空心墩液壓爬模智能同步頂升施工應(yīng)用及研究

高青松

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概況

欒川至盧氏高速公路主體工程施工LLTJ-1標段4座橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計形式包含空心薄壁墩，設(shè)計62處，共計2 801.437 m。百爐大橋下部結(jié)構(gòu)中矩形空心薄壁墩設(shè)計共19處，采用550 cm×280 cm截面形式；柏松樹大橋下部矩形空心薄壁墩設(shè)計24處，采用550 cm×280 cm截面形式，其中12#～14#墩身采取變截面空心墩墩身，墩頂沿側(cè)面按照坡率50∶1放坡；雞冠洞互通主線橋10#～17#及雞冠洞互通DK0+211.581匝道橋1#～3#橋墩工程。采用8種截面形式(550 cm×280 cm、700 cm×280 cm、900 cm×280 cm、1 050 cm×280 cm、1 150 cm×280 cm、1 350 cm×280 cm、1 650 cm×280 cm、1 700 cm×280 cm)，共計781.75 m，其中1箱式2種、2箱式3種、3箱式3種截面形式?？招亩战孛娼Y(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、變化多、形式多。

2 工藝原理及特點

空心薄壁墩液壓爬模智能同步頂升施工是將機、電、液一體化有機融入傳統(tǒng)的爬模施工工藝之中，系統(tǒng)分為三大塊：集中動力單元、西門子人機一體化智能控制系統(tǒng)和液壓油缸執(zhí)行機構(gòu)。在模板爬升過程中提前設(shè)置壓力、位移、油溫等，通過同步頂升系統(tǒng)控制每個機位的油頂進行同步性爬升，系統(tǒng)配置高精度位移傳感器，可以將誤差精度控制在2 mm以內(nèi)，有效地解決當前施工液壓爬模系統(tǒng)各部位頂升機位運動速度快慢不一、同步性差的問題，實現(xiàn)自動控制升降速度、確保升降同步、平穩(wěn)。整條施工生產(chǎn)線還配置壓力傳感器、溫度傳感器、八方位風(fēng)速儀，實施多元化全方位監(jiān)控，實時檢測爬模爬升過程中壓力、位移、油溫。超出設(shè)置上限報警并及時停機，免除了施工期間眾多的安全隱患，并成功利用最新互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)―云端物聯(lián)網(wǎng)，用手機或電腦遠程監(jiān)控。

針對項目空心墩截面形式大、箱式形式多、結(jié)構(gòu)形式多等特點，通過調(diào)整智能控制柜監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)，如調(diào)整傳感器里程、位移精度、油頂?shù)暮奢d壓力等，還可以讓不同的操作者針對不同的橋梁截面形式滿足不同的系統(tǒng)工程相關(guān)要求，降低爬模工人的熟練要求，提高液壓模板的安裝控制精度，讓爬模整體的爬升安全以數(shù)據(jù)化的形式呈現(xiàn)，極大地提升爬模施工的安全性。

3 工藝流程及操作要點

3.1 施工準備

高墩首節(jié)設(shè)計為高度2 m的實心段，內(nèi)箱設(shè)置倒角，首節(jié)段采用腳手架操作平臺，汽車吊配合吊裝定型鋼模完成澆筑，完成后在此基礎(chǔ)上安裝爬模爬架系統(tǒng)。爬模主要由七大部分(模板、桁架主背楞、斜撐、后移系統(tǒng)裝置、承重架、埋件系統(tǒng)、加高節(jié)等材料)進行準備及場外拼裝組成。

首節(jié)混凝土施工中需預(yù)埋爬模爬升裝置中的錨錐及錨筋。錨錐一般為高強度鋼制錐形螺帽，內(nèi)接錨筋(錨筋一般為高強螺桿或者精軋螺紋鋼，可帶尾錨板以加強錨固力)，外接高強螺栓錨固，構(gòu)成自爬模系統(tǒng)的最終承力結(jié)構(gòu)[1]。

3.2 爬模安裝就位

3.2.1 爬架架體第一部分安裝

1)首節(jié)混凝土澆筑后，第二節(jié)段混凝土澆筑所必須的爬升系統(tǒng)部件需安裝完成。主要有錨板、架體、模板系統(tǒng)。將液壓裝置、步進裝置等機構(gòu)一同安裝到位。

2)待混凝土強度達到20 MPa后，用高強螺栓將錨板安裝在預(yù)埋的錨錐上，分別安裝單片架體拼裝單元或整體拼裝架體，通過爬架掛鉤懸掛于錨板承重銷上，并安裝好下?lián)文_。

3)在爬模架體上安裝施工工作平臺、人員上下走道扶梯，并完善臨邊護欄。

4)第二節(jié)段模板合龍之前，對每節(jié)段間施工接縫按規(guī)范進行鑿毛處理。

5)模板調(diào)整到位后，合模前在模板底口采取封閉的措施，防止漏漿，在內(nèi)外側(cè)壁上貼憎水海綿條后再合模夾緊。25 t吊車或者塔吊進行混凝土入倉澆筑，插入式振搗棒振搗。

3.2.2 爬架架體第二部分安裝

1)第二節(jié)段混凝土達到脫模強度后，拆除對拉螺栓、錨錐堵頭螺栓，調(diào)節(jié)外模板支撐調(diào)節(jié)螺桿和內(nèi)模支撐裝置，拉開內(nèi)、外模后進行模板表面清理。

2)在第二節(jié)段混凝土強度達到30 MPa以上后[2]，在預(yù)埋的錨錐上安掛承重錨板，安裝爬升裝置以及爬架爬升軌道，最后進行爬升控制系統(tǒng)的安裝及調(diào)試。

3)爬架爬升按以下流程進行：調(diào)整步進裝置棘塊一致向下→打開液壓缸進油閥門→啟動控制裝置→爬架爬升→卸下承重銷→爬架爬升→安裝承重銷→關(guān)閉液壓缸進油閥門，關(guān)閉液壓控制柜，切斷電源→安裝下支撐。

4)內(nèi)模搭設(shè)安裝：內(nèi)模由三層或四層操作平臺組成，底層全封閉，采用型鋼構(gòu)成支撐骨架體系，采用對拉拉桿連接內(nèi)外模板，內(nèi)模由附墻螺栓承重，采用塔吊配合提升模板。

3.3 同步頂升系統(tǒng)安裝

1)裝卸：裝卸過程中避免造成系統(tǒng)或原件的損壞，注意輕拿輕放。

2)起吊：直接起吊即可。

3)檢查：同步頂升液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試前逐一清點和檢查各部件，保證同步頂升系統(tǒng)的正常裝配。

4)安裝：正確將油缸安裝于爬模裝置上，油缸的油口方向一致，將泵站固定在爬模合適位置后，將調(diào)速閥塊固定于爬架主背楞適當位置。

5)連接：確認油缸、調(diào)速閥塊、泵站均正確安裝固定后，用指定通徑長度的膠管連接，安裝時拆下相應(yīng)接頭上的保護蓋(保護蓋請妥善保管好)，檢查對接口處無雜質(zhì)與異物方可安裝，保證膠管裝配時無雜質(zhì)進入。其中液壓站的4個接口保證一個進口、一個出口，形成一個環(huán)路即可。

6)油箱加油：取下泵站保護罩，將空濾器拆下放置于清潔處，避免污染，選用合適清潔的漏斗插入孔內(nèi)注油，注油過程中不得有雜質(zhì)異物進入污染油液，油液清潔度不低NAS1638-10級的油，注油量為油箱有效容積高度的90%(油位在液位計的最上部)。

7)連接控制柜：油缸上連接的管、線應(yīng)按照編號順序依次擺放安裝，便于施工期間發(fā)生故障能迅速排除，安裝前檢查動力單元上各部位連接線路有無松動、斷線；檢查航空插頭、插座有無異常；檢查位移傳感器的位置、信號線是否符合要求以及安裝位置是否正確。油缸安裝好后，裝在缸體上的位移傳感器應(yīng)做好防水、防雨淋、防碰撞。

3.4 設(shè)置控制系統(tǒng)參數(shù)及操作

智能同步頂升控制柜監(jiān)控界面可以隨時觀察每臺液壓油缸單元的位置數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、液壓泵以及電磁換向閥的工作狀態(tài)。當出現(xiàn)異常事件發(fā)生故障報警時，跑馬燈橫條變紅色，文字顯示詳細的報警內(nèi)容。監(jiān)控界面上投運按鈕、數(shù)據(jù)調(diào)平按鈕、同步升降按鈕、歷史數(shù)據(jù)按鈕以及內(nèi)部參數(shù)按鈕為可操作按鈕。投運按鈕在系統(tǒng)聯(lián)動狀態(tài)下，投運按鈕可以禁止相應(yīng)液壓油缸投入運行，任意組合需要投入運行的液壓油缸單元進行同步升降工作。上升下降按鈕可以操作系統(tǒng)投入運行的液壓油缸同步上升和下降。數(shù)據(jù)調(diào)平按鈕可以將系統(tǒng)投入運行的液壓油缸位移數(shù)據(jù)按顯示中最大的位移數(shù)據(jù)調(diào)成相同的數(shù)據(jù)。低壓找平按鈕可以操作系統(tǒng)投入運行的液壓油缸上升承載相同的重量。在歷史數(shù)據(jù)界面里面記錄保存著有系統(tǒng)運行中的監(jiān)控數(shù)據(jù)以便查詢。

調(diào)試及操作：將壓力、位移、油溫等系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置完成后，進行調(diào)試操作。

1)連接控制電纜(系統(tǒng)控制柜到每一個液壓油缸單元電纜有2條，分別用3芯和7芯航空插連接)，連接控制柜供電電源進線。

2)打開控制柜后門，合上電源總開關(guān)，打開控制柜前門，開啟一體機監(jiān)控顯示屏，認真檢查無異常后關(guān)上前后門，進行下一步空載試運行。

3)單動/聯(lián)動開關(guān)旋到單動位置，在觸摸顯示屏上單獨選擇1#泵站投入運行，禁止其他泵站工作。按啟動按鈕啟動液壓泵，按下起升按鈕，觀察監(jiān)控數(shù)據(jù)，確認一切正常后按下降按鈕讓1#油缸回位，按暫停按鈕停止。然后在觸摸顯示屏上關(guān)閉1#液壓泵站單元，選擇2#液壓泵站投入運行，按下起升按鈕，觀察監(jiān)控數(shù)據(jù)，確認2#單元也正常后按下降按鈕讓2#油缸回位，按暫停按鈕停止。以此類推，認真檢查所有的液壓油缸，全部正常后按液壓泵啟/停按鈕停止液壓泵運行。

4)將單動旋鈕旋到聯(lián)動位置，啟動同步頂升控制系統(tǒng)后，油缸將同步頂升，觀察同步監(jiān)控數(shù)據(jù)無異常后按下降按鈕讓所有油缸回初始位，空載試運行結(jié)束，系統(tǒng)可以投入正常使用。

3.5 爬模爬升

1)爬架爬升準備工作符合要求后，打開進油閥門、在液壓控制柜上啟動智能同步頂升系統(tǒng)，拔去安全插銷，開始導(dǎo)軌的爬升[3]。

2)爬升時，由專人對控制柜爬升數(shù)據(jù)進行監(jiān)控及觀察。

3)爬架架體荷載通過導(dǎo)軌來傳遞后，卸下承重銷。

4)爬升過程中，注意觀察、監(jiān)測爬升數(shù)據(jù)，到位后才可開始下一個行程爬升。

5)待爬架爬升到位后，及時插上爬模承重銷及爬架安全插銷。

6)爬架爬升完成后，關(guān)閉進油閥門、關(guān)閉控制系統(tǒng)、切斷電源。

3.6 實時監(jiān)控或遠程監(jiān)控

液壓爬模頂升智能同步位移傳感系統(tǒng)，在每個液壓油頂安裝1組智能爬升系統(tǒng)，在液壓爬模爬升過程中實時監(jiān)控位移；液壓爬模壓力反饋系統(tǒng)，在液壓爬模爬升過程中，每個機位的油頂?shù)暮奢d壓力可以及時反饋到集中控制柜，實時監(jiān)控每個機位所承受的壓力，液壓爬模液壓系統(tǒng)油溫反饋，在液壓爬模開機狀態(tài)下反饋液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實時監(jiān)控液壓油溫度，智能爬模所有數(shù)據(jù)均可視化，所有機位的數(shù)據(jù)可在控制柜屏幕上顯示出來。現(xiàn)場可以通過智能同步頂升控制柜實時監(jiān)控位移、壓力、油溫。

3.7 下一個循環(huán)

在下一次空心墩爬模爬升循環(huán)過程中，在確保各連接件、線路正常連接后，只需要在系統(tǒng)中選取相對應(yīng)參數(shù)即可進行空心薄壁墩液壓爬模智能同步頂升施工循環(huán)工作。

4 工程應(yīng)用

欒盧高速公路LLTJ-1標段雞冠洞互通主線橋空心薄壁墩采用液壓爬模同步頂升系統(tǒng)技術(shù)，2020年10月26日，項目部在雞冠洞互通主線橋右幅10號空心薄壁墩第二節(jié)采用爬模同步頂升施工技術(shù)，通過智能同步位移監(jiān)控、油頂荷載壓力反饋、油溫異常跟蹤、風(fēng)速監(jiān)控、爬升數(shù)據(jù)記錄等實現(xiàn)自動控制升降速度、保證升降平穩(wěn)同步、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。試驗過程中對電控系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)、換向盒、油缸同步性、埋件位置、受力螺栓及掛座、后移拉桿及齒輪插銷等展開安全質(zhì)量檢查，同步頂升爬模作業(yè)人員3人1 h完成模板爬升，隨即對模板進行校核，發(fā)現(xiàn)安裝精度精確，模板安裝偏差2 mm。

2020年10月29日，相繼對右幅12號空心墩(9 m×2.8 m截面形式、兩箱式)、左幅10、12號空心墩展開施工，2020年12月5日右幅10號完成空心墩6節(jié)段、右幅12號空心墩4節(jié)段、左幅10號、12號墩第二節(jié)段進行澆筑。成型后復(fù)核墩身結(jié)構(gòu)尺寸、墩頂高程、墩身豎直度、墩身軸線偏位等均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，同時同步頂升系統(tǒng)儲存記錄了該截面尺寸爬升參數(shù)，后期可以直接調(diào)用參數(shù)。

5 結(jié)束語

該工法操作簡單、同步精度較高，實現(xiàn)爬模爬升自動控制升降速度、保證升降平穩(wěn)同步。將機、電、液一體化有機地融入傳統(tǒng)的爬模施工工藝之中，設(shè)備緊湊、維護方便、操作靈活、安全高效。系統(tǒng)配置高精度位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、八方位風(fēng)速儀，可對整條施工生產(chǎn)線實施多元化全方位監(jiān)控，排除故障迅速，所有故障報警并及時停機，免除了施工期間眾多的安全隱患，基本上實現(xiàn)了把故障消除在萌芽狀態(tài)這一目標。配備有攝像監(jiān)控并成功利用最新互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)——云端物聯(lián)網(wǎng)，可用手機或電腦進行遠程監(jiān)控，智能化程度高，讓爬模整體的爬升安全以數(shù)據(jù)化的形式呈現(xiàn)出來，大大提升爬模的施工安全性。使用該技術(shù)后能夠較大提高施工人員質(zhì)量控制積極性，提高作業(yè)人員品質(zhì)意識。

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