計(jì)算機(jī)同步控制設(shè)備在大型鋼圍堰下放施工中的應(yīng)用與管理

盛小勇+彭琳琳+謝德寬

摘 要：傳統(tǒng)鋼圍堰下放施工需采用大型浮吊作為施工設(shè)備，而在保證通航或者大型船舶設(shè)備無(wú)法進(jìn)駐的河道上，傳統(tǒng)大型浮吊設(shè)備無(wú)法滿足要求。本文以嘉紹大橋主墩鋼圍堰施工為依托，介紹了計(jì)算機(jī)同步控制設(shè)備在嘉紹大橋施工中的應(yīng)用，總結(jié)同步下放設(shè)備的控制技術(shù)、操作要點(diǎn)以及設(shè)備管理思路，為同類工程大型設(shè)備的選擇與應(yīng)用管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)同步設(shè)備；連續(xù)千斤頂；大型鋼圍堰；設(shè)備管理

中圖分類號(hào)：U655.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0069-03

隨著橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，配套的橋梁設(shè)備及施工裝備技術(shù)水平也得到不斷發(fā)展，對(duì)橋梁施工設(shè)備管理人員的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)管理水平提出了越來(lái)越高的要求。尤其在專業(yè)設(shè)備的選擇和管理上，需要根據(jù)施工方法選擇安全性高、操作容易、便于管理的專業(yè)橋梁施工設(shè)備。筆者結(jié)合自身嘉紹大橋下放設(shè)備選擇和過程控制管理的工作經(jīng)歷，為橋梁設(shè)備管理提供思路。

1 工程背景

嘉紹大橋主航道橋?yàn)槭澜缟鲜鬃?dú)柱四索面分幅鋼箱梁斜拉橋，橋址位于錢塘江河口尖山河段，為世界三大強(qiáng)潮河口之首，具有河床寬淺、潮強(qiáng)流急、涌潮洶涌、河床變化劇烈的特點(diǎn)。最大涌潮潮高可達(dá)3m，最大潮差達(dá)8.59m，涌潮產(chǎn)生的水壓力可達(dá)70kPa，橋位附近涌潮流速可達(dá)9.0～10.0m/s。 主墩承臺(tái)采用雙臂鋼圍堰施工，最大的鋼圍堰內(nèi)壁直徑大40.65m，高26.0m，入土深度約10m，圍堰整體重量達(dá)800t，分兩節(jié)進(jìn)行沉放。

2 下放系統(tǒng)及設(shè)備的選型

大型圍堰采用整體沉放或分節(jié)拼裝、分次沉放的施工工藝，根據(jù)其施工設(shè)備的不同主要有以下3種施工方法。

（1）方法一：采用大型起重設(shè)備進(jìn)行圍堰沉放

（2）方法二：采用連續(xù)千斤頂進(jìn)行圍堰沉放

（3）方法三：采用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行圍堰沉放

而嘉紹大橋由于涌潮強(qiáng)烈，工況條件極其特殊，采用常規(guī)下放程序存在較大的姿態(tài)失控風(fēng)險(xiǎn)：河床沖淤變化劇烈，圍堰刃腳范圍內(nèi)泥面高差大，下放前平均高差已超出2m，僅靠導(dǎo)向定位裝置難以保持圍堰平穩(wěn)著床；圍堰下沉后進(jìn)一步加大局部沖淤變化，實(shí)際施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也表明，一個(gè)潮水沖刷可達(dá)5m，淤積可達(dá)3m，圍堰刃腳入土深度極度不均衡，迎潮面刃腳長(zhǎng)時(shí)間懸空，終沉僅余3m進(jìn)尺時(shí)仍有部分刃腳脫空，圍堰傾斜趨勢(shì)明顯，定位系統(tǒng)和圍堰結(jié)構(gòu)難以承受由此產(chǎn)生的擠壓力。經(jīng)研究，嘉紹大橋鋼圍堰施工確定采用連續(xù)千斤頂下放體系，同時(shí)利用全過程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，確保圍堰沉放過程中實(shí)現(xiàn)圍堰同步提升或下沉，即提吊裝置自鋼圍堰提吊、下放、著床到最終就位全過程均參與作用，通過計(jì)算機(jī)控制中心隨時(shí)調(diào)整圍堰姿態(tài)，精確控制下沉狀態(tài)實(shí)，該下放設(shè)備有如下特點(diǎn)：①用同步千斤頂控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)圍堰的整體上升及下放，避免傳統(tǒng)設(shè)備依靠人工操作上升或下放行程不一致導(dǎo)致單點(diǎn)受力過大或圍堰的整體傾斜；②由于千斤頂?shù)木容^高，控制性較強(qiáng)，可精確實(shí)現(xiàn)圍堰的整體上升或下放；③整個(gè)下放裝置安裝與拆除均可在圍堰內(nèi)實(shí)現(xiàn)，受圍堰外圍水文影響較小，且還有可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。④設(shè)備系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，由一名專業(yè)人員即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中控制，控制數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反映在集中控制系統(tǒng)。設(shè)備管理相對(duì)較為簡(jiǎn)單。

3 下放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)圍堰自重及外界荷載情況計(jì)算分析，安裝到位的鋼圍堰整體重量約870t。采用8個(gè)吊掛點(diǎn)每點(diǎn)1臺(tái)，共8臺(tái)350t的液壓千斤頂進(jìn)行沉放作業(yè)，另增加1臺(tái)備用。計(jì)算機(jī)同步控制連續(xù)千斤頂下沉系統(tǒng)由8臺(tái)350t連續(xù)千斤頂、4個(gè)液壓泵站、8套傳感器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及配套懸掛裝置組成；單套沉放設(shè)備系統(tǒng)為1套主從隨動(dòng)控制液壓提升系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由提升千斤頂，液壓系統(tǒng)和同步控制系統(tǒng)構(gòu)成，它具有激光精密測(cè)距和計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確控制的功能。適用于超大、超重、超高結(jié)構(gòu)的整體吊裝，其同步精度達(dá)毫米級(jí)。

3.1 千斤頂下放設(shè)備的支撐體系

下放裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2 計(jì)算機(jī)同步控制設(shè)備介紹與安裝管理

支承體系控制系統(tǒng)由提升油缸及懸掛系統(tǒng)、泵站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC終端控制系統(tǒng)組成。荷載控制及行程控制系統(tǒng)，如下圖示。

整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)由于全部采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，集成化程度高、重量輕，在施工安裝過程中，將千斤頂系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、泵站系統(tǒng)、錨點(diǎn)系統(tǒng)及附屬系統(tǒng)獨(dú)立采用吊車安裝到位。安裝到位后，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試工作，調(diào)試正常即可進(jìn)行下放試驗(yàn)和施工。

4 下放設(shè)備試驗(yàn)及施工

4.1 下放設(shè)備的試提試驗(yàn)

為了確保鋼圍堰整體順利下放，首先進(jìn)行鋼圍堰同步下放相關(guān)的試驗(yàn)，以檢驗(yàn)鋼圍堰結(jié)構(gòu)的安全性并獲得下放經(jīng)驗(yàn)。具體的工藝試驗(yàn)包括單點(diǎn)試提試驗(yàn)、整體試提試驗(yàn)。

4.1.1 單點(diǎn)試提試驗(yàn)

采用對(duì)各個(gè)吊點(diǎn)分別進(jìn)行分步試提升方法進(jìn)行鋼圍堰的單點(diǎn)試提試驗(yàn)。通過單點(diǎn)試提試驗(yàn)，檢測(cè)鋼圍堰承重梁及掛腿結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保鋼圍堰結(jié)構(gòu)在下放過程中承重系統(tǒng)無(wú)較大的變形和破壞，同時(shí)檢查各千斤頂?shù)男阅?。分步試提升的荷載分別為理論計(jì)算荷載的20%、40%、60%、80%、100%、120%。每級(jí)荷載當(dāng)提升到位后持載30 分鐘。

4.1.2 整體試提試驗(yàn)

按照理論計(jì)算荷載的20%、40%、60%、80%、100%分級(jí)對(duì)6 個(gè)吊點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行加載，進(jìn)行鋼圍堰整體試提試驗(yàn)，以檢驗(yàn)鋼圍堰結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保鋼圍堰結(jié)構(gòu)在下放過程中無(wú)較大的變形和破壞，同時(shí)檢查各千斤頂?shù)男阅堋?duì)千斤頂設(shè)備的影響，確保下放過程中鋼護(hù)筒的穩(wěn)定。另外，可檢測(cè)千斤頂?shù)耐叫?，包括位移同步性和荷載同步性，檢驗(yàn)并完善其調(diào)平措施，優(yōu)化修正系數(shù)，為整體下放提供有效的參考資料。

整體試提試驗(yàn)中還需測(cè)量監(jiān)控、調(diào)整圍堰的平面位置和垂直度，為正式下放做好充分準(zhǔn)備。

整體提升離開拼裝平臺(tái)20cm 后持荷1 小時(shí)，檢查圍堰平面位置、垂直度、壁體結(jié)構(gòu)、承重梁、掛腿、千斤頂荷載情況、傳感器是否有效，圍堰下放區(qū)域是否有障礙物等，檢查無(wú)誤后，立即組織人員拆除拼裝平臺(tái)，等候潮水準(zhǔn)備正式下放。

4.2 下放施工

首先通過6只千斤頂同步將圍堰頂升20cm高，通過千斤頂油表及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以確?？刂聘髑Ы镯斖绞芰?，然后開始割除拼裝平臺(tái)。

下放過程中用1臺(tái)油泵控制2臺(tái)千斤頂，保證下放同步及各頂受力均勻。發(fā)現(xiàn)個(gè)別頂受力過大時(shí)，需停止排查出故障后繼續(xù)下沉，切忌盲目快速下沉。

下放速度按單個(gè)頂行程按30cm控制，單個(gè)行程平均按3min控制連續(xù)下放，過程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)各頂受力情況，直至下放到位。

4.3 設(shè)備操作注意事項(xiàng)

（1）液壓千斤頂在使用前應(yīng)擦拭干凈，并應(yīng)檢查各部件是否靈活，有無(wú)損傷，在有載荷時(shí)切忌將快速接頭卸下，以免發(fā)生事故及損壞部件。

（2）液壓千斤頂在使用前應(yīng)放置平整，不能傾斜，底部要墊平，嚴(yán)防載荷偏移而使液壓千斤頂傾斜或翻倒，可在液壓千斤頂?shù)撞繅|堅(jiān)韌的枕術(shù)或鋼板來(lái)擴(kuò)大承壓面積，以免陷落或滑動(dòng)而發(fā)生事故；切勿用有油污的木板或鋼板作為襯墊，防止受力時(shí)打滑，發(fā)生安全事故；重物被頂升位置必須是安全、堅(jiān)實(shí)的部位，以防損壞設(shè)備。

（3）使用液壓千斤頂時(shí)，應(yīng)先將鋼圍堰先試頂起一部分，仔細(xì)檢查液壓千斤頂無(wú)異常后，再繼續(xù)頂升重物。若發(fā)現(xiàn)墊板受壓后不平整、不牢固或液壓千斤頂有傾斜時(shí)，必須將液壓千斤頂卸壓回程，及時(shí)處理好后方可再次操作。

（4）在頂升過程中，應(yīng)隨重物的不斷上升及時(shí)在液壓千斤頂下方鋪墊保險(xiǎn)枕木架，以防液壓千斤頂傾斜或引起活塞突然下降而造成事故，下放重物時(shí)要逐步向外抽出枕木，枕木與重物間的距離不得超過一塊枕木的厚度，以防意外！

（5）鋼圍堰下放到位后，及時(shí)進(jìn)行受力體系轉(zhuǎn)換，液壓千斤頂不可作為長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)支承設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過方案比選優(yōu)化，采用計(jì)算機(jī)同步控制連續(xù)千斤頂系統(tǒng)，在圍堰沉放過程中實(shí)現(xiàn)了圍堰安全、同步、連續(xù)提升或下沉。作者作為設(shè)備的技術(shù)人員，與橋梁施工技術(shù)人員一起對(duì)橋梁施工專業(yè)裝備和工藝進(jìn)行匹配性的比選，并結(jié)合自身多年的設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技能，提供了鋼圍堰下放的設(shè)備專業(yè)技術(shù)支撐。同時(shí)，對(duì)下放設(shè)備過程的操作同步性和安全性進(jìn)行了重點(diǎn)監(jiān)控，確保了下放過程安全。建議后續(xù)大橋橋梁施工過程，設(shè)備專業(yè)管理人員提前介入施工工藝比選和討論，才能后后續(xù)施工中設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)和現(xiàn)場(chǎng)管理提供有力的支持。本工程的設(shè)備管理為后續(xù)大型鋼圍堰下放的設(shè)備選型和管理提供了良好的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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