武当山遇真宫保护顶升工程测量技术实践

刘仁钊，刘 洋，赵本新，戴占彪

（1. 湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090；2．荆州市土地勘测规划院，湖北 荆州 434000；3．武当山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科学研究院，河北 石家庄 050000）

武当山遇真宫保护顶升工程测量技术实践

刘仁钊1，刘 洋2，赵本新3，戴占彪4

（1. 湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090；2．荆州市土地勘测规划院，湖北 荆州 434000；3．武当山文物管理局，湖北 十堰 442000；4．河北省建筑科学研究院，河北 石家庄 050000）

采用分步抬升施工方案，运用计算机同步液压顶升系统和常规精密高程测量方法，将遇真宫山门及两翼琉璃墙体、东西宫门实施原地顶升15 m，其顶升高度为目前世界纪录的5倍，创造了世界建筑工程顶升史上的奇迹。主要介绍了遇真宫顶升工程技术方案、精密顶升测量及最终高度定位测量技术和方法，为我国开展建筑工程高难度顶升及测量提供了宝贵经验。

遇真宫；分步抬升施工；精密顶升测量；高度定位测量

武当山遇真宫位于武当山旅游经济特区遇真宫村，紧邻G209国道，距武当山镇东约4 km，其位置地理坐标为东经111°07′,北纬32°30′，海拔160 m，1994年被列入世界文化遗产名录。遇真宫属武当山九宫之一，始建于明朝永乐十年（1412），永乐十五年（1417）竣工，嘉靖年间又进行了扩建，总占地面积约5．6万 m2。遇真宫除经历了自然损坏外，还历经了战乱和建国后文革时期的人为损坏，西宫与东宫主体建筑早已无存，只留下宫墙、东西宫门和中宫主殿真仙殿、龙虎殿和配殿厢房等。2003年1月遇真宫主殿被大火化为灰烬，只留下宫墙以内2．88万 m2的建筑。图1为实施顶升保护工程前遇真宫全貌。

图1 顶升保护工程前武当山遇真宫全貌图

2005年9月，由于南水北调中线工程的实施，丹江口水库正常蓄水位将提高至170 m，为了保护遇真宫不被淹没，确定了“就地抬升”的保护方案。2012年8月，遇真宫顶升保护工程开始启动，采用分步抬升施工方案，运用计算机同步液压顶升系统和常规精密高程测量方法，将遇真宫山门及两翼琉璃墙体、东西宫门实施原地顶升15 m，2013年1月17日顶升结束，遇真宫东、西宫门和中宫山门宫墙四周正负零为黄海高程海拔175 m。

1 顶升工程技术方案

1.1 技术难题

遇真宫山门顶升技术主要面临3个方面难题。①遇真宫山门建筑建造年代较为久远，砌体材料老化严重，结构整体性差，给基础托换和同步顶升造成较大的困难，这是以往顶升工程中没有遇到过的，因此很难在顶升过程中保证不出现任何损坏；②顶升高度太大，达到了15 m，而当前顶升世界纪录不到4 m，要在如此高的高度上确保山门整体水平抬升，这对顶升误差控制提出了极严的要求；③国际上没有可借鉴的顶升工程施工经验，技术上很难提出一个十全十美的方案，只能“试验性”地进行顶升施工。

1.2 施工方案

遇真宫山门顶升工程施工技术方案，按照顶升工程施工顺序分为：

1）确定山门顶升顺序。此次涉及东、西山门和中宫山门3座单体建筑，需要确定哪一个山门先开始顶升。由于没有十足的把握，因此首先选择重量较小，顶升难度相对容易的西宫山门，积累一定经验后再开始对重量较大的中宫山门进行顶升，最后是东宫山门。

2）设置控制竖桩。在山门顶升过程中，需要借助反冲力向上抬起，同时在制作底部基础托盘时，也需要水平反向冲力将钢箱梁从山门下方横穿过去，因此需在山门周边设置一定数量的控制竖桩。根据地基情况，设计中宫山门48根，东、西宫山门各14根，桩深18 m，钢筋混凝土结构。

3）山门基础托换。将山门的底部基础用钢筋混凝土浇筑成一个“托盘”，进行山门基础托换，以便于整体顶升。遇真宫首次采用契入式钢箱梁进行基础托换，代替原来的混凝土箱梁托换。这种方式具有对原有土体扰动小，上部结构因托换产生的不均匀沉降小，施工速度快，托换底盘整体性好等优点，既可以保护古建筑不受损害又可加快施工进度。

图2 基础托换

图3 山门顶升

4）山门整体顶升。在“托盘”下面放置一定数量的大型千斤顶，东、西宫门各有12个，中宫山门48个，每个千斤顶可顶起200吨。千斤顶连接液压泵和位移传感器，最后与计算机控制台相连接，形成了计算机同步液压顶升系统。顶升系统中的液压泵采用阀配流形式的柱塞泵，泵站上安装有均载阀，可靠地保证了千斤顶在顶升和降落时都处于进油调速控制下。此外，顶升系统还安装可测定千斤顶的实时位移传感器，从而能测到梁体的顶升高度，以达到同时同速顶升。

1.3 测量要求

按照建筑物工程定位要求，以及前期土方工程的需要，遇真宫顶升保护工程平面控制网控制点应满足四等精度要求；用于遇真宫顶升高程定位高程控制点精度应满足四等精度要求；遇真宫东、西宫门和中宫山门顶升误差控制在±1 mm以下，以保证顶升过程平稳。

2 精密工程控制网的建立

2.1 控制网的建立

测量控制点是遇真宫顶升工程测量的重要参考依据，按照设计要求，并兼顾工程施工及交通等因素，在遇真宫南、北山坡上布设了8个GNSS控制点，边长在300～500 m，采用GNSS静态观测方法，以YHG和YZG 2个已知点为起算点，组成GNSS网进行解算求取控制点平面坐标。高程采用四等水准测量方法，联测了其中3个GNSS控制点和1个场地高程点，根据高程拟合出其他控制点高程。

2.2 参照点的布设

为了准确反映建筑物的抬升，以及在抬升过程中严格保证建筑物的水平，根据现场实际情况，分别在东、西宫门和山门选择了一系列参照点，见图4。

图4 控制点及参照点示意图

3 顶升测量

山门顶升测量包括2个部分：山门抬升过程中千斤顶的位移测量，用以确定每次顶升的高度；另外是每次顶升结束后，下一次顶升前的山门四周参照点测量，用以确定山门是否保持水平。

3.1 顶升位移测量

为了保证顶升工程质量，采用计算机同步液压顶升系统对建筑物进行顶升。该系统安装有可测定千斤顶的实时位移传感器，能够自动测到梁体的顶升高度；此外，系统还具有自动调节功能，如果2排千斤顶用力有丝毫的不均匀，装置在底盘下部的位移感应器就能把信号发送给电脑控制台，电脑即刻进行校正，其位移误差控制在±0．5 mm以下。

由于遇真宫顶升高度达到了15 m，而千斤顶每次顶升最大位移为1．5 m，因此需要多次顶升。每次顶升完成后，需要把千斤顶依次逐个收起并在它下方加上钢制垫块，并在垫块外缘包裹一层钢筋混凝土结构的框架柱，然后重新浇筑托盘，待托盘凝固后，再进行下一轮顶升。

图5 计算机同步液压顶升系统

3.2 参照点测量

尽管每一次顶升精度很高，但随着每一次钢制垫块的加入和重新浇筑托盘，每个宫门上的参照点的垂直相对位置会产生一定变化，最大可达5 mm。因此，需要在进行下一次顶升前用精密测量仪器测量每个山门四周的参考点，通过计算机同步液压顶升系统将其调整到宫门顶升前的初始水平状态，以确保宫门严格水平。

在顶升前，按二等水准精度要求对山门各参照点测量，求取每个宫门上各参照点间的相对高差，以作为宫门初始水平状态基准数据。每次顶升前，仍按照初次测量的精度和方法测量各宫门参照点，计算出点间的相对高差，并与初始水平状态基准数据进行比较后，根据数量大小将其调整一致。为了保证测量数据的可靠性，要求独立测量2次，分别计算闭合差，无误后取平均值。值得注意的是，计算机同步液压顶升系统只能升高不能下降，而且涉及到多个千斤顶，因此调整工作是一项非常细致的工作。

4 顶升高度定位测量

按照设计要求，遇真宫的顶升高度为黄海高程175 m，这个高度是中宫山门正门砖墁地面设计高程，因此需要把这个设计高程在山门内某一点上确定下来。

4.1 定位基准点高程计算

遇真宫顶升完成后，还要对其进行恢复重建，宫门内地面也要铺装。首先以中宫山门正门砖墁地面设计高程175 m为基础，中宫山门内拱门（基准点）高程为176．456 m，以此作为中宫山门和东、西宫门顶升参照基准。遇真宫东宫门和西宫门顶升高度相同。为了突出中宫山门的主体性质，根据设计要求，中宫山门内拱门高程比东宫门和西宫门内拱门高0．5 m，这样计算出东、西宫门内拱门高程为175．936 m。

4.2 定位测量技术方案

根据施工进程安排，先对东宫门顶升高度进行最终定位测量，即将东宫门内拱门高程准确定位在175．936 m；然后以东宫门为高度基准，通过精密水准测量方法，完成西宫门定位测量；最后再对中宫山门内拱门高程进行定位（176．456 m），以便配合中央电视台的报道。

4.3 定位测量技术及方法

应用高精度全站仪，隔点设站，采用单程双测法，测量东宫门内拱门高程。具体作业方法为：将全站仪设置在东宫门内拱门参照基准点和控制点GPS4（水准高程）之间，通过计算测量仪器至2觇点之间的高差，得到东宫门参照基准点和控制点GPS4之间的高差；然后根据GPS4点的高程（205．021 6 m）计算出东宫门内拱门参照基准点高程，并与设计高程（175．936 m）进行比较，确定需要顶升的高度，最后进行复测。

以顶升后的东宫门内拱门参照点为基准，在东、西宫门之间安置精密水准仪，应用二等水准测量方法测定2点之间的高差。根据高差对西宫门不断地顶升，测量人员不间断地观测精确水平高度，当2点之间高差为零时，东、西宫门内拱门就在同一高度上。按照同样的方法确定中宫山门内拱门顶升高度176．456 m。

5 结 语

遇真宫保护顶升工程采用分步抬升施工方案，运用计算机同步液压顶升系统和常规精密高程测量方法，自2012年8月顶升开始，至2013年1月顶升工程结束，将遇真宫山门及两翼琉璃墙体、东西宫门从海拔160 m上升至海拔175 m，创造了世界建筑物顶升工程史上的奇迹，圆满完成了遇真宫顶升工程任务，并保证了建筑物在顶升过程中完好无损，完全达到施工设计要求。同时还配合中央电视台和其他媒体对顶升和最后高度定位进行了现场直播报道，展现了我国在建筑物顶升工程上的最新施工工艺和测绘技术，为以后建筑物大高度顶升工程积累了宝贵经验，对开创我国工程建筑物大高度顶升产生了广泛深远的影响。

[1] CJJ/T73-2010．卫星定位城市测量技术规范[S]．

[2] CJJ/T 8．城市测量规范[S]．

[3] GB/T 12897-2006．国家一、二等水准测量规范[S]．

[4] GB12898-91．国家三四等水准测量规范 [S]．

[5] GB50026-2007．工程测量规范[S]．

[6] 周忠谟，易军杰． GPS卫星测量原理与应用 [M]． 北京：测绘出版社，2004

[7] 张正禄． 工程测量学[M]． 武汉：武汉大学出版社，2005

P258

B

1672-4623（2014）01-0144-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.050

刘仁钊，副教授，主要从事高精度大地测量和GNSS定位技术数据处理研究与教学工作。

2013-09-02。