軌道交通U型梁精確定位調平技術

金東華

（上海市基礎工程集團有限公司，上海市 200433）

0 引言

城市軌道交通線路梁體的平整度是保證列車運行高速、安全、舒適的前提。由于預制混凝土梁通常為簡支結構，雖然可以通過后期承軌臺的施工對誤差進行一定調整，但現(xiàn)場架梁后的梁體支點處的高程精度對總體線路的平整度仍然有較大影響。

軌道交通建設中，越來越多的高架結構采用了預制薄壁U型梁結構。薄壁U型梁雖然在材料有效利用、防噪聲等方面具有很好的性能，但開口的薄壁U型結構對支點受力的平衡要求很高，梁的抗扭能力較差，對安裝精度提出了很高的要求，要求安裝過程中必須始終保證各支座受力均勻。因此，施工過程中，如何控制梁體精確就位落梁，同時確保梁體受力均勻，顯得十分重要。

1 工程簡介

上海市軌道交通16號線土建工程1標段高架土建工程設計范圍自起點龍陽路站（SDK0+000.000）至華夏西路站（SDK4+554.610），全長4.58 km。上部主梁除跨河段和跨路口段采用連續(xù)箱梁，其余標準段采用25～35 m的預制U型梁，采用4個支座支承于蓋梁上，簡支結構[1]（見圖1）。

圖1 軌道交通簡支U型梁

該工程的新型U型梁外觀最直接的特點就是薄壁開口型式。該結構特點是梁體抗扭剛度較差，對梁體受力均勻敏感性較強。U型梁安裝階段精確就位的要求為：梁體4個支點支承反力差控制在5%之內，并保證4點高差控制在2 mm之內。

2 “三維千斤頂調整”U型梁安裝定位控制技術

2.1 U型梁就位步驟

梁在吊起騰空300 mm后→旋轉一定的角度→在運梁車上進行盆式支座的安裝→吊裝到指定位置上空→吊機緩緩松鉤→由4臺80 t液壓千斤頂受力→U型梁調整標高、里程、軸線（三維扁平千斤頂微調）→調整好后用臨時支座固定（配好墊板和斜墊鐵高度）→復核安裝尺寸→合格后4臺80 t液壓千斤頂受力同步卸載→撤離千斤頂→支座灌漿位置搭設模板→灌漿→達到規(guī)定強度后模板拆除→將斜墊鐵敲掉→撤離臨時支座→安裝盆式支座圍板。

2.2 墩頂調位裝置施工

U型梁架設時，精確就位采用三維扁平千斤頂精確調整就位，配合使用臨時支墩，千斤頂與臨時支墩支撐在指定的位置。圖2為墩頂千斤頂布置。

圖2 墩頂千斤頂布置

每跨U型梁落梁時在墩頂設置4臺調位裝置。墩頂調整架包括鋼板底座、反力架、豎向扁平千斤頂（用于支承和標高調整）、水平調整千斤頂（用于軸線和里程調整）。落梁時，首先由4臺80 t扁平千斤頂受力，并進行標高調整。其中，同一墩的兩臺扁平千斤頂應將油管并聯(lián)，以保證油壓一致。在施工時，兩個墩之間必須利用對講機聯(lián)系好，確保4臺千斤頂同步頂升，且單個支點反力與所有支點的支點反力的平均值相差不超過5%。

U型梁吊裝到預定位置后：首先，用位于支座內側的扁平千斤頂支承，并調整標高；然后，視需要安裝水平調整千斤頂，進行軸線和里程調整。在每塊鋼板上設置兩個反力架，若U型梁需要進行軸線和里程調整，則在反力架上安裝軸線和里程調整千斤頂，通過頂進扁平千斤頂來完成調整。調整完成后，安裝臨時支座。

臨時支座采用螺旋式人工頂升，并且臨時支座頂部平整，保證臨時支座頂部與梁底密貼，待永久支座受力轉換完成以后，方撤除千斤頂供周轉。

2.3 安裝精度控制

為確保U型梁安裝精度，U型梁初定位后，采用4臺80 t扁平千斤頂進行三維精確調整。每片U型梁兩端各安放2臺千斤頂，千斤頂油缸進行并聯(lián)，保證調位過程中同步均勻受力，防止出現(xiàn)“3點支撐，1點空置”的現(xiàn)象。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)啟動4臺千斤頂，對梁段進行精調，使其豎向、橫向、縱向均滿足控制目標要求；對最終目標數(shù)據(jù)的采集，其最終精度誤差應小于2 mm。

3 “遠程遙控自動伺服頂升定位調平”安裝定位控制技術

3.1 定位調平技術分析

通常，在U型梁架設階段，采用布設三維扁平千斤頂。扁平千斤頂可在標高、軸線、里程三維對U型梁進行精確微調，并且配合使用臨時支墩及測量復核，是可以實現(xiàn)精確就位的，但缺乏一套自動控制系統(tǒng)。需要較多的人工及配合工作，操作非常繁瑣，并且風險較高。

為此，聯(lián)合上海理工大學通過產學研合作模式，發(fā)揮項目平臺優(yōu)勢，開發(fā)了一套便攜、高效的遠程遙控自動伺服頂升調平系統(tǒng)。采用計算機控制精確調整裝置，結合高精度傳感儀及液壓控制裝置，實現(xiàn)自動化精確調整，以保證橋梁的位置精度較高和橋梁對橋墩的壓力均衡，同時保證整跨梁的安裝安全、可靠。

3.2 遠程控制自動伺服頂升調平系統(tǒng)

該系統(tǒng)基于無線通信控制模式，主要部件由位移、壓力傳感器，無線信號傳輸模塊，無線路由器，數(shù)據(jù)采集設備，手持終端等組成。每個千斤頂上安裝一個位移傳感器和壓力傳感器，基于LabView開發(fā)環(huán)境編制控制軟件，對傳感器信號進行采集和處理，通過圖形化顯示和報警指示等方式反饋操作人員施工[2]。圖3為橋梁自動頂升調平系統(tǒng)架構圖。

圖3 橋梁自動頂升調平系統(tǒng)架構圖

3.3 數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)通過改裝千斤頂，在千斤頂上設置高度傳感器和壓力傳感器來測量待架設梁的狀態(tài)（見圖 4、圖 5）。

圖4 高度傳感器與壓力傳感器

圖5 數(shù)據(jù)參數(shù)關系圖

實測高度：Ch=h+m+L

其中：h為蓋梁頂面的實際高度；m為千斤頂結構高度；L為千斤頂頂升距離，由位移傳感器直接測量。

則高度誤差：Wh=Ch–H=h+m+L–H

報警燈顯示綠色的條件為：H-Eh＜Ch＜H+Eh

即：-Eh＜Wh=Ch–H=h+m+L–H

否則報警燈顯示為紅色。

橋梁頂升過程中，測量計算所得千斤頂位置誤差可指導施工人員進行橋梁的初步定位，繼而通過自動控制千斤頂?shù)娜S調整，橋梁逐漸趨于目標位置。

3.4 自動控制

在控制系統(tǒng)上，顯示高度和壓力相關的實時信息（見圖6）。左側方框分別顯示高度和壓力的實測值，以及與標準值的誤差和超差指示燈等，右側方框中顯示每兩個千斤頂之間在高度與壓力上的相對差值。

圖6 控制系統(tǒng)界面

架設前，在控制器上輸入橋跨編號、理論標高、實測標高和報警允差，則架梁過程中數(shù)據(jù)將通過無線數(shù)據(jù)采集設備采集到平板電腦上的控制軟件中。軟件根據(jù)預設的理論標高、實測標高和報警允差自動調整梁的姿態(tài)，實現(xiàn)梁的自動就位。

3.5 數(shù)據(jù)分析

該橋梁自動頂升調節(jié)輔助系統(tǒng)按以下格式記錄了每次架梁的高度、壓力設計值和實際值。

以區(qū)間K015為例，記錄的高度誤差和壓力誤差見表1。

表1中：理論標高為蓋梁頂至U梁底的總高度理論值；實測標高表示該系統(tǒng)在架梁過程中實際測得的蓋梁頂至U梁底高度值，共4個值，分別表示每榀梁4個支點處的高度；高度誤差表示以上理論值和實測值的差；實測壓力表示每榀梁4個支點千斤頂實際受力；壓力誤差表示以上4個實測壓力值與平均值的差值。

另外，由操作人員設置高度和壓力的報警允許偏差：當梁的高度不平衡和支點壓力不平衡超過允許偏差時，在控制器上可以直觀地得到報警；當通過操作人員調節(jié)千斤頂，使得梁的高度和支點壓力均能平衡時，即可對支座進行灌漿，將梁永久固定。

4 效果對比

使用遠程遙控自動伺服頂升定位調平系統(tǒng)后，除每榀梁安裝過程中的調平工作更為容易，數(shù)據(jù)得到量化，并使得安裝時間有所縮短外，最終成橋線形質量也有所提升。全橋安裝完畢后，安裝單位會同鋪軌單位對橋梁標高進行了聯(lián)測。聯(lián)測結果顯示，使用該裝置進行架設的區(qū)段，成橋線形與設計線形的吻合性比未使用該裝置的區(qū)段有所提高，平均誤差減小23.5%，高程穩(wěn)定性提高0.26個標準差。