特大橋移動模架高墩整體吊裝技術(shù)

特大橋移動模架高墩整體吊裝技術(shù)【摘要】本文結(jié)合XX公路第五合同段山坡展線橋兩臺ZQM1000t/40m移動模架造橋機(jī)高墩整體提升施工，介紹了移動模架高墩整體吊裝技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】移動模架高空整體提升1、概述XX公路第五合同段山坡展線橋?yàn)?座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁特大橋，本橋處于山嶺峽谷地帶，地面起伏大，墩身高度從0m到66.628m不等，且橋梁在沿山坡展線過程中以兩個R=600m的反向圓曲線相接進(jìn)行山坡展線。箱梁采用移動模架進(jìn)行施工，由于相鄰標(biāo)段隧道施工未能按設(shè)計(jì)要求提供移動模架的安裝場地，經(jīng)多次專家論證，山坡展線橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁采用下行式移動模架右幅從第七聯(lián)Y28、Y27墩作為澆注起始跨向第一聯(lián)方向逐節(jié)段現(xiàn)澆；左幅箱梁從第七聯(lián)Z27、Z26墩作為澆注起始跨向第一聯(lián)逐節(jié)段現(xiàn)澆，起始跨墩身高度為40m～50m。ZQM1000t/40m下行式移動模架造橋機(jī)自下而上可分為墩旁托架、支承臺車、主梁、橫聯(lián)、前、后導(dǎo)梁、配重、底模、側(cè)模及螺旋頂支撐、前、中、后扁擔(dān)梁、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、梯子平臺及內(nèi)模系統(tǒng)等組成，移動模架全長104.65m，總重603t，安裝高度40m～50m，模架單件構(gòu)件最重為27噸，單件構(gòu)件最長為16m。用于混凝土連續(xù)梁施工的移動模架（又稱造橋機(jī)）具有部件多、尺寸大、重量重等特點(diǎn)，當(dāng)遇到高墩橋拼裝時往往不能一次吊放到位，空中拼裝十分困難，且拼裝費(fèi)工費(fèi)時，一般用時50-60天左右。而采用“地面一次拼裝成型、整體一起吊放到位”技術(shù)，可加快拼裝進(jìn)度，節(jié)省設(shè)備臺班費(fèi)和人工費(fèi)。2、移動模架整體提升工藝原理移動模架整體吊放技術(shù)的原理是“鋼鉸線或精軋螺紋鋼筋承載，由計(jì)算機(jī)或手動控制提升,液壓千斤頂借助轉(zhuǎn)換裝置（錨梁）實(shí)現(xiàn)張拉與放張作業(yè)”的過程。計(jì)算機(jī)通過傳感器和信息傳輸電路進(jìn)行智能化的閉環(huán)控制。主要設(shè)備有：控制柜、傳感器、油缸行程傳感器、油壓傳感器、千斤頂?shù)?。圖1移動模架整體提系統(tǒng)圖1移動模架整體提系統(tǒng)控制精度：各起吊點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度或位移偏差可控制在2～3mm以內(nèi)。大噸位（>600t）移動模架一般采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)吊放，中小噸位模架可采用精軋螺紋鋼筋手動吊放。3、提升設(shè)備及主要輔助材料3.1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)工程的要求，選用以CAN-BUS總線技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)場實(shí)時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)，這種分散式的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）控制能力強(qiáng)（2）吊點(diǎn)區(qū)域分步廣本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制區(qū)域在有線控制模式時為10公里，無線控制模式時為5公里。（3）控制油缸多本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制油缸數(shù)量可達(dá)200個，滿足4臺提升油缸的要求。（4）控制精度高本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)同步控制精度小于±5mm。3.2提升千斤頂專用提升液壓千斤頂設(shè)有三道錨固系統(tǒng)：上錨系統(tǒng)、中錨系統(tǒng)、下錨系統(tǒng)，千斤頂配備兩個油缸，伸缸頂升，下錨系統(tǒng)、中錨夾持系統(tǒng)上的夾片如同預(yù)應(yīng)力夾片工作原理。提升用液壓千斤頂工作原理：夾持器夾緊時主缸上升,主缸到位后停止。主缸停止后主缸下降,延時夾持器松開。主缸回到位后停止,然后夾持器夾緊主缸上升。重復(fù)以上動作。3.3主要傳感器本控制系統(tǒng)配備多種先進(jìn)的傳感器，以檢測提升過程中的系統(tǒng)狀況。在每個提升吊點(diǎn)各布置1臺20米長距離長距離傳感器和1只油壓傳感器，每臺提升油缸布置1臺油缸行程傳感器和2套錨具傳感器。傳感器規(guī)格與數(shù)量見表1。表1傳感器規(guī)格與數(shù)量表序號傳感器種類每個吊點(diǎn)數(shù)量（臺臺）每臺油缸數(shù)量（臺臺）總數(shù)（臺）120米長距離傳感器142油壓傳感器143油缸位置傳感器器144錨具傳感器28（1）錨具狀態(tài)傳感器:檢測提升油缸的錨具狀態(tài)（錨具“松”或錨具“緊”），通過現(xiàn)場總線將錨具狀態(tài)信號傳遞給主控計(jì)算機(jī)。（2）油壓傳感器:測量提升油缸的工作壓力，反映提升油缸的提升或下降負(fù)載；（3）油缸行程傳感器:用于實(shí)時測量提升油缸在0～250mm內(nèi)的行程，測量誤差為0.25mm；（4）20米長距離傳感器:用于實(shí)時測量提升結(jié)構(gòu)的空間位置，測量范圍為20米，測量誤差為0.25mm。3.4、提升用繩索具3.4.1鋼絞線：鋼絞線承載能力按設(shè)計(jì)承載力的50%計(jì)，如1860級鋼絞線承載能力0.5×1860×n×A，n為根數(shù)，A為單束鋼絞線的面積。鋼絞線編束分為左旋和右旋兩種類型，數(shù)量各半，主要是保證在模架提升過程中進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換時，應(yīng)力松弛后不發(fā)生纏繞。千斤頂?shù)撞颗c吊物的距離不小于2m，保證鋼絞線有一定的“柔性”。鋼絞線穿放時為防止錯位纏繞，必須作標(biāo)記或編號，正確穿入千斤頂?shù)目椎郎?、中、下三道錨梁內(nèi)，提升前要逐一檢查。穿束時采用1噸手動葫蘆預(yù)緊鋼絞線，以使均勻受力，然后提升油缸用1MPa壓力帶緊鋼絞線，鋼絞線拆除時必須用十字卡捆扎以防止散落傷人。鋼絞線在導(dǎo)向架上的分布要對稱分開，這有利于導(dǎo)向架均衡受力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。3.4.2精軋螺紋鋼筋：提升用精軋螺紋常用φ32精軋螺紋，其截面積為A＝803.8mm2，抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度Rb1＝785MPa，每根允許承載63噸，破斷力為90噸，吊裝時每根按照40噸設(shè)計(jì)，精軋螺紋吊裝時必須使用連接器，其尺寸大于螺帽，錨梁及墊板設(shè)計(jì)必須考慮其過孔的尺寸要求，精軋螺紋施工前必須預(yù)先每根經(jīng)過螺帽的旋擰檢查，防止吊裝過程中旋擰受阻，精軋螺紋的每個連接器下必須跟隨一個螺帽，以便拆除精軋螺紋時及時錨固。3.5本項(xiàng)目實(shí)際采用的提升設(shè)備布置及性能3.5.1移動模架提升吊點(diǎn)選擇及載荷分布見表2表2移動模架提升吊點(diǎn)選擇及載荷分布表吊點(diǎn)Y27號墩Z26號墩Y28號墩Z27號墩吊點(diǎn)載荷計(jì)算值值352噸352噸241噸241噸選取油缸額定載載荷350＋3500350＋3500200＋2000200＋2000鋼絞線數(shù)量（根根）31＋3131＋3119＋1919＋19鋼絞線安全系數(shù)數(shù)4.604.604.104.10油缸儲備系數(shù)1.991.991.661.66[注]1、鋼絞線安全系數(shù)=26噸/鋼絞線每根最大受力2、油缸儲備系數(shù)=油缸提升能力（噸）/油缸最大受力3.5.2移動模架提升設(shè)備組織及布置根據(jù)移動模架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在Y27(Z26)號墩各布置2臺350t提升油缸，在Y28(Z27)號墩各布置2臺200t提升油缸，共布置四個提升吊點(diǎn)。每副移動模架主要提升設(shè)備主要有——200噸提升油缸：2臺，350噸提升油缸：2臺，液壓泵站：2臺（TX-P80B型），計(jì)算機(jī)控制柜：1臺，壓力傳感器：4只，油缸智能傳感器：4只，油缸錨具傳感器：8套，電線：若干，油管：若干。墩頂提升設(shè)備布置如下圖4.1所示：圖4.1墩頂提升設(shè)備布置圖在同一墩上的吊點(diǎn)之間布置1臺80L/min流量的液壓泵站，采用間歇式的作業(yè)方式，提升速度可達(dá)3~4m/h。傳感器布置方面，在每臺提升油缸上安裝油缸位置傳感器測量油缸行程，在每個吊點(diǎn)安裝1只壓力傳感器測量各點(diǎn)的負(fù)載壓力。提升油缸見穿心式提升油缸主要由主油缸、上錨具、下錨具組成，結(jié)構(gòu)如下圖4.2所示。圖4.2穿心式提升千斤頂結(jié)構(gòu)圖4、移動模架整體提升支架設(shè)計(jì)下承式移動模架提升吊架是利用移動模架的后橫梁和扁擔(dān)梁或者使用貝雷片作為起吊架。吊架固定在墩頂上較為經(jīng)濟(jì)。墩頂提升支架設(shè)計(jì)按照提升千斤頂噸位進(jìn)行設(shè)計(jì)，支架的設(shè)計(jì)需結(jié)合墩頂平面尺寸、模架下吊點(diǎn)位置、模架提升高度等各因素，另根據(jù)起重高度及工程所在地設(shè)備能力要求提升支架單間構(gòu)件重量小于4噸。提升設(shè)計(jì)圖如圖4.3移動模架整體提升支架及錨固圖所示。提升支架的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，主要包括兩部分內(nèi)容，整體計(jì)算和局部計(jì)算。整體計(jì)算運(yùn)用有限元分析軟件SAP2000對墩頂提升體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。局部計(jì)算主要運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對墩頂提升梁結(jié)構(gòu)和下部吊點(diǎn)局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為詳細(xì)的局部分析。圖4.3移動模架整體提升支架及錨固圖5、提升吊點(diǎn)設(shè)計(jì)移動模架整體提升吊點(diǎn)利用模架本身預(yù)留的前、后橫梁吊點(diǎn)孔，使用該吊點(diǎn)可以將模架直接一次提升到使用位置，無須空中縱向移動，缺點(diǎn)是前、后吊架分配吊重不均等，前邊將承擔(dān)2/3的模架重量。前吊點(diǎn)單點(diǎn)吊重350噸時，筋板連接腹板的傳力焊縫高度不小于500mm，吊點(diǎn)集中力附近采用在鋼主梁內(nèi)加強(qiáng)縱橫向筋板。吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)見圖4.4所示。圖4.4吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖6、載荷均衡和位置同步控制方案在移動模架整體提升時，由于Y28(Z27)號墩與Y27(Z26)號墩提升吊點(diǎn)相距較遠(yuǎn)。為了確保在提升過程中結(jié)構(gòu)的安全，使各點(diǎn)提升時的實(shí)際載荷與理論計(jì)算載荷基本符合，我們制定了如下控制方案：（1）載荷均衡控制在每一個提升吊點(diǎn)布置1個壓力傳感器，通過壓力傳感器，中央控制單元可以實(shí)時采集各個提升吊點(diǎn)的載荷，從而可以知道各個提升吊點(diǎn)的載荷分配。這樣，中央控制單元可以根據(jù)理想的載荷分配比例進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，保證提升載荷分配的正確性。整個提升載荷的合理分配是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的比例閥，控制油缸縮缸速度來實(shí)現(xiàn)的。由于液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)線性度較好，載荷均衡調(diào)節(jié)對結(jié)構(gòu)本體帶來的附加載荷極小。（2）位置同步控制除了控制好各個提升吊點(diǎn)的載荷分配之外，控制系統(tǒng)還必須調(diào)整好移動模架的空中姿態(tài)。移動模架的空中姿態(tài)可以通過“絕對”加“相對”的測量方法來確定。在距離測量系統(tǒng)中，我們使用全站儀來解決長距離的測量問題，來獲取“大”的絕對位移，而使用實(shí)時性能較好的行程傳感器來獲取“小”的相對位移。通過這種方法既可以解決長距離的測量問題，又可以解決實(shí)時問題。在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了很好效果。7、整個提升系統(tǒng)提升油缸的動作同步控制針對移動模架的結(jié)構(gòu)，在整體提升時，控制系統(tǒng)必須有效地、有序地控制提升油缸的動作。在提升系統(tǒng)中，我們通過實(shí)時控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時收集各個吊點(diǎn)提升油缸的狀態(tài)信息（錨具和主油缸），然后中央控制單元根據(jù)一定的控制邏輯順序控制電磁換向閥，從而控制提升油缸的錨具和主油缸動作。8、提升過程控制及體系轉(zhuǎn)換根據(jù)模架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在模架提升過程中，模架全部重量由開始的支撐于承臺墩旁托架上，提升至墩旁托架及支承臺車逐級脫離地面、反扣于主梁外側(cè)反扣軌道上，然后拆除墩旁托架精扎螺紋鋼，正常提升模架至低側(cè)墩旁托架高于墩身預(yù)埋孔5cm，然后通過支承臺車橫移油缸將墩旁托架橫移進(jìn)洞，工人穿好精扎螺紋鋼后將模架整體下放5cm，張拉精扎螺紋鋼固定墩旁托架于墩身上，然后高側(cè)單端提升1.3m，相同步驟進(jìn)行墩旁托架進(jìn)洞及固定。根據(jù)模架提升過程體系轉(zhuǎn)換的要求，將提升整個過程分解為了37個提升步驟，每個步驟明確實(shí)施內(nèi)容、實(shí)施目的、實(shí)施人員、檢查人員、所需物資設(shè)備、操作注意事項(xiàng)、檢查觀察項(xiàng)等，并成立指揮領(lǐng)導(dǎo)小組及應(yīng)急小組，多次召開交底會及準(zhǔn)備會，確保了每個參與提升的人員職責(zé)分明、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。提升施工照片見圖4.5所示。圖4.5移動模架整體提升照片9、提升過程采用的主要技術(shù)保證措施（1）提升油缸的安全措施在鋼絞線承重系統(tǒng)中增設(shè)了多道錨具，如上錨、下錨、安全錨等；每臺提升油缸上裝有液壓鎖，防止失速下降；即使油管破裂，重物也不會下墜；安裝溢流閥，控制每臺提升油缸的最高負(fù)載；安裝節(jié)流閥，控制提升油缸的縮缸速度，確保下放時的安全。（2）液壓泵站的安全措施液壓泵站上安裝有安全閥，通過調(diào)節(jié)安全閥的設(shè)定壓力，限制每點(diǎn)的最高提升能力，確保不會因?yàn)樘嵘^大而破壞結(jié)構(gòu)；（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全措施液壓和電控系統(tǒng)采用聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，通過硬件和軟件閉鎖，以保證提升系統(tǒng)不會出現(xiàn)由于誤操作帶來的不良后果；控制系統(tǒng)具有異常自動停機(jī)、斷電保護(hù)停機(jī)、高差超差停機(jī)等功能；控制系統(tǒng)采用容錯設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)抗干擾能力。（4）提升結(jié)構(gòu)體系的安全