電磁控制技術(shù)在鋼箱梁頂推施工中的應(yīng)用研究

王愛美 李啟懂

(1.山東職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104； 2.濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

?

電磁控制技術(shù)在鋼箱梁頂推施工中的應(yīng)用研究

王愛美1李啟懂2

(1.山東職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104； 2.濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

以臨沂市南京路沂河大橋?yàn)槔榻B了鋼箱梁頂推施工方案，針對(duì)施工試驗(yàn)段頂推系統(tǒng)存在的問題，提出了采用電磁控制技術(shù)提高施工精度的方法，解決了施工精度偏低的問題。

橋梁工程，鋼箱梁，頂推施工，電磁控制

1 工程概況

南京路沂河大橋位于山東省臨沂市，東起河?xùn)|區(qū)，西至蘭山區(qū)，橋梁全長(zhǎng)1 023 m，其中主橋?yàn)?50+150+150+50)m的飛雁式異形拱橋，主橋梁體采用鋼混組合體系。主梁采用雙邊箱型主縱梁結(jié)合橋面板的整體斷面，全長(zhǎng)271.0 m,橋面全寬44.1 m，雙向2%橫坡，梁高3.3 m。主梁鋼結(jié)構(gòu)部分施工采用棘塊式單向頂推施工工藝，主梁梁體主要承重為鋼結(jié)構(gòu)，因此其在頂推過程中的質(zhì)量控制對(duì)于影響全橋承載能力及其使用壽命尤為關(guān)鍵(見圖1)。

2 鋼箱梁頂推施工方案

2.1 臨時(shí)墩布置

全橋順橋向共設(shè)置7個(gè)臨時(shí)墩和3個(gè)滑道，其中在蘭山區(qū)側(cè)主跨布置3個(gè)臨時(shí)墩，在河?xùn)|區(qū)側(cè)主跨布置4個(gè)臨時(shí)墩，另外為了均勻分配頂推過程中支墩受力，在6號(hào)邊墩上設(shè)置1個(gè)滑道，在7號(hào)主墩上設(shè)置2個(gè)滑道。臨時(shí)墩和滑道間距布置為(2×28.125+30+28.976+18.923+36.6+28+32.125+29.947)m。另外為了保證后續(xù)橋面板安裝和鋼拱肋拼裝時(shí)安全及線形需要，在頂推臨時(shí)墩中間插設(shè)臨時(shí)鋼管支撐。

2.2 鋼箱梁節(jié)段劃分

鋼梁和鋼拱安裝節(jié)段連接為全焊接形式，節(jié)段較短就會(huì)造成節(jié)段過多，之間的連接焊縫多，焊接工期較長(zhǎng)，影響鋼箱梁的安裝周期，因此鋼箱梁的縱向節(jié)段劃分長(zhǎng)度不能太短，但為了滿足運(yùn)輸需要也不能太長(zhǎng)，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝拼裝機(jī)械起重情況，重量控制在60 t以內(nèi)。綜合考慮以上因素，將鋼箱梁劃分為25個(gè)節(jié)段。

2.3 頂推系統(tǒng)設(shè)置

鋼箱梁安裝采用棘塊式單向多點(diǎn)頂推方式，在臨時(shí)墩頂上安裝7套頂推系統(tǒng)，其中1號(hào)～4號(hào)和6號(hào)臨時(shí)墩上安裝相同的頂推系統(tǒng)，滑道長(zhǎng)度為9 m，5號(hào)和7號(hào)臨時(shí)墩上安裝的頂推系統(tǒng)滑道長(zhǎng)度為13 m，兩種頂推系統(tǒng)須提供相同的水平頂推力，見圖2。

2.4 頂推施工工藝流程

場(chǎng)地準(zhǔn)備，河道筑島，主橋邊、主墩施工→臨時(shí)墩施工，鋼箱梁拼裝平臺(tái)→鋼梁L1節(jié)拼裝成體→安裝導(dǎo)梁、焊接成體→第一次頂推→安裝L1節(jié)～L2節(jié)段梁→第二次頂推→循環(huán)頂推至完成。

2.5 鋼箱梁安裝線形控制

1)軸線控制。

鋼箱梁設(shè)計(jì)平面線形為直線。施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝，要通過測(cè)量手段和匹配件來控制鋼箱梁能連接成一條直線體，這是對(duì)鋼箱梁線型實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的第一步。在每個(gè)臨時(shí)墩上設(shè)有限位系統(tǒng)，即棘塊和齒板。保證鋼箱梁在頂推過程中前進(jìn)路線不會(huì)偏離滑道。頂推過程中的調(diào)整可以利用臨時(shí)墩頂?shù)南尬唬陧斶M(jìn)的過程中進(jìn)行橫向頂撐齒板，改變鋼箱梁行進(jìn)的方向，以此達(dá)到糾偏的目的。

2)豎向線形控制。

鋼箱梁標(biāo)高控制主要是依靠拼裝胎架頂?shù)难腊鍢?biāo)高控制，在鋼箱梁塊體安裝之前，把頂推平臺(tái)樁帽落至總拼胎架標(biāo)高之下，把牙板按照設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整焊接好，然后鋼箱梁塊體吊裝至總拼胎架牙板之上，再測(cè)量梁頂標(biāo)高，通過牙板調(diào)整標(biāo)高。

鋼箱梁的曲率主要是依靠鋼箱梁節(jié)段之間的轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)，而轉(zhuǎn)角是依靠控制點(diǎn)的標(biāo)高調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，在標(biāo)高調(diào)整的同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了鋼箱梁相對(duì)之間的轉(zhuǎn)角，最終實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的正確曲率。

3 鋼箱梁頂推施工中存在的問題及原因分析

鋼箱梁試驗(yàn)段施工之初,首先進(jìn)行了前7節(jié)的試驗(yàn)段施工,對(duì)1節(jié)～7節(jié)鋼箱梁安裝質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查分析：共計(jì)檢測(cè)7節(jié)鋼箱梁，42個(gè)拼裝節(jié)段，168個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，共計(jì)32個(gè)不合格點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)如表1所示。

由表1可知,影響鋼箱梁施工精度的主要因素是軸線偏位,針對(duì)這一問題,我們從人員、材料、機(jī)具、測(cè)量、環(huán)境、方法等六個(gè)方面進(jìn)行原因分析，最終找到影響鋼箱梁軸線偏位的主要原因是頂推系統(tǒng)中各千斤頂頂力和行程不一致，即頂推系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

表1 質(zhì)量缺陷類型統(tǒng)計(jì)表(一)

4 制定對(duì)策及實(shí)施驗(yàn)證

4.1 頂推系統(tǒng)改進(jìn)

針對(duì)頂推系統(tǒng)中的問題，我們引入電磁控制技術(shù)來控制各個(gè)千斤頂和施力源。電氣控制系統(tǒng)的引入，加上在計(jì)算機(jī)控制下確保了7套頂推系統(tǒng)提供的推力均衡且同步。每套液壓系統(tǒng)由12件螺母鎖緊油缸、1套高壓液壓泵站、2套超高壓液壓泵站、4件頂推油缸、壓力和位移傳感器、高壓軟管及液壓接頭等附件組成。液壓泵站及主機(jī)見圖3。

箱梁的標(biāo)高可通過系統(tǒng)控制的豎向千斤頂來控制，并使作用在千斤頂上的鋼箱梁通過精確控制實(shí)現(xiàn)所受支撐力的均衡，鋼箱梁所受支反力的大小得到自動(dòng)控制采集，系統(tǒng)通過調(diào)整頂推油缸的頂推力來控制頂推千斤頂?shù)氖┝η闆r，二力的精確配合使鋼箱梁可以精確到達(dá)指定位置。隨著鋼箱梁頂推階段的不同，其所受頂推力的大小也在變化，在臨時(shí)墩一側(cè)安裝有比例閥，以此來調(diào)節(jié)不同階段頂推力的大小。

鋼箱梁的前進(jìn)主要是支墩摩阻力的作用，若能保證頂推力與摩阻力相匹配，那么鋼箱梁的受力和位移將會(huì)實(shí)現(xiàn)同步。系統(tǒng)安裝的位移傳感器就是通過實(shí)現(xiàn)對(duì)頂推油缸位移的檢測(cè)，將數(shù)據(jù)反映給總機(jī)來實(shí)現(xiàn)這一精確控制。此外，每個(gè)臨時(shí)墩上設(shè)置的分控制器將各自的頂升、頂推裝置控制，壓力數(shù)據(jù)、采集的位移數(shù)據(jù)和出現(xiàn)故障時(shí)的報(bào)警等，通過信號(hào)傳輸輸送給主控制器，這樣主控制器就實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中控制，確保了指令的唯一性和可控性。

電器原理圖見圖4，頂推系統(tǒng)控制原理見圖5。

4.2 液壓原理

1)頂升液壓原理。工作壓力為700 bar電動(dòng)泵站輸出高壓油驅(qū)動(dòng)油缸，泵上的電磁換向閥控制油缸升降的方向；8個(gè)螺母鎖緊油缸分成左右側(cè)兩組，每組由一個(gè)電磁控制閥來控制。壓力傳感器和位移傳感器配置在每側(cè)4個(gè)油缸的進(jìn)程油路上，檢測(cè)頂推系統(tǒng)受到的力和位移并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到控制器進(jìn)行運(yùn)算比較，然后發(fā)出控制指令通過電磁控制閥來控制每個(gè)墩上的兩側(cè)油缸的頂升力和位移。并實(shí)時(shí)檢測(cè)支撐油缸的支反力大小，實(shí)現(xiàn)鋼箱梁頂推施工的精確控制。此數(shù)據(jù)一方面供頂推系統(tǒng)推力控制使用，另一方面與鋼箱梁?jiǎn)吸c(diǎn)單側(cè)最大允許支反力相比較，確保鋼箱梁受力在允許范圍內(nèi)。

2)頂推液壓原理。在有支撐油缸的臨時(shí)墩，通過壓力和位移傳感器采集頂升系統(tǒng)變化的支反力，傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)合恒定的摩阻力會(huì)迅速算出所需頂推力的大小，然后發(fā)出指令調(diào)節(jié)頂推油缸的頂推力，實(shí)現(xiàn)精確控制。對(duì)于墊塊支撐處的臨時(shí)墩，控制恒定的頂推力。

4.3 效果驗(yàn)證

頂推系統(tǒng)改進(jìn)后，頂推過程中對(duì)后續(xù)8節(jié)～25節(jié)鋼箱梁安裝質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果為：共計(jì)抽查144個(gè)點(diǎn)，安裝精度達(dá)到96.5%，統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 質(zhì)量缺陷類型統(tǒng)計(jì)表(二)

5 結(jié)語

在整個(gè)頂推施工過程中，我們引進(jìn)電磁控制技術(shù)，結(jié)合了仿真計(jì)算分析、施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及誤差調(diào)整這三點(diǎn)，更是利用現(xiàn)代科技發(fā)展成果來服務(wù)我們的施工，結(jié)果是使控制精度增加，實(shí)現(xiàn)精確控制。施工過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，希望本文能為今后的類似施工提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

[1] 閆宗山,蔣圣寶,榮 杰.青銀高速濟(jì)公路南黃河大橋鋼箱梁頂推施工定位誤差控制[J].中華建設(shè),2008(8):69-70.

[2] 趙志平.橋梁頂推施工的精度探討[J].橋梁建設(shè),1994(2):70-73.

[3] 董啟軍.連續(xù)鋼箱梁頂推施工[J].施工技術(shù),2005(5)：91-92.

[4] 戴 杰.鋼箱梁斜拉橋主梁頂推法施工階段控制研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

Onapplicationofelectromagneticcontroltechniqueinconstructionofincrementallaunchingofsteelboxgirder

WangAimei1LiQidong2

(1.ShandongVocationalCollege,Jinan250104,China; 2.JinanUrbanConstructionGroupCo.,Ltd,Jinan250000,China)

Taking Yihe Bridge along Nanjing road in Linyi as the construction experimental section, the paper introduces the construction scheme of the incremental launching of steel box girder, and points out the electromagnetic control technique can improve the construction accuracy and solve the problem with lower accuracy according to the problems in the incremental system.

bridge project, steel box girder, incremental construction, electromagnetic control

1009-6825(2016)34-0176-03

2016-09-26

王愛美(1986- )，女，助理講師； 李啟懂(1986- )，男，助理工程師

U445

A