鋼筋籠頂推系統(tǒng)

唐三波，劉遠(yuǎn)林

鋼筋籠頂推系統(tǒng)

唐三波，劉遠(yuǎn)林*

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州510300）

以港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制工程為例，介紹一種用于鋼筋籠整體頂推的系統(tǒng)。該套系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、滑移夾軌器、滑移導(dǎo)向裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，通過(guò)降低摩阻系數(shù)、降低液壓系統(tǒng)油溫等一系列措施，達(dá)到了降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工工效等效果。為今后相關(guān)施工提供借鑒。

島隧工程；沉管預(yù)制；鋼筋籠；頂推

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制采用工廠法，鋼筋綁扎采取流水線(xiàn)施工工藝，鋼筋籠的移動(dòng)通過(guò)頂推系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

在底板鋼筋綁扎前，先在底板綁扎區(qū)的14條滑移軌道上鋪設(shè)滑移方鋼，再進(jìn)行底板鋼筋綁扎。底板鋼筋綁扎完成后，依次頂推至豎墻綁扎區(qū)，進(jìn)行豎墻鋼筋綁扎，然后頂推至頂板鋼筋綁扎區(qū)，進(jìn)行頂板鋼筋綁扎，最后鋼筋籠整體頂推至混凝土澆筑區(qū)底模板上[1-2]。具體鋼筋頂推施工工藝流程見(jiàn)圖1。

2 鋼筋籠頂推系統(tǒng)

夾軌器滑移技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)整體滑移施工中應(yīng)用廣泛，港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制鋼筋籠頂推系統(tǒng)在已有滑移技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，導(dǎo)入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使水平滑移技術(shù)再上臺(tái)階，保證了滑移過(guò)程中的同步性[1-3]。

圖1 鋼筋籠頂推施工工藝流程圖Fig.1 Flow chart for pushing of steel reinforcement cage

鋼筋籠頂堆系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、滑移夾軌器、滑移導(dǎo)向裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4部分組成。該系統(tǒng)具有布置靈活、安裝方便、體積小、承載大等特點(diǎn)；可以結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)軌道進(jìn)行頂推施工，滑移距離不受限制；自動(dòng)化程度高，操作方式靈活；控制精確，可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的微調(diào)功能，能實(shí)現(xiàn)精確定位。

2.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件等部分組成，是整個(gè)鋼筋籠頂推系統(tǒng)的動(dòng)力單元。

2.1.1 動(dòng)力元件

液壓泵站是頂推系統(tǒng)的動(dòng)力元件，其作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，為整個(gè)鋼筋籠頂推系統(tǒng)提供動(dòng)力。

液壓泵站安裝在頂推大梁上，實(shí)現(xiàn)泵站跟隨滑移構(gòu)件同時(shí)移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離滑移。

2.1.2 執(zhí)行元件

油缸為頂推系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。一套頂推系統(tǒng)由4個(gè)80 t油缸組成。安裝時(shí)，拆除銷(xiāo)軸螺栓，將油缸吊裝到軌道上，人工調(diào)整高度，穿入銷(xiāo)軸并連接好螺栓。油缸大腔端與夾軌器連接，小腔端與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接頂推大梁。

2.1.3 控制和輔助元件

頂推系統(tǒng)中的各種液壓閥是系統(tǒng)的控制元件，在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。頂推系統(tǒng)中的液壓閥包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。

輔助元件包括油箱、濾油器、油管及接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、油管總成、測(cè)壓接頭、壓力表、油位計(jì)、油溫計(jì)等。

2.2 夾軌器

夾軌器用來(lái)夾緊軌道，為鋼筋籠頂推提供反作用力，其機(jī)構(gòu)原理見(jiàn)圖2。

安裝夾軌器時(shí)，拆除A、B部位固定螺栓（圖2），拆下連接附件，然后整體吊到軌道面上，再將相應(yīng)的連接附件安裝上去，并鎖緊螺栓。

圖2 夾軌器Fig.2 Rail claMping device

2.3 滑移導(dǎo)向系統(tǒng)

2.3.1 滑移方鋼

滑移方鋼是承載整個(gè)鋼筋籠在軌道上滑移的元件，滑移方鋼通過(guò)在其下面安裝的特氟龍板在軌道面進(jìn)行滑移，特氟龍滑板可以起到降低摩阻系數(shù)的作用。

在安裝滑移方鋼前，先將滑移軌道清理干凈并涂抹潤(rùn)滑油，然后通過(guò)電磁鐵將滑移方鋼吊裝到滑移軌道上，并調(diào)整滑移方鋼軸線(xiàn)與軌道軸線(xiàn)保持一致，每條滑移方鋼長(zhǎng)3 m，方鋼之間通過(guò)夾片和螺栓連接。

2.3.2 導(dǎo)向裝置安裝

滑移導(dǎo)向裝置主要是將滑移時(shí)產(chǎn)生的橫向力抵消，同時(shí)根據(jù)該項(xiàng)目的特殊要求，用來(lái)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)受力體系。

2.3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與頂推大梁連接

1）拆除掛鉤上4只螺栓D，取下扣件。

2）將頂推大梁吊到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上部，如圖3。

圖3 導(dǎo)軌裝置與滑移裝置連接Fig.3 Connection betw een guide railand sliding device

3）分別安裝好扣件，鎖緊螺栓，安裝完成。

2.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

2.4.1 控制柜

控制柜通過(guò)采集傳感器信號(hào)，讀取泵站及油缸動(dòng)作的各個(gè)參數(shù)，然后通過(guò)手動(dòng)、自動(dòng)、順控3種模式遠(yuǎn)程控制泵站，實(shí)現(xiàn)頂推動(dòng)作。

2.4.2 行程傳感器

行程傳感器安裝在頂推油缸和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上，將測(cè)量到的行程信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將信號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用來(lái)反映油缸的行程，即鋼筋籠每個(gè)行程前進(jìn)的距離。

2.4.3 壓力傳感器

壓力傳感器通過(guò)三通接頭連接到油缸的進(jìn)油口上。壓力傳感器用來(lái)測(cè)量每個(gè)頂推行程油缸的進(jìn)油壓力，通過(guò)調(diào)整每個(gè)油缸的壓力來(lái)調(diào)整每個(gè)油缸動(dòng)作。

2.4.4 系統(tǒng)調(diào)試

1）信號(hào)檢查

①控制柜選擇到手動(dòng)模式，分別單獨(dú)給每個(gè)油缸動(dòng)作信號(hào)，檢查油缸動(dòng)作是否與控制信號(hào)對(duì)應(yīng)。

②控制柜手動(dòng)模式，調(diào)整比例閥按鈕，檢查泵站儀表上的數(shù)值是否與控制柜顯示的數(shù)值一致。

③拉動(dòng)行程傳感器的感應(yīng)鋼絲繩，檢查控制柜接收到的數(shù)值是否與傳感器顯示的數(shù)值一致。

④手動(dòng)調(diào)整激光測(cè)距儀的數(shù)值，檢查控制柜數(shù)值是否對(duì)應(yīng)變化。

2）動(dòng)作檢查

①拆除夾軌器上的齒條。

②啟動(dòng)泵站，選擇到手動(dòng)模式，給伸縮缸動(dòng)作，觀察輸出動(dòng)作與油缸動(dòng)作是否對(duì)應(yīng)。

③旋轉(zhuǎn)比例閥旋鈕，伸缸，觀察比例閥調(diào)節(jié)過(guò)程與伸缸速度是否一致。

④伸缸到極限位置，繼續(xù)伸缸，系統(tǒng)伸缸壓力調(diào)到最大，觀察是否有漏油情況。

⑤縮缸到極限位置，繼續(xù)縮缸，系統(tǒng)縮缸壓力調(diào)到最大，觀察是否有漏油情況。

⑥泵站控制轉(zhuǎn)到自動(dòng)模式，通過(guò)控制柜手動(dòng)模式給動(dòng)作，檢查油缸動(dòng)作及速度與控制動(dòng)作是否對(duì)應(yīng)。

⑦控制柜選擇到自動(dòng)順控模式，分別檢查動(dòng)作與同步情況。

⑧安裝好齒條，進(jìn)入正式頂推。

3 系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 減小摩阻系數(shù)

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題

在沉管預(yù)制場(chǎng)2號(hào)生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行S2段足尺模型的鋼筋籠頂推作業(yè)時(shí)，記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 頂推系統(tǒng)壓力Table1 Pressure of pushing system

由表1分析可知，S2鋼筋籠+胎架+預(yù)埋件重量M=300 t，頂推系統(tǒng)成套設(shè)備額定頂推力Fn= 200 t，啟動(dòng)時(shí)克服最大靜摩擦力的頂推力F1= 126 t，頂推后克服動(dòng)摩擦力的頂推力F2=72 t

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，滑移軌道的摩阻系數(shù)f0達(dá)到0.24~0.4之間。摩擦系數(shù)過(guò)大可能導(dǎo)致以下問(wèn)題:

1）頂推啟動(dòng)壓力過(guò)大，啟動(dòng)頂推力難以克服鋼筋籠所受的靜摩擦力。

2）足尺模型S2段鋼筋籠長(zhǎng)度為5.8m，僅為標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)度的1/4，頂推過(guò)程中泵站壓力偏高，難以滿(mǎn)足以后整個(gè)節(jié)段鋼筋籠頂推的要求。

3）鋼筋籠在頂推過(guò)程中不穩(wěn)定，導(dǎo)致部分鋼筋扎絲因受力過(guò)大而斷開(kāi)，鋼筋籠內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[3-5]。

3.1.2 優(yōu)化措施

1）對(duì)軌道不銹鋼表面進(jìn)行打磨拋光處理。在滑移方鋼安放之前，對(duì)滑移軌道不銹鋼表面進(jìn)行打磨拋光，并清理干凈之后再涂抹潤(rùn)滑油，最后安放方鋼。

2）綁扎區(qū)域軌道的防護(hù)。由于滑移方鋼的寬度小于滑移軌道寬度，滑移方鋼兩側(cè)與軌道兩側(cè)翼板之間存在間隙，現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋籠時(shí)，扎絲、灰塵、焊渣等雜物容易落入下方的滑移軌道上，增大了摩擦阻力，并且容易損傷方鋼下的特氟龍滑板。在滑移方鋼上面兩側(cè)焊接40 mm×40 mm角鋼，覆蓋滑移方鋼與軌道之間的間隙，防止作業(yè)時(shí)雜物落入。

3）選用合適的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油是影響鋼筋籠頂推摩阻系數(shù)的重要因素，在成本合理的情況下，必須選用最合適的潤(rùn)滑油，減小摩阻系數(shù)。通過(guò)進(jìn)行潤(rùn)滑油摩阻試驗(yàn)，選用幾種最常用的潤(rùn)滑油，包括液壓油、石墨粉、機(jī)油、機(jī)油+石墨粉、鋰基脂、機(jī)油+鋰基脂，分別在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下和使用各種潤(rùn)滑油狀態(tài)下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2），進(jìn)行對(duì)比分析。

表2 潤(rùn)滑油摩阻系數(shù)Table2 Friction coefficient of lubricating oil

試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，使用機(jī)油+鋰基脂的潤(rùn)滑效果最理想，再通過(guò)調(diào)整機(jī)油+鋰基脂的混合比進(jìn)行試驗(yàn)，選出最佳混合比，使?jié)櫥瓦_(dá)到最佳效果。

在進(jìn)行了上述優(yōu)化措施后，成功降低了鋼筋籠頂推的摩阻系數(shù)，保障了鋼筋籠頂推施工的順利進(jìn)行。

3.2 頂推偏差控制

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題

通過(guò)幾個(gè)節(jié)段的鋼筋籠頂推施工，發(fā)現(xiàn)頂推泵站出現(xiàn)油溫過(guò)高的情況。油溫過(guò)高導(dǎo)致液壓密封件損壞，引起液壓系統(tǒng)滲油、漏油，導(dǎo)致系統(tǒng)頂推不同步，最終出現(xiàn)鋼筋籠左右兩邊行程偏差較大。

3.2.2 原因分析

鋼筋籠頂推系統(tǒng)的泵站將控制系統(tǒng)裝配在電機(jī)和油箱上方，并且整體裝配在一個(gè)密封的鐵柜中。因此，系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油箱和電機(jī)的熱量都直接傳遞到控制系統(tǒng)，對(duì)控制模塊造成很大影響。

3.2.3 改進(jìn)措施

1）改進(jìn)控制系統(tǒng)的散熱裝置。在控制箱上安裝2個(gè)可以對(duì)流的散熱風(fēng)機(jī)，將控制箱中的熱量很好地散發(fā)出去，另外將封閉的鐵柜頂打開(kāi)，改成可以開(kāi)閉的折疊門(mén)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將其打開(kāi)散熱。

2）增加水冷降溫措施。在液壓泵站油箱的4個(gè)側(cè)面加設(shè)水箱。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在水箱中加滿(mǎn)水，可以起到很好的降溫效果。

3）采用風(fēng)冷設(shè)施。在液壓泵站的電機(jī)旁增加了1套風(fēng)冷設(shè)施，不僅能夠通過(guò)送風(fēng)給電機(jī)散熱，而且能夠通過(guò)循環(huán)給液壓油降溫，更好地為系統(tǒng)降溫。

對(duì)頂推系統(tǒng)進(jìn)行以上幾項(xiàng)改進(jìn)后，鋼筋籠頂推的精度得到了很好的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

港珠澳大橋島隧工程鋼筋籠頂推作為工廠法沉管預(yù)制的一項(xiàng)關(guān)鍵工序，是保障沉管預(yù)制流水線(xiàn)施工的重要環(huán)節(jié)。因此，選擇了比較先進(jìn)的鋼筋籠頂推系統(tǒng)，以保證鋼筋籠頂推施工。

在前一階段的鋼筋籠頂推施工中，頂推系統(tǒng)出現(xiàn)了摩擦力大、左右兩側(cè)頂推行程偏差大等問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)頂推系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高了系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性，使鋼筋籠頂推施工能夠順利進(jìn)行，滿(mǎn)足施工的安全、質(zhì)量和進(jìn)度要求。

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Pushing systeMfor steel reinforcement cage

TANG San-bo,LIUYuan-lin*
（No.2EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

Based on the practice in prefabrication of immersed tunnel segments for the island and tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridge,we introduced a systeMthat is used to push the whole steel reinforcement cage,which is mainly composed of a hydraulic system,lock rail device,guiding device,and a computer-control system.According to the usage on site,the risk of construction is reduced and the effect of construction efficiency is improved by a series ofmeasures such as reducing the friction coefficientand reducing oil temperature of the hydraulic system,whichmay provide references for similar projects.

island and tunnel project;prefabrication of tunnel segments;steel reinforcement cage;pushing

U655.33

A

2095-7874（2016）07-0039-04

10.7640/zggw js201607012

2016-05-23

2016-06-15

唐三波（1980—），男，湖南永州人，工程師，從事工程質(zhì)量管理工作。

*通訊作者:劉遠(yuǎn)林，E-mail:584939884@qq.com