高支模体系在现代工程建设中越来越常见，由于支模高度高、跨度大、受力复杂，一旦发生坍塌会造成重大人员安全事故和财产损失。2018年，住建部发布的《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》指出需对超过一定规模的危险性较大的高支模分部分项工程进行施工监测以保障施工安全。

　　 本文通过设计高支模坍塌试验并利用智能无线监测预警系统实时监测高支模架体受荷坍塌过程，分析其架体变形和预警情况，验证高支模智能无线监测预警系统监测预警价值。

　　 高支模传统上主要采用全站仪、经纬仪等进行光学人工监测。光学监测对场区通视条件要求高，通常架体内部杆件密集，因此仅能观测架体外围点位变形情况，对架体内部变形情况无法掌握，同时观测时间间隔长、误差大、精度低，在实际生产中，难以达到及时预警事故、撤离人员、减小损失的目的。而另一方面，近年来随着科学技术的发展，新的监测和预警系统不断涌现，但往往因施工架体均采用偏安全设计，实际监测的坍塌事例少，在关键的预警功能是否可靠、预警时间是否足够使施工人员撤离等问题上缺乏实际数据支撑，导致新系统难以推广使用。

　　 高支模智能无线监测系统主要由高精度位移传感器、倾角仪及无线传输终端、信号接收器、智能无线数据采集与显示主机和声光报警器组成(见图1)。工作机制主要是通过传感器实时监测支模架体的模板沉降和倾角变形，利用局域网无线通信技术将监测数据回传到数据采集和显示主机上，并通过数据主机对数据进行处理分析，实时输出监测参数时程曲线，当监测的模板沉降及倾角达到限值时自动做出预警判断，达到险情时立即通过声光报警器报警(见图2)。

　　 1)系统采用Zigbee无线通信，传输距离最远可达300m，不受地形限制、免布线，安装方便。

　　 2)数据采集通道大，可支持180个传感器。

　　 3)监测精度高，位移监测精度达0.5%F.S，倾角监测精度达0.15%F.S。

　　 4)采样频率高且可自行设置，最高可达1Hz，监测时效性好。

　　 5)数据采集与显示主机内置智能计算分析模块，可自动显示各监测参量时程曲线，并判断监测参量是否超限，超限时系统可自动给出预警提示并通过声光报警器报警。

　　 6)系统各元件电量续航时间长，可连续工作72min，系统未启动时，传感器自动休眠，节省电量。

　　 确定测点布置位置→计算监测参数→系统安装→启动无线传感器→输入监测参数→系统调试→监测数据采集与实时监测→数据导出分析与总结。

　　 系统采用基于Windows的独立客户端，可实现实时数据存储、监测数值显示、时程曲线输出、各传感器和报警器状态显示等功能。

　　 试验设计支模高度为8 100mm，支模面积为3 400mm×3 400mm，顶板模板、侧模板均采用1 830mm×915mm×15mm镜面木模板散拼，侧模高度设计为2 000mm。底面主龙骨采用48×3.6双钢管，间距1 650mm，次龙骨采用48×3.6单钢管，间距100mm，侧面龙骨采用50mm×100mm，木方间距100mm，侧模每边设6道钢管竖背楞，外侧再设3道钢管横背楞抱箍，侧模板间利用长对拉螺杆拉结。

　　 试验支撑体系采用48×3.6钢管扣件脚手架，为保证架体坍塌，立杆间距较正常支模间距大，纵横向间距为1 650mm，水平杆步距1 500mm，在距地200mm处设置纵横向扫地杆，扫天杆距模板底400mm，由于本次试验最大浇筑厚度可能>1 000mm，为防止侧模爆模，支撑架体外侧加设1排立杆，并在立杆上沿侧模高度加设水平钢管支撑侧模，外围立杆顶部利用钢管进行纵横向对拉。

　　 试验采用现场浇筑C20混凝土，整个试验布置2个模板沉降观测点、2个倾角观测点。由于支撑架体纵横向均为2跨，模板体系受力后跨中挠度最大，因此选择在主龙骨跨中、次龙骨跨中各布置1个沉降观测点。倾角仪则布置在轴力最大的板底正中央立杆和轴力第二大的边跨中间立杆上。

　　 试验架体和传感器布置位置如图3,4所示。

　　 模板沉降和立杆倾角变形限值参照JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》和JGJ 300—2013《建筑施工临时支撑结构技术规范》确定，模板沉降变形限值按模板跨度的1/250选取，立杆水平位移限值取架体高度的1/300，按水平位移限值通过三角函数计算得到倾角变形限值，最后将变形限值适当折减得到变形预警值。通过以上方法得到模板沉降监测预警值和报警值分别为5,6.6mm;倾角监测预警值和报警值分别为0.16°，0.19°。

　　 试验当天11:35开始浇筑混凝土，11:45左右第1车混凝土浇筑完成撤场，5min后第2车混凝土开始浇筑，12:01架体坍塌倾覆，共浇筑混凝土方量约为13m³，浇筑厚度约为1.2m，整个过程约26min，声光报警器在第3分钟即开始报警，架体坍塌后传感器信号消失，除去浇筑前和坍塌后监测数据，有效监测数据约为26min。

　　 通过系统数据处理与加工分析，得到本次高支模坍塌试验监测的立杆倾角和模板沉降最大值及突破限值时间如表1,2所示。

　　 各传感器监测变形时程曲线如图5,6所示。监测数据分析如下。

　　 1)第1阶段(11:35—11:45)2个位移监测点的模板龙骨变形明显，竖向位移随时间延长呈扩大趋势。2个倾角监测点数据不断正负变化，摆动幅度扩大。此时龙骨在荷载作用下快速发生变形，此阶段立杆轴力较小，架体对荷载增加的变形响应较快，同时混凝土流动、风荷载等容易导致架体出现左右摆动。

　　 2)第2阶段(11:45—11:53)2个倾角监测点的倾角数据变化速率减小，不再正负摆动。此阶段为混凝土浇筑间隔期，混凝土没有变化，所以位移计数据稳定，但倾角仍有小幅度变化，可能是在既有约束条件下架体变形协调已基本完成，但在风荷载作用下架体会整体摆动。

　　 3)第3阶段(11:53—12:01)倾角监测点数据仍在变化，变化幅度不如初期明显。龙骨仍然对荷载做出持续弯曲变形响应，而立杆水平位移受到横杆约束，变形难以继续发展。

　　 4)模板支架次龙骨间距较密集，单根次龙骨分担的荷载较小;主龙骨间距较大，主龙骨上有多个次龙骨，又处于次龙骨跨中，根据结构力学，次龙骨对中间支座施加的荷载比两边支座大，因此，主龙骨荷载较次龙骨大很多，主龙骨上1号位移计沉降值明显比次龙骨上2号位移计沉降值大。

　　 5)监测过程中，1号倾角仪处于边上立杆，2号倾角仪处于模板底正中央立杆上，2号倾角仪处立杆承受的荷载明显比1号倾角仪处立杆大。

　　 6)混凝土加载厚度较大，达1.2m，模板承受的荷载达30kN/m²，为确保架体最后坍塌，主龙骨间距设置过大。底模承受的荷载大，约束少，在荷载作用下变形较大，最大竖向位移分别为-99.350,-29.120mm，竖向位移量远大于正常施工允许值。

　　 7)因力求监测到架体坍塌过程，架体设计上立杆和主龙骨间距较大，架体设计较薄弱，安全裕度小，加载开始3min 1号位移计沉降值即超过报警值，5min 2号位移计沉降值达报警值，8min倾角达到报警值，系统在第3min即开始报警，报警器开始发出报警声，警示试验区相关工作人员。同时，由于横杆搭设规范，而架体搭设面积比模板加载面积大，防止架体过快发展成整体失稳，所以报警到坍塌的时间相对较长，报警后约23min坍塌。

　　 1)智能无线监测技术可提高高支模监测精度和时效性，减小监测误差。该系统采用高精度传感器自动感知变形量，监测位移精度达0.01mm，监测倾角精度达0.001°，不存在远距离光学监测的读数误差问题，监测数据采集频率可达1次/s，可实时反映架体安全状态。

　　 2)智能无线监测技术可降低高支模监测难度，提高监测效率。系统测点安装快捷便利，通过无线接收数据，不存在现场环境遮挡及光学仪器校准问题，系统无须进行监测数据解算，可以直接输出监测数据，历史监测数据可查，操作简便，功能直观，减少监测人员培训时间，与传统监测相比大大提高工作效率。

　　 3)通过无线接收器将信号传输到试验安全区外，主机自动采集信号，在距离试验点约50m位置进行监测及数据读取，实现远距离安全监测，大大提高监测人员安全性。

　　 4)高支模安全自动化监测系统可以在数据采集终端实时显示架体变形数据，自动对比设定的允许变形预警值、报警值。监测数据超出预警值时，显示终端相应点位数据显示栏变成醒目颜色，提示变形接近限值，给出预警;当监测数据超限时，系统将给出预警提示并发出声光报警。

　　 5)监测系统提供20min以上的险情处置时间，实际验证高支模无线监测预警系统监测预警价值。在高支模施工时，监测系统发出预警信号可及时提醒管理人员综合现场其他情况，对高支模施工作业风险进行评估，辅助施工决策，降低施工安全风险。本试验验证高支模智能监测系统具有免布线、快速安装、操作简便等特点，具有全天候、连续、实时、高精度、远距离安全监测的优点，为该系统在高支模监测中的推广应用提供试验数据。