井內(nèi)控法進行測量施工。在工程第一層底板施工完成后，可以考慮開始布設(shè)地上部分測量控制網(wǎng)，結(jié)合超高層施工控制系統(tǒng)的傳遞，盡量避免受到低樓層裝飾施工的影響，控制系統(tǒng)建立的位置應(yīng)便于核心筒整體垂直度控制以及后續(xù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測使用，同時兼顧滿足核心筒測量控制的精度要求，在控制系統(tǒng)設(shè)計和布設(shè)時，應(yīng)綜合考慮核心筒結(jié)構(gòu)尺寸及其變化、施工塔吊位置布設(shè)和每層樓層梁位置等因素對控制點垂直通視的影響。

4.2 超高層控制測量系統(tǒng)的高精度傳遞

在進行控制點的選點工作時，通過優(yōu)化設(shè)計，選擇了可以一直使用到60 層以上的4 個控制點建立了核心筒施工的平面控制系統(tǒng)?？紤]到核心筒要先于外筒10 層施工，核心筒內(nèi)外都沒有樓板，在施工測量時，采用了在核心筒墻體上的設(shè)置在專用測量裝置安置全站儀和棱鏡。核心筒控制網(wǎng)控制點選點參照核心筒墻體隨樓層的變化而設(shè)計，在離墻體100 mm 左右位置，共布設(shè)4 個控制點。

投測定位完成的控制點按照三級導(dǎo)線測量的外業(yè)操作要求，使用經(jīng)過自檢的全站儀和棱鏡組對控制點進行閉合測量，數(shù)據(jù)經(jīng)過COSA 專業(yè)平差軟件以迭代平差法進行平差，針對每個點位的偏差進行現(xiàn)場歸零調(diào)整，最后，進行閉合驗證及外方向驗證后方可最終確定。嚴格的操作方法和多次閉合測量可以有效地避免投測偏差和扭轉(zhuǎn)的產(chǎn)生，是井道垂直度控制的有效保證。

制定了嚴格的控制點投測制度：時間必須選擇在上午9∶00 之前完成；每次投測必須均用激光垂準儀和全站儀進行2次投測，對比偏差在2 mm 以上時則重新投測；作業(yè)時間段內(nèi)應(yīng)盡量滿足多云無風(fēng)，并對投測的時間、風(fēng)力等外部因素進行記錄；所有基準層控制點投測必須經(jīng)過間隔時間為3 周的2 次投測確定，并保證在后期整區(qū)復(fù)測中保持2 mm 以內(nèi)點位精度。

在核心筒施工過程中，結(jié)合監(jiān)測沉降和位移監(jiān)測數(shù)據(jù)定期對控制網(wǎng)進行穩(wěn)定性分析；同時，在進行測量施工時，采用了強制歸心裝置進行儀器的架設(shè)，有效地提高了測量工作效率和測量的精度。

4.3 超高層控制測量系統(tǒng)的檢測技術(shù)

在珠海中心施工過程中，為保證平面控制系統(tǒng)傳遞的準確性，采用GNSS 測量方法對平面控制精度進行了3 次檢測。為了有效避免垂準儀傳遞引起的累計誤差，在塔樓分別施工正負零到第40 層和結(jié)構(gòu)封頂時采用GNSS 觀測方法對氣垂直度進行監(jiān)測。每次觀測完成后將平差后的觀測結(jié)果與設(shè)計值進行對比，如發(fā)現(xiàn)垂直度超差，在后續(xù)施工中進行調(diào)整。每次GNSS 測量完成后，采用全站儀對控制點邊長進行距離校核，都能滿足規(guī)范要求。通過GNSS 測量的運用得出以下結(jié)論：（1）采用GNSS 技術(shù)進行工程測量控制網(wǎng)測量，比常規(guī)方法適應(yīng)性更強。在測設(shè)大型（長邊）控制網(wǎng)和通視條件特別困難時，尤其能夠顯示其優(yōu)越性，在進行超高層平面控制傳遞時，能夠有效避免多次傳遞造成的累積誤差，提高傳遞精度。（2）GNSS 點點位精度高、誤差分布均勻，不但能夠滿足規(guī)范要求，而且具有較大的精度儲備。（3）采用GNSS 三邊形網(wǎng)進行觀測，能夠有效提高測量結(jié)果的精度及可靠性。（4）采用GNSS測設(shè)工程控制網(wǎng)與常規(guī)方法相比，效率可提高1 倍以上，并能大幅降低作業(yè)人員的勞動強度。

為減少超高層建筑采用懸掛鋼尺法高程控制測量傳遞而帶來的累計誤差，在施工過程中將三角高程測量再運用到高程控制系統(tǒng)的檢測中，在高程控制傳遞的過程中采用全站儀天頂法三角高程測量對懸掛鋼尺測量方法的高程傳遞成果進行檢測和調(diào)整，在各轉(zhuǎn)換層內(nèi)采用懸掛鋼尺方法傳遞，核心筒每施工10 層采用全站儀天頂法進行1 次高程控制測量檢測。在珠海中心項目中，采用三角高程測量的方法進行控制網(wǎng)測量檢測，并對數(shù)據(jù)進行分析比較，共進行8 次測量高程控制傳遞的檢測。通過對數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：（1）用全站儀三角高程測量方法進行超高層高程系統(tǒng)檢測，方法簡單易行，測量速度較傳統(tǒng)方法快很多，為今后快速、準確建立高程控制網(wǎng)提供了又一新的途徑；（2）采用全站儀中點法測量高程，能夠有效減少測站累積，避免累積誤差的傳遞，可節(jié)約時間，降低勞動強度，在超高層的高程測量中更具明顯優(yōu)勢；（3）用全站儀進行超高層高程測量檢測時，盡可能保證天頂角在30°以內(nèi)，并進行盤左盤右觀測，可消除一些系統(tǒng)誤差的影響，提高測量精度。

5 電梯施工測量控制措施

超長井道吊線是電梯安裝的基準，也是測量控制最后并且最重要的一環(huán)。常規(guī)的電梯軸線定位控制方法有頂層加底層雙層控制及頂層或底層單層控制2 種。雙層控制即頂層軸線和底層軸線定點后2 點連線確定鋼絲吊設(shè)位置，進而控制后續(xù)導(dǎo)軌等部件安裝，適用于井道垂直度偏移量較大的建筑，但是會導(dǎo)致廂體傾斜，導(dǎo)向裝置受力，不但加大部件損耗，也會造成舒適感降低；單層控制即以頂層或底層軸線定點，以自然重錘鋼絲控制電梯安裝，相應(yīng)的另一端頭層軸線作為復(fù)核控制作用。珠海中心電梯超長井道吊線的平面控制采用后者及其改良方式，能極大地提高電梯運行時的舒適程度，有效避免晃動等情況發(fā)生，這就需要頂層和底層的軸線垂直投影保持高度一致。吊線對核心筒結(jié)構(gòu)成型尺寸、垂直度均有極高的要求，其測量控制的前置工作包括控制點垂直投測的方式方法選擇、儀器的選用、環(huán)境的控制等。

為了保證測量的精度和控制測量系統(tǒng)的統(tǒng)一性，外圍控制點作為首級控制網(wǎng)以起算基準，電梯專用控制網(wǎng)以首級控制網(wǎng)為起算基準，專用控制網(wǎng)根據(jù)電梯施工進度分層布設(shè)。首級控制網(wǎng)采用導(dǎo)線的方法進行測量和平差計算；專用控制網(wǎng)的測量通過角度、距離方法測量出控制點數(shù)據(jù)，并對各專用控制網(wǎng)各內(nèi)角和邊進行測量，采用整體迭代方法平差，調(diào)整控制點數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的控制測量系統(tǒng)和基準。

通過對超長電梯井道測量控制的精度需求及難點分析，在充分分析工序特點及現(xiàn)有儀器設(shè)備技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，制定了從控制網(wǎng)傳遞到核心筒結(jié)構(gòu)施工誤差控制，至最終電梯定位測量的全過程、涉及多工序的測量控制技術(shù)線路，取得了良好的實施效果。

5.1 核心筒結(jié)構(gòu)的誤差控制

樓層軸線控制網(wǎng)受通視條件的影響必須布設(shè)在外圍樓板上，而超高層建筑核心筒先行施工的工藝流程決定了必須對單獨核心筒進行高精度的二級控制。在外圍垂直投測的基準點位最終確定后，將點位引測至核心筒內(nèi)的預(yù)留位置，經(jīng)過2 次換站復(fù)核后，確定點位位置，埋設(shè)強制對中的支架，作為核心筒頂部控制點垂直投測的基準。核心筒每施工一個樓層，都利用強制對中裝置將點位投測到鋼平臺上，經(jīng)過自平差后作為核心筒鋼柱施工及土建放線的依據(jù)，嚴禁下層吊線至上層施工，從根本上避免了核心筒投點累積誤差對井道垂直度的影響。

保證核心筒鋼柱的定位準確和位置固定對控制核心筒結(jié)構(gòu)成型尺寸具有重要作用。珠海中心大廈在鋼平臺頂部設(shè)立了高出2 m 的固定點位，為防止強制對中支架過高對塔吊運物產(chǎn)生影響，布設(shè)形式采用地面點，該點經(jīng)過全站儀后方交會多余觀測平差獲得測站坐標，主要用于鋼柱的測量控制，減小仰角，增強通視條件，保證同站可以對絕大多數(shù)鋼柱測控到位，減少轉(zhuǎn)站誤差，保證整體一致性。經(jīng)過定位校正準確的鋼柱，須進行一定的預(yù)偏控制，用以消化吸收焊接變形對鋼柱垂直度的影響，焊接完成的鋼柱須進行焊后整體復(fù)測。焊后鋼柱用纜風(fēng)固定或借助鋼平臺進行剛性連接，防止在混凝土澆筑過程中由于澆筑順序因素產(chǎn)生的側(cè)向變形[4]。

核心筒模板形式為與鋼平臺有滑動連接的整體鋼模板，強度高，有利于保持井道的平滑程度和核心筒的整體性，為了更好地保證整體井道的垂直度，在鋼結(jié)構(gòu)施工完成、土建封模以前，對緊靠模板埋件、邊角柱進行上下層垂直度復(fù)測，以防止局部位置突出造成封模偏差，并通過外包平面中線拉尺校對控制整體核心筒扭轉(zhuǎn)。模板封閉完成后，對井道凈空和井道壁進行尺寸復(fù)核，保證井道凈空為正誤差、井道壁為負誤差[5]。

核心筒控制點在傳遞到上層樓面時，受到施工環(huán)境的影響，有可能會出現(xiàn)控制點之間無法通視的情況。為了保證核心筒測量精度受控，對每個點位的偏差進行歸化調(diào)整，同時，轉(zhuǎn)換層控制點投測必須保持符合2 mm 以內(nèi)的點位精度。

5.2 電梯定位控制

超長井道電梯的定位要求相當高，需要在如此狹窄、高空間利用率的井道內(nèi)，滿足井道安全距、電梯門廳相對距離和角度要求、不影響裝飾大面施工等諸多限制條件，對其的測量控制從同核心筒先裝區(qū)間電梯安裝即已開始。

為確定控制點垂直投測的最佳儀器組合，進行了專門投測比對試驗，對光學(xué)垂準儀、激光垂準儀、全站儀、光學(xué)經(jīng)緯儀的投點效果進行比對，通過相同點投測點位比較、效率分析以及整體平差內(nèi)符合數(shù)據(jù)分析，最終確定了采用激光垂準儀結(jié)合全站儀投測，光學(xué)垂準儀抽測校核的方法。

通過對超長井道內(nèi)電梯的運行區(qū)間和安裝次序分析，將井道內(nèi)無論先裝的區(qū)間電梯還是后裝超長電梯均歸化為同區(qū)間的基準層軸線控制，即區(qū)間電梯的定位吊線優(yōu)先選擇在運行區(qū)間內(nèi)的測量控制點高精度基準層做控制，根據(jù)基準層鋼板控制點引測門廳中線，以鋼板覆蓋保護做長期保存，電梯單位以此作為吊線基準，超長電梯以同方法確定吊線鋼絲位置，并在區(qū)間電梯的定位樓層根據(jù)保護軸線做尺寸校核。該方法為中間樓層控制，會加大超長井道整體電梯吊線的難度，但對于后期保證區(qū)間門廳的相對尺寸關(guān)系幫助極大[6]。

超長電梯井道的重錘吊線不但是確定電梯最終提升面的必要過程，是井道凈空尺寸的測量依據(jù)，珠海中心大廈的2 臺超長電梯分別采用了1 次300 m 重錘吊線和以硬隔離分界的2 段吊線。重錘在油桶內(nèi)長期靜置相對穩(wěn)定后，選取無風(fēng)的凌晨時間對相對底層軸線的關(guān)系進行多次測量，通過井道偏差數(shù)據(jù)結(jié)合樓層軸線校核分析此次定位是否會對中間樓層的門廳產(chǎn)生不利影響，進而確定頂?shù)卒摻z定點位置。吊線結(jié)果所反映的頂?shù)纵S線誤差均方向一致，差值趨近，反映了垂直度測量控制的良好結(jié)果。

鋼絲位置確定后，結(jié)合先裝區(qū)間電梯的定位層軸線做門對門的中線間距、平直程度、斜線距離進行復(fù)核，通過多角度和距離關(guān)系保證門廳的相對尺寸關(guān)系符合圖紙要求。經(jīng)過尺寸關(guān)系復(fù)核的電梯門廳即在后期裝飾施工中具有最高的優(yōu)先級，裝飾單位同步復(fù)核確認，保證大面裝修與電梯門廳的協(xié)調(diào)收口。

5.3 自動觀測系統(tǒng)的應(yīng)用

為提高測量作業(yè)效率，避免觀測誤差，在電梯安裝測量作業(yè)中，采用測量機器人結(jié)合測量軟件實現(xiàn)了自動測量和計算，其關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢如下：（1）實現(xiàn)了從測量照準、數(shù)據(jù)采集記錄、數(shù)據(jù)預(yù)處理到測量手簿生成、平差軟件所需格式文件輸出的全部過程自動化，將觀測模式從人工轉(zhuǎn)為自動；（2）網(wǎng)型設(shè)計，各種限差的設(shè)置全部采用軟件進行設(shè)計和控制，測量過程中，軟件可自動進行各項指標的檢查，可以達到±1 mm 的精度要求；（3）軟件具有控制網(wǎng)閉合差計算功能，實現(xiàn)現(xiàn)場及時檢查作業(yè)質(zhì)量，通過自動處理，將人工作業(yè)簡化為軟件自動完成，不僅提高了測量效率，也提高了作業(yè)精度；（4）實現(xiàn)了實時測量，可以同時得到監(jiān)測點三維坐標，其精度均能達到±1 mm 的精度要求，適用電梯安裝的高精度測量工作。

6 結(jié)論

超高層建筑電梯安裝不可避免地會遇到諸如電梯安裝精度與土建施工精度矛盾大、電梯安裝與整體控制系統(tǒng)特別是裝飾裝修協(xié)調(diào)難度高等問題。珠海中心大廈工程通過對各種需求、難點的梳理，采取了有效的測量控制技術(shù)手段，對軸線垂直投測控制、鋼結(jié)構(gòu)安裝、混凝土澆筑、電梯廳中線控制、同井道區(qū)間電梯安裝諸多關(guān)鍵工序進行了全過程技術(shù)管控，取得了良好的效果。

最終超過300 m 井道通過重錘測得的頂?shù)纵S線垂直度偏差為20 mm、24 mm，井道未經(jīng)過任何二次修整，消防電梯即順利安裝完成，證明了針對當今超長電梯井道的專項測量控制技術(shù)是成功有效的，也肯定了工程整體垂直度控制效果。