陳兵陽，徐順放，白美娥

(溫州趙山渡引水管理處，浙江瑞安 325211)

1 工程概況

趙山渡引水樞紐位于溫州市瑞安市龍湖鎮(zhèn)西北的趙山渡，距瑞安市41 km.趙山渡引水工程是以供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電的綜合利用水利工程.趙山渡引水工程由引水樞紐和輸水渠系2部分組成.輸水渠系由總干渠、北干渠、南干渠、溫州分渠和瑞北分渠等組成，總長為62.85 km.主要建筑物包括渠首進水閘、輸水隧洞18條、渡槽10座、倒虹吸13處、暗渠6處、節(jié)制閘10座、退水閘7座、分水閘1座、分水管13處、溢流堰1處及公路橋3座等.輸水渠系向溫州、瑞安、平陽等市縣城鎮(zhèn)居民生活供水和工農業(yè)供水，年供水總量7.3億m3，設計引水流量36 m3/s.

沙門渡槽為趙山渡引水工程輸水渠系北干渠上的渠系建筑物之一，位于婁園隧洞和烏巖腳隧洞之間，共計有15座，槽身材料為250#鋼筋混凝土.每座渡槽順水流方向長36 m，為不等跨雙懸臂結構，兩側懸臂均長8.00 m，支座基礎從上至下依次為鋼筋混凝土墩帽和鋼筋混凝土灌注樁.渡槽槽身垂直水流方向為薄壁矩形結構，截面尺寸為5.20 m×4.00 m(總寬 ×總高)，側墻、底板厚度為0.30 m，頂板厚度為0.20 m，底板頂高程高出側墻底高程0.60 m1)韓 峰.沙門渡槽槽身裂縫成因分析報告[R］.杭州:浙江省水利水電勘測設計院，2011..

趙山渡引水樞紐運行至今，沙門渡槽槽身的底板、側墻出現(xiàn)了不同程度的細裂縫.工程運行管理單位組織邀請了省內水利專家召開了兩次技術研討會，分析了裂縫的原因和討論了修補措施.最后決定對沙門渡槽進行補強加固處理.主要內容為:包括灌注樁施工、鋼筋混凝土撐梁、鋼筋混凝土墩臺、槽身底部加強、四氟乙烯支座、裂縫滲漏修補等，其中渡槽頂升施工是本工程技術難點和重點2)韓 峰.沙門渡槽槽身裂縫應急處理設計報告[R］.杭州:浙江省水利水電勘測設計院，2011..

2 PLC計算機同步頂升系統(tǒng)的結構及同步控制原理

2.1 頂升系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)采用變頻調速閉環(huán)控制系統(tǒng)，依靠調節(jié)供電的頻率，來改變電機轉速，達到使油泵的流量連續(xù)可調的目的，再配以先進的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測系統(tǒng)，精確控制千斤頂?shù)纳邓伲瑢崿F(xiàn)四點同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重等功能.本系統(tǒng)是由1臺超高壓泵站、一套手持控制器控制系統(tǒng)、4套位移檢測裝置及附件組成.每臺超高壓泵站由4臺超高壓泵、4套變頻調試控制裝置、4套控制閥組、一套電控系統(tǒng)組成.控制系統(tǒng)是由一套手持控制操縱控制系統(tǒng)、筆記本電腦組成，見圖1.

2.2 同步控制工作原理

本系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)原理:本系統(tǒng)的工控界面軟件是采用組態(tài)軟件，主控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)采用SIEMENS公司的PLC300可編程控制器，由PLC300做為主站，兩臺超高壓泵站內的電氣控制是采用PLC200可編程控制器做為子站.主控系統(tǒng)與兩臺超高壓泵站之間通過PROFIBUS/DP高速工業(yè)總線傳輸，使得各部分之間連線數(shù)目大大減少，改善了系統(tǒng)的控制性能，提高了系統(tǒng)的可靠性.

圖1 系統(tǒng)結構組成圖

同步系統(tǒng)的控制原理見圖2.變頻調速泵、平衡閥、油缸和位移傳感器組成了四路位置閉環(huán)回路，在統(tǒng)一的位移指令控制下，同步升降，由于四點共面為冗余約束，為避免偏載，引入對角線均載補償.為減小升降過程的跟蹤誤差，增加了速度前饋.

圖2 控制同步原理圖

3 頂升實施

3.1 頂升方案選擇

槽身頂升是本加固方案的關鍵和核心.由于槽身變形量小(理論計算最大僅1 mm)，且各支座的受力不同，要求在精確控制支座反力(即頂升力)的情況下，嚴格控制槽身位移，即采用雙控制精確同步頂升是本工程確保在槽身不斷水的工況下，不對結構產生二次破壞的關鍵技術.目前高精度的千斤頂和同步控制系統(tǒng)只能進行單指標的同步控制，且位移精確度均在±5 mm左右，遠不能滿足本槽身的精度控制要求.借助千分表觀測位移精度雖滿足要求，但數(shù)據(jù)不能與控制同步，極易導致頂升的失敗.

本項目槽身的頂升必須采用高精度的大噸位千斤頂，并采用先進的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測系統(tǒng)，用電腦進行雙指標精確控制千斤頂?shù)纳邓俣?，實現(xiàn)各點的高精度同步升降的控制.

3.2 頂升施工流程

沙門渡槽頂升關鍵工序有測量放樣、支座預緊和安裝、千斤頂安裝、位移傳感器和壓力傳感器(壓應力計)安裝、槽身預頂、頂升、鎖定千斤頂、人工位移復核、澆筑樹脂混泥土，具體頂升流程見圖33)沙門渡槽槽身同步頂升施工組織設計[R］.溫州:浙江水電建筑安裝有限公司，浙江省水利水電勘測設計院，浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司，2012..

圖3 渡槽頂升施工流程圖

3.3 監(jiān)控記錄

在頂升時，同步控制系統(tǒng)的電腦會自動顯示各點的工作狀態(tài)，直觀方便地了解槽身各點的頂升進程，見圖4.

圖4 同步頂升實時監(jiān)控系統(tǒng)界面圖

4 頂升控制關鍵技術

4.1 新設支座預緊

因千斤頂卸載后，支座反力的發(fā)生變化的主要原因是支座的壓縮變形量所決定，因此在頂托前先對支座按設計支座反力進行逐一預緊，使支座在安裝時預先達到設計荷載下的變形量，支座預緊實物圖，見圖5.

預緊方法:按設計要求將支座與支座鋼板放置在鋼架上，千斤頂放置在支座鋼板下部的支座中心處，通過千斤頂對支座進行預緊，預緊至設計強度后，用4M22×160高強螺栓將支座鋼板與支座整體固定，再撤除千斤頂，移除固定后的支座預緊體(該預緊體重約180 kg)，進行下一塊支座的預緊.千斤頂預緊支座時，通過安裝在千斤頂頂部的壓力傳感器以壓力控制進行預緊.

圖5 支座預緊圖

4.2 位移和壓力控制

在實施頂托時，為確保渡槽的安全，必須安裝位移與壓力傳感器.一旦位移或壓力超出設計要求，必須立刻停止頂托[1］.位移傳感器直接安裝在支座附近的槽身底部的混凝土壁上，以便能直接反映槽身的真正位移情況.壓力傳感器安裝分為兩處:一處安裝在千斤頂?shù)捻敹?，以便在頂托時能準確反映頂托力的變化情況;一處安裝在新設支座的地步，以便準確反映補強加固處理后新設支座的實際受力情況.

4.3 頂托控制

千斤頂?shù)纳舷虏炕炷烈蚰ヌ幚砥秸?，精度要求達到0.1 mm，并墊放1.4 mm厚鋼板.正式頂升前要進行槽身預頂和位置置零.先采用5 MPa的壓力對槽身進行預頂，目的是為了使支座鋼板與槽底混凝土、千斤頂與樁臺混凝土緊密接觸[2］.預頂完成后位置置零.設定頂升速度0.1 mm/min或5 t/min頂托，根據(jù)設計要求設定頂拖位移和頂托力，當任何一臺千斤頂?shù)奈灰苹蝽斖辛_到設計的限定值時，同步控制系統(tǒng)自動發(fā)出指令，自動關閉千斤頂?shù)捻斖泄┯停Ｖ鬼斖?頂托施工見圖6.

4.4 支座底部二期混凝土澆筑

考慮到千斤頂?shù)淖枣i時間在24 h左右，為確保在該時間范圍內新設支座順利承載，新設支座底部二期混凝土要求采用強度較高，早強時間較短，本次設計采用HK-UW-3樹脂混凝土進行澆筑.HKUW-3樹脂混凝土能夠在6h內可達30 MPa以上強度，滿足設計要求.二期混凝土達到設計強度后，撤除千斤頂，割除緊固支座用的4M22×60高強螺栓，完成槽身一次同步頂升.

圖6 沙門渡槽跨中頂升現(xiàn)場圖

4.5 其它監(jiān)測手段

在槽身和樁臺上設計埋設沉降觀測點，對在頂升前后沉降數(shù)據(jù)進行對比，分析槽身的變形情況和基礎的沉降情況.在支座與樹脂混凝土之間安裝壓應力計，定期進行監(jiān)測.

5 結語

計算機控制同步頂升技術在沙門渡槽補強加固工程中的成功應用，克服了傳統(tǒng)千斤頂不能同步控制和解決了高精度位移控制要求.該工程應用實例和渡槽頂升關鍵控制技術經(jīng)驗為今后相類似的工程提供借鑒意義.

[1]侯順川.橋梁改造工程中同步頂升技術應用及控制重點[J］.山西建筑，2010，36(15):335 －336.

[2]孫成來.計算機控制同步頂升系統(tǒng)在舊橋加固工程中的應用[J］.公路交通科技:應用技術版，2012(1):22 －23.