计算机同步控制设备在大型钢围堰下放施工中的应用与管理

    盛小勇+彭琳琳+谢德宽

    

    

    

    摘 要：传统钢围堰下放施工需采用大型浮吊作为施工设备，而在保证通航或者大型船舶设备无法进驻的河道上，传统大型浮吊设备无法满足要求。本文以嘉绍大桥主墩钢围堰施工为依托，介绍了计算机同步控制设备在嘉绍大桥施工中的应用，总结同步下放设备的控制技术、操作要点以及设备管理思路，为同类工程大型设备的选择与应用管理提供借鉴。

    关键词：计算机同步设备；连续千斤顶；大型钢围堰；设备管理

    中图分类号：U655.54 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）05-0069-03

    随着桥梁施工技术的发展，配套的桥梁设备及施工装备技术水平也得到不断发展，对桥梁施工设备管理人员的专业素质和专业管理水平提出了越来越高的要求。尤其在专业设备的选择和管理上，需要根据施工方法选择安全性高、操作容易、便于管理的专业桥梁施工设备。笔者结合自身嘉绍大桥下放设备选择和过程控制管理的工作经历，为桥梁设备管理提供思路。

    1 工程背景

    嘉绍大桥主航道桥为世界上首座六塔独柱四索面分幅钢箱梁斜拉桥，桥址位于钱塘江河口尖山河段，为世界三大强潮河口之首，具有河床宽浅、潮强流急、涌潮汹涌、河床变化剧烈的特点。最大涌潮潮高可达3m，最大潮差达8.59m，涌潮产生的水压力可达70kPa，桥位附近涌潮流速可达9.0～10.0m/s。 主墩承台采用双臂钢围堰施工，最大的钢围堰内壁直径大40.65m，高26.0m，入土深度约10m，围堰整体重量达800t，分两节进行沉放。

    2 下放系统及设备的选型

    大型围堰采用整体沉放或分节拼装、分次沉放的施工工艺，根据其施工设备的不同主要有以下3种施工方法。

    （1）方法一：采用大型起重设备进行围堰沉放

    （2）方法二：采用连续千斤顶进行围堰沉放

    （3）方法三：采用卷扬机进行围堰沉放

    而嘉绍大桥由于涌潮强烈，工况条件极其特殊，采用常规下放程序存在较大的姿态失控风险：河床冲淤变化剧烈，围堰刃脚范围内泥面高差大，下放前平均高差已超出2m，仅靠导向定位装置难以保持围堰平稳着床；围堰下沉后进一步加大局部冲淤变化，实际施工监测数据也表明，一个潮水冲刷可达5m，淤积可达3m，围堰刃脚入土深度极度不均衡，迎潮面刃脚长时间悬空，终沉仅余3m进尺时仍有部分刃脚脱空，围堰倾斜趋势明显，定位系统和围堰结构难以承受由此产生的挤压力。经研究，嘉绍大桥钢围堰施工确定采用连续千斤顶下放体系，同时利用全过程计算机控制技术，确保围堰沉放过程中实现围堰同步提升或下沉，即提吊装置自钢围堰提吊、下放、着床到最终就位全过程均参与作用，通过计算机控制中心随时调整围堰姿态，精确控制下沉状态实，该下放设备有如下特点：①用同步千斤顶控制系统，可实现围堰的整体上升及下放，避免传统设备依靠人工操作上升或下放行程不一致导致单点受力过大或围堰的整体倾斜；②由于千斤顶的精度较高，控制性较强，可精确实现围堰的整体上升或下放；③整个下放装置安装与拆除均可在围堰内实现，受围堰外围水文影响较小，且还有可实现结构的实时监测。④设备系统操作简单，由一名专业人员即可实现设备的集中控制，控制数据实时反映在集中控制系统。设备管理相对较为简单。

    3 下放系统的设计

    根据围堰自重及外界荷载情况计算分析，安装到位的钢围堰整体重量约870t。采用8个吊挂点每点1台，共8台350t的液压千斤顶进行沉放作业，另增加1台备用。计算机同步控制连续千斤顶下沉系统由8台350t连续千斤顶、4个液压泵站、8套传感器和计算机控制系统及配套悬挂装置组成；单套沉放设备系统为1套主从随动控制液压提升系统，该系统主要由提升千斤顶，液压系统和同步控制系统构成，它具有激光精密测距和计算机准确控制的功能。适用于超大、超重、超高结构的整体吊装，其同步精度达毫米级。

    3.1 千斤顶下放设备的支撑体系

    下放装置结构设计

    3.2 计算机同步控制设备介绍与安装管理

    支承体系控制系统由提升油缸及悬挂系统、泵站系统、数据采集系统和PC终端控制系统组成。荷载控制及行程控制系统，如下图示。

    整个设备系统由于全部采用计算机控制系统，集成化程度高、重量轻，在施工安装过程中，将千斤顶系统、控制系统、泵站系统、锚点系统及附属系统独立采用吊车安装到位。安装到位后，进行系统的调试工作，調试正常即可进行下放试验和施工。

    4 下放设备试验及施工

    4.1 下放设备的试提试验

    为了确保钢围堰整体顺利下放，首先进行钢围堰同步下放相关的试验，以检验钢围堰结构的安全性并获得下放经验。具体的工艺试验包括单点试提试验、整体试提试验。

    4.1.1 单点试提试验

    采用对各个吊点分别进行分步试提升方法进行钢围堰的单点试提试验。通过单点试提试验，检测钢围堰承重梁及挂腿结构的强度和稳定性，确保钢围堰结构在下放过程中承重系统无较大的变形和破坏，同时检查各千斤顶的性能。分步试提升的荷载分别为理论计算荷载的20%、40%、60%、80%、100%、120%。每级荷载当提升到位后持载30 分钟。

    4.1.2 整体试提试验

    按照理论计算荷载的20%、40%、60%、80%、100%分级对6 个吊点同时进行加载，进行钢围堰整体试提试验，以检验钢围堰结构的强度和稳定性，确保钢围堰结构在下放过程中无较大的变形和破坏，同时检查各千斤顶的性能、对千斤顶设备的影响，确保下放过程中钢护筒的稳定。另外，可检测千斤顶的同步性，包括位移同步性和荷载同步性，检验并完善其调平措施，优化修正系数，为整体下放提供有效的参考资料。

    整体试提试验中还需测量监控、调整围堰的平面位置和垂直度，为正式下放做好充分准备。

    整体提升离开拼装平台20cm 后持荷1 小时，检查围堰平面位置、垂直度、壁体结构、承重梁、挂腿、千斤顶荷载情况、传感器是否有效，围堰下放区域是否有障碍物等，检查无误后，立即组织人员拆除拼装平台，等候潮水准备正式下放。

    4.2 下放施工

    首先通过6只千斤顶同步将围堰顶升20cm高，通过千斤顶油表及计算机控制系统以确保控制各千斤顶同步受力，然后开始割除拼装平台。

    下放过程中用1台油泵控制2台千斤顶，保证下放同步及各顶受力均匀。发现个别顶受力过大时，需停止排查出故障后继续下沉，切忌盲目快速下沉。

    下放速度按单个顶行程按30cm控制，单个行程平均按3min控制连续下放，过程中时刻监测各顶受力情况，直至下放到位。

    4.3 设备操作注意事项

    （1）液压千斤顶在使用前应擦拭干净，并应检查各部件是否灵活，有无损伤，在有载荷时切忌将快速接头卸下，以免发生事故及损坏部件。

    （2）液压千斤顶在使用前应放置平整，不能倾斜，底部要垫平，严防载荷偏移而使液压千斤顶倾斜或翻倒，可在液压千斤顶底部垫坚韧的枕术或钢板来扩大承压面积，以免陷落或滑动而发生事故；切勿用有油污的木板或钢板作为衬垫，防止受力時打滑，发生安全事故；重物被顶升位置必须是安全、坚实的部位，以防损坏设备。

    （3）使用液压千斤顶时，应先将钢围堰先试顶起一部分，仔细检查液压千斤顶无异常后，再继续顶升重物。若发现垫板受压后不平整、不牢固或液压千斤顶有倾斜时，必须将液压千斤顶卸压回程，及时处理好后方可再次操作。

    （4）在顶升过程中，应随重物的不断上升及时在液压千斤顶下方铺垫保险枕木架，以防液压千斤顶倾斜或引起活塞突然下降而造成事故，下放重物时要逐步向外抽出枕木，枕木与重物间的距离不得超过一块枕木的厚度，以防意外！

    （5）钢围堰下放到位后，及时进行受力体系转换，液压千斤顶不可作为长时间单独支承设备。

    5 结语

    本文通过方案比选优化，采用计算机同步控制连续千斤顶系统，在围堰沉放过程中实现了围堰安全、同步、连续提升或下沉。作者作为设备的技术人员，与桥梁施工技术人员一起对桥梁施工专业装备和工艺进行匹配性的比选，并结合自身多年的设备管理经验和专业技能，提供了钢围堰下放的设备专业技术支撑。同时，对下放设备过程的操作同步性和安全性进行了重点监控，确保了下放过程安全。建议后续大桥桥梁施工过程，设备专业管理人员提前介入施工工艺比选和讨论，才能后后续施工中设备的进场和现场管理提供有力的支持。本工程的设备管理为后续大型钢围堰下放的设备选型和管理提供了良好的借鉴。

    参考文献：

    [1] 唐衡，王喜莲. 强涌潮区大型双壁钢围堰施工关键技术创新及应用[C].中国交通建设2012年现场技术交流会论文集（上）

    [2] 张鹏飞.液压千斤顶连续下放安装大型双壁钢围堰施工技术研究[J].城市建筑.2015年12期