在上海市浦東新區張江高科技園區某綜合樓C地塊基坑施工中，我們承擔了施工期間的監測任務。該工程建筑施工使用的塔式起重機（以下簡稱塔機）坐落在基坑內西南側，在投入使用前我們對其安裝質量及安全保護裝置進行了復檢，各項指標滿足合格要求，其中塔身軸線對水平面垂直度偏差為偏西1.7‰、偏南2.6‰，均在允許偏差≤4‰以內。該塔機配置了起重量限制器、起重力矩限制器、幅度限位、起升高度限位、回轉運行限位、小車斷繩斷軸保護、鋼絲繩防脫、頂升橫梁防脫、緩沖止擋器、電氣保護、預警報警及顯示記錄器等安全保護裝置。這套裝置能在塔機工作參數達到額定能力90%以上時，發出斷續的聲光預警，達到100%以上時，發出連續清晰的聲光報警，且限制塔機向危險擴大方向的動作，當降低到額定工作能力100%以內、90%以內時，報警、預警才能解除。
本工程基坑面積約為8450m
2，基坑開挖深度約為3.90～4.85m，區域內有南北走向的暗浜。基坑圍護采用水泥土攪拌樁重力壩、局部采用土釘墻，設3至4排土釘，土釘長6.000m。基坑開挖期間正值梅雨季節，雨水量突增，給基坑的安全穩定帶來極大隱患。當基坑開挖至±0.000以下2.5m時，塔機司機反映塔身傾斜加大，經我們實測此時垂直度為偏西1.8‰、偏南5.6‰，即通知有關單位立即停止使用。安裝單位對塔機進行糾偏后，垂直度為偏西1.6‰、偏南2.9‰。
為確保在基坑施工過程中，該塔機垂直度不超允許偏差，建設、設計、監理、施工各方，要求我們結合基坑施工監測，對塔機垂直度進行跟蹤監測。為此我們在儀器供應維護商和塔機生產、使用維修單位配合下，采用TCA自動全站儀（測量機器人）進行自動跟蹤監測，將監測結果輸入塔機安全保護裝置，以實現用垂直度偏差這一參數對塔機運行的自動控制。
二、自動全站儀及配套設施工作原理
TCA自動全站儀（測量機器人）由坐標系統、操縱器、換能器、計算機和控制器、閉路控制傳感器、決定制作、目標捕獲、以及集成傳感器等八大部分組成。它可以自動識辨目標、精確瞄準目標、自動正倒鏡測量、自動完成數據采錄。角度測量精度0.5"，顯示分辨率0.1"，采用絕對編碼，連續、對徑測量方法，電子雙軸補償方式，補償范圍4'，設置精度0.3"。反射片（60mm×60mm）距離測量范圍200m，精度(1+ 1ppm x D)mm，顯示分辨率0.01 mm，采用相位測量（同軸、不可見紅外激光）。馬達驅動最大旋轉速度45°/s。自動目標識別與照準（ATR）定位精度200 m 內為 1 mm，切向跟蹤速度（跟蹤模式）100 m 處 1 m / s，采用數字影像處理（激光束）原理。望遠鏡激光對中，30倍放大倍數。
測量機器人機載軟件，負責自動照準目標、自動測角、自動測距及超限或目標丟失等異常情況的自動處理。
配套設施包括：主控微處理器、存儲模塊、萬年歷模塊、報警模塊、數據傳輸模塊、數據采集模塊和顯示模塊，其中主控微處理器連接電源及其他模塊，數據采集模塊通過數據總線連接自動全站儀。本配套設施，抗干擾能力強，數據采集、存儲、傳輸性能好，能自動記錄、顯示、計算、分析、處理，體積小且可與塔式起重機電器控制較好兼容。
三、現場自動監測
該項目監測依據是：GB5144-2006《塔式起重機安全規程》、GB/T5031-2008《塔式起重機》、GB50026-2007《工程測量規范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規范》。
針對該塔機南北向垂直度偏差大的實際情況，我們在距基坑西側邊外12m，離被測塔機28m處設自動監測站，每天自動定時間、定條件，跟蹤監測。
基準點設在距基坑外60m處二根間隔15m的獨立標志桿上。監測取樣點為60mm×60mm反射片，上部反射片黏貼在塔機回轉體下標準節西南角的西側，下部反射片黏貼在塔機底部第一基礎節西南角的西側，上下反射片間垂直距離為21.5468m。監測預警值①設定為≥3.2‰、預警值②設定為≥3.6‰、報警值設定為≥4‰。
監測條件設定為，吊鉤無荷載，起重臂位于東西向對準監測站。監測時間設定為，正常情況下，一天2次，上午9時、下午2時各1次；出現預警值①時調整為一天4次；出現預警值②時調整為一天8次。在整個30天自動監測周期中，共出現6次超預警值①、1次超預警值②、1次超報警值情況。當出現超報警值時，塔機電控保護自動起作用，切斷塔機工作電源。
塔機垂直度監測原理如下：
圖1
如圖1所示，O點為測量機器人儀器中心點，A點（高點）為被監測塔機塔身上部監測點，B點（低點）為被監測塔機塔身下部監測點；OC垂直于B點引伸的方向線，OD垂直于A點引伸的方向線；D1為OD間距離，D2為OC間距離,△H1為AD間距離，△H2為BC間距離；△H1和△H2有正負。
利用測量機器人自動測距功能，分別得到測站中心點O至塔機上的高點A和低點B的水平距離D1和D2及高差△H1和△H2，根據公式（1）計算得到高點投影到低點的水平距離偏差：
△D= D1- D2 （1）
及公式（2）計算得到高點至低點的垂直高度：
H=△H1-△H2 （2）
根據垂直度的計算公式（3）得出該建筑物在該處相對垂直方向的垂直度為：
i（‰）=△D/ H （3）
傾斜方向依據△D的正負號判斷給出。
嘗試使用了這套自動監測預警報警系統，避免長時間單調、枯燥的測量工作由測量人員疲勞、疏忽所產生的差錯，提高監測工作質量、作業精度和效率，確保了該塔機的使用安全。出現的預警、報警信息及時反饋給有關各方，為塔機停運、加固糾偏、調整起重荷載、落實保護方案，提供了科學、準確、動態的依據，達到了監測的目的。
四、結束語
隨著科學技術的快速發展，自動監測技術越來越被廣泛使用并日趨成熟。這次結合對基坑施工監測，采用自動全站儀及配套軟件，完成了對坐落于基坑中的塔式起重機的垂直度跟蹤監測。通過該項目的自動監測實踐，為以后在建設工程沉樁、基坑施工中加強對影響范圍內的建（構）筑物、周邊道路地下管線、有關設備設施、歷史古跡文物等的安全、及時、可靠保護，提供自動監測服務積累了經驗，開辟了新途徑。
