计算机控制同步顶升在桥梁支座更换中的应用

计算机控制同步顶升在桥梁支座更换中的应用 

收稿日期:2010202223 作者简介:倪大治(19772 ) ,男,工程师,江苏扬子大桥股份有限公司,江苏靖江　214500 倪大治 摘　要:分别介绍了桥梁顶升技术的要求和顶升过程中的控制要点,在此基础上,以江阴长江公路大桥支座更换工程为 例,结合SPLC28 计算机控制双控同步顶升设备的特点,具体阐述了计算机控制同步顶升施工工艺,为该技术在今后桥 梁工程中的应用积累了宝贵经验。

 关键词:支座,顶升技术,特点,施工工艺,计算机监控系统 中图分类号:U443. 2 文献标识码:A

 1 　工程概况 

江阴长江公路大桥,1999 年9 月建成通车,是国家规划2000 年 前建成“两纵两横”公路骨架中黑龙江同江—海南三亚国道主干 线以及北京—上海国道主干线的跨江咽喉工程。该桥在国家交 通主干网中的特殊地位,决定了其日益增长的交通流量。目前, 该桥已经通车十余年,繁重的交通量使江阴大桥北引桥的部分支 座出现了病害。已经直接影响到桥梁结构的安全,需要在不造成 桥梁结构破坏的情况下对支座进行整体更换,恢复原有功能,保 证桥梁运行安全。鉴于该桥的地位,为满足交通运输的需要,支 座更换中应尽量不中断或进行部分交通管制,并考虑到北引桥结 构简支桥面连续的特点,因而对支座的更换施工提出了更高的要 求,为此,采用SPLC 计算机控制同步顶升梁体的方式,对北引桥 支座进行更换。在江阴长江公路大桥工程部门的管理下,委托江 苏东南特种技术工程有限公司对江阴长江公路大桥北引桥更换 支座工程进行同步顶升施工。 

2 顶升施工要求 眼,孔眼深1. 5 m ,间距15 cm ,以便较好的起到减弱爆破震动波 传递的效果。b. 确定最大一段爆破用药量。根据钻爆设计,最大 一段爆破用药量为上台阶,依据公式计算微震爆破作业段最大一 段允许装药量: Qmax = R3 ×( V kp/ K) 3/ a 。其中, Qmax为最大一段 爆破用药量,kg ; R 为爆破安全距离,m; Vkp为质点振动安全允许速 度,cm/ s ; K 为地质地形影响系数; a 为衰减系数。试验阶段按照 下列取值进行,并不断更正: Vkp = 10 cm/ s , K = 324. 87 , a = 2. 4。 c. 减少爆破震动波叠加。采用孔内控制微差起爆网络技术,施作 中增大爆破起爆段别,增加起爆间隔时间,增大爆破间隔时间,避 免振动波的叠加,有效的控制爆破震动效应和发挥微差爆破作用 效果。 采用水压爆破,炮眼中未装药部分用塑料袋装水填塞密实, 用泥堵塞炮眼口,以达到在同等爆破效果条件下减少炸药用量。 周边眼用<25 ×200 小药卷,不耦合装药,其余炮眼用<40 × 200 药卷,不耦合装药系数一般控制在1. 2 ( D = 52. 45) 范围内。

 3. 4 加强监控量测,确保隧道施工安全 1) 加强高速公路路面沉降观测。在地面DK499 + 312 ～ DK499 + 470 段范围内加密布设监测桩,沿线路纵向每隔5. 0 m 布置一个观测断面,断面横向每隔2. 0 m 布设一个观测点,确定 初始坐标值,并对清平高速公路路面、边坡进行现状调查,作好记 录。洞内施工时地表2 h 观测一次,24 h 不间断进行。根据观测 结果及时调整隧道支护参数和施工方法,确保有效控制路面沉降。 2) 加强隧道围岩监控量测。监控量测必须紧跟开挖、支护作 业进行布点和监测,量测数据及时分析反馈,以保证施工安全,各 台阶开挖施作初期支护后的拱顶沉降和围岩净空量测在3 h～ 6 h 内取得初读数,其他量测项目在12 h 内取得初读数,及时绘 制时间—位移变化曲线,有效指导施工。

 3. 5 制定详细的应急预案,做到可防可控

 1) 总体方案部署:成立高速公路协调小组,在施工期间过往 车辆限速行驶,并在路面设置减速标志;成立专门的监控量测小 组,负责地表沉降观测和围岩监控量测;成立隧道质量监控小组, 负责隧道开挖、支护的施工质量;成立应急小组,由指挥长负责, 主要负责与高速公路部门联动采取应急措施。

2) 应急处理措施: DK499 + 312～DK499 + 470 段158 m 范围内随时观察路面和洞 内围岩的情况,做好路面和洞内围岩监控量测工作,分析数据指 导施工,防止变形、坍塌事故的发生。同时现场备足钢材、方木等 应急材料;现场设专人24 h 不间断职守,如出现险情,立即上报指 挥部和高速公路管理单位,同时现场立即对道路采取管制措施, 洞内首先撤离施工人员,其次是机械设备,尽量将损失降到最低。

 3) 变形超限应急措施:当隧道内围岩变形无收敛趋势或路面沉降 接近变形允许值时,立即停止施工,封闭掌子面并在第一时间报 告应急领导小组,采取限制重型车辆通行(须提前取得公路管理 部门同意) ,同时与设计院、业主和监理部门联系,提高支护参数, 加强支护措施。 随着公路建设的发展,桥梁顶升技术在新建桥梁施工和旧桥 维修改造中已经开始普遍采用。桥梁顶升即是在需要顶升部位 设置临时顶升支撑,利用千斤顶和同步顶升设备对桥梁结构进行 抬高或降低的移位操作,顶升就位后安放临时垫块且保证其稳 定,对墩台、支座或主梁进行改造施工,最后安放支座、落梁。其 施工步骤如下:施工准备→在桥墩台上安放千斤顶→监测设备的 安装→试顶升(问题反馈及处理) →正式顶升→第一次顶升完 成→临时支撑的放置→继续顶升至设计位置→临时支撑的放置→ 落梁至临时支撑上→改造墩台、支座和梁底→落梁,并清理现场。 桥梁顶升是一项复杂的工程,必须保证顶升施工工程结构的 安全,顶升过程中的安全性包括结构的安全性、设备的可靠性以 及施工操作人员的安全。 江阴大桥北引桥采用装配式预应力混凝土简支T 梁桥,同一 跨内的梁体之间横隔板采用湿接头方式连接,各联内梁体结构简 支、桥面连续,必须考虑顶升工程中墩柱和盖梁受力变化所带来 的不利。 顶升过程中梁体吨位过大,如果出现某些千斤顶漏油或者故 障,可能导致梁体的纵横向不均匀顶升,严重时可能导致梁体倾 覆,因此,需在梁体顶升过程中采用安全钢垫板进行保护,在供油 系统采用锁定装置和报警装置,保护梁体不发生整体倾覆。同 时,顶升时要分批次顶升,不能一次到位。

 3 顶升过程控制要点

1) 桥梁同步顶升的安全控制设计与限位措施。由于液压缸 安全的误差以及顶升过程中其他不利因素的影响,在顶升过程中 可能会出现微小的不均匀性,为防治梁体倾覆和移滑,保证桥梁 顶升的准确性和安全性,需要采用相应的限位措施。 桥梁各支座反力不同,为保证同步顶升,液压系统应满足各 液压缸压力自动调整,以适应上步荷载。通过对顶升力合理控制 完成桥梁顶升,同时使桥梁的附加内力最小。 桥梁顶升过程中,为了防治梁体扭曲、应力集中和开裂,各顶 升点必须进行局部加强,并保持位移同步。

 2) 桥梁同步顶升临时钢垫块支撑设计。顶升过程应采用分 级顶升,每一级行程的最大位移控制在1 mm 以内,顶升速度控制 在3 min/ mm ,顶升到位后,靠计算机控制自动锁定千斤顶,不回油。

 3) 桥梁顶升过程中的同步监控。桥梁的同步顶升需要分级 完成,因此对桥梁顶升工程中的整个运动轨迹、整体姿态、结构内 力的监控是保证桥梁结构安全的重要环节。监控内容包括桥梁 整体姿态、位移、结构内力等,监控工作要贯穿于顶升和落梁的整 个施工过程中。本次监控对象主要是上步结构构件,根据江阴大 桥北引桥的结构特点,主要监控各支点处梁体的竖向以及纵横向 位移,各主梁端部横梁顶、底部的应力。

 4) 顶升梁段对桥梁其他部位的影响。江阴大桥北引桥各联 梁体在同步顶升抬高过程中,相邻梁两联之间的联系构件或设施 必然会受到影响,比如伸缩缝、管线防撞栏等。因此在顶升之前 需要详细调查,确保施工过程和结构的安全。

 5) 落梁后梁底标高控制。梁体就位后,自重作用下的内力分 配已经完成,因各主梁间横向有横隔梁连接,纵向有桥面连续,必 须保证顶升前后梁体的相对位置不变,除了保证各片梁体在上升 阶段位移量一致外,还要确保落梁后,各片主梁底面标高变化量 相等,保证梁体落梁后的结构安全。

 4 .SPLC28 计算机控制双控同步顶升设备

 1) SPLC28 计算机同步控制顶升、下降液压系统的主要特点。 SPLC28 计算机控制同步顶升、下降液压系统配备有先进的高精 度位置传感器、压力传感器、电磁阀、输入、输出软件模块、多点控 制同步顶升,自动显示顶升力和顶升高度数值。配备声光报警系 统,在达到预先设定的行程或负载限制时自动停机,当油缸和油 路发生故障时,自动报警和自动锁定。计算机控制单元采用友好 的Windows 界面。数字控制的提升过程使提升点之间的差值精 度为±1 mm。在显示器屏幕上提供实时的完整提升数据。 在桥梁更换支座、桥梁抬高过程中,采用SPLC28 计算机控制 同步系统,并配有大吨位薄型油缸,每台千斤顶的承载能力为 1 500 kN。 同步顶升、下降系统由高压液压泵、油缸、电磁阀、油管等组 成,SPLC28 控制系统根据不同测点的回馈的脉宽信号,控制数十 个油缸带载顶升的速度,实现数十个油缸的同步提升动作。 由于采用计算机控制同步顶升、下降系统,具有科学性、安全 性、对强梁在顶升过程中为防止各点不同步的顶升,起到了很好 的保护作用,极个别油缸发生过载或意外时,有计算机控制同步 位移起到了报警和锁定作用。

 2) 计算机监控系统的特点。计算机控制梁体结构控制系统, 配备了工业级便携计算机,应力传感器和位移传感器,控制软件通 过各个数据采集器,可监控整个梁体应力、梁体挠度和轴线位移。 软件具有桥形的模拟界面显示,在多点顶升时,形象直观的 显示顶升的位移量、应变显示,并进行实时数据记录。 在顶升过程中,当混凝土梁发生开裂时,应力传感器能控制 在一定的范围内,如果超值,软件可以将报警信号提供给控制计 算机,由控制计算机控制液压系统,停止顶升,防止梁体开裂,起 到预警作用。 

5 顶升施工工艺 

1) 顶升前检查相邻两联之间的联系,应保证顶升施工不影响 到相邻跨的结构。

2) 安装液压系统、控制器、千斤顶、位移传感 器、压力传感器、应变传感器、数据采集器、计算机等。对SPLC28 计算机控制同步顶升、下降系统和监控系统进行调试。

3) 测量支 座处梁底标高。

4) 预紧,称重,调整各点数据记录,试顶升,检查 各点受力情况,同时检查计算机控制器各点顶升量。

5) 试顶升 0. 5 mm ,检查各点误差情况,塞放临时支撑,计算机自动锁定液 控阀,保持油缸压力不变,并持荷观察

6) 第一次顶升。试顶完 毕,开始正式起顶,按照1 mm + 1 mm 的顺序进行顶升。梁体顶 升就位后,将原支座取出后,仔细检查安放支座处的支座垫块,梁 体底面,看是否有严重的混凝土破损、脱落情况。确保与支座接 触的梁底部位和支座垫石表面处理达标后,将新钢构件垫块放入 原支座位置以代替支座,并与梁底密贴。

7) 千斤顶回油。各千斤 顶同步顶升到位后,无误后方可落梁,各千斤顶同步回油、落梁。 落梁过程保持梁体整体平衡,由SPLC28 计算机控制同步下降液 压系统完成,同步整体落梁分数次进行,直到梁体落完为止。

 6 结语 

对于高等级公路中需要进行技术改造的梁板结构的桥梁,采 用计算机控制的双控同步顶升技术可最大程度的简化施工工序、 降低施工难度、节约工程投资、加快施工进度。在以后的应用中 不断总结和完善,可以更合理、更科学地运用于桥梁施工中,推动 交通建设事业更快、更好地发展。

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