蘇孝敏

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州310000)

采用PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術(shù)研究

蘇孝敏

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江杭州310000)

以趙山渡沙門渡槽補(bǔ)強(qiáng)加固工程為例，介紹了一種采用PLC雙控制同步頂升進(jìn)行引水渡槽的補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)。通過PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術(shù)，使得渡槽在不間斷通水與不破壞渡槽槽身的情況下，實(shí)現(xiàn)了渡槽的槽身4點(diǎn)同步頂升，完成了沙門渡槽的槽身支座增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)加固任務(wù)。

引水渡槽；補(bǔ)強(qiáng)加固；PLC計(jì)算機(jī)雙控制；同步頂升技術(shù)

1 工程概況

沙門渡槽是趙山渡引水工程輸水渠系北干渠的重要組成部分，工程向溫州、瑞安、平陽(yáng)等市縣城鎮(zhèn)提供居民生活用水和工農(nóng)業(yè)用水，沙門渡槽設(shè)計(jì)流量為23.40 m3/s，為2級(jí)建筑物。工程位于婁園隧洞和烏巖腳隧洞之間，共計(jì)有15座，槽身材料為250號(hào)鋼筋混凝土，每座渡槽順?biāo)鞣较?6 m，為不等跨雙懸臂結(jié)構(gòu)，兩側(cè)懸臂均長(zhǎng)8.0 m，支座基礎(chǔ)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?yàn)楸”诰匦谓Y(jié)構(gòu)。截面尺寸為5.20 m×4.00 m(寬×高)，側(cè)墻、底板厚0.30 m，頂部厚0.20 m，地板頂高程高出側(cè)墻底高程0.60 m，如圖1所示。

趙山渡引水樞紐從2000年建成投入運(yùn)行至今，沙門渡槽槽身的底板、側(cè)墻出現(xiàn)了不同程度的細(xì)裂縫，工程運(yùn)行管理單位組織邀請(qǐng)了水利專家召開了兩次技術(shù)研討會(huì)，分析了裂縫的原因，討論了修補(bǔ)措施，最后決定對(duì)沙門渡槽進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。主要內(nèi)容包括灌注樁施工、鋼筋混凝土撐梁、鋼筋混凝土墩臺(tái)、槽身底部加強(qiáng)、渡槽頂升更換支座、裂縫滲漏修補(bǔ)等，其中引水渡槽不斷水頂升更換支座施工是本工程技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。

由于槽身變形量小(理論計(jì)算最大僅1 mm)，且各支座的受力不同，要求在精確控制支板反力(即頂升力)的情況下嚴(yán)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間斷通水的工況下，不對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次破壞該施工技術(shù)的關(guān)鍵。在本項(xiàng)目槽身的頂升中采用高精度的大噸位千斤頂，并采用先進(jìn)的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測(cè)系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙指標(biāo)精確控制千斤頂?shù)纳邓俣龋瑢?shí)現(xiàn)各點(diǎn)的高精度同步升降的控制。

圖1 新增支座縱剖面示意(單位：mm)

2 PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)及工藝流程

2.1 PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)

PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，依靠調(diào)節(jié)供電的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到使油泵的流量連續(xù)可調(diào)的目的，再配以先進(jìn)的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測(cè)系統(tǒng)，就可精確控制千斤頂?shù)纳邓俣?，?shí)現(xiàn)4點(diǎn)同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重等功能。如圖2所示。

圖2 4點(diǎn)高精度同步頂升系統(tǒng)主要構(gòu)造示意

該系統(tǒng)由1臺(tái)超高壓泵站、1套手持控制器控制系統(tǒng)、4套位移檢測(cè)裝置及附件組成。每臺(tái)超高壓泵站由4臺(tái)超高壓泵、4套變頻調(diào)試控制裝置、4套控制閥組、1套電控系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)由1套手持控制操縱控制系統(tǒng)、筆記本電腦組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意

位移檢測(cè)裝置為本系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，本位移檢測(cè)裝置的核心是拉線位移傳感器，具備實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的頂升高度。此位移傳感器的脈沖當(dāng)量為0.01 mm，當(dāng)千斤頂移動(dòng)時(shí)，傳感器可以精確地測(cè)定千斤頂?shù)膶?shí)時(shí)位移。

在油泵上還安裝有壓力傳感器(P/U)，依靠它可以測(cè)定千斤頂?shù)呢?fù)荷。千斤頂?shù)漠?dāng)前位移和負(fù)荷通過電器信號(hào)接口反饋到控制系統(tǒng)中。

采用SPH系列同步電動(dòng)泵組成，該SPH系列同步電動(dòng)泵采用德國(guó)超高壓領(lǐng)域的最先進(jìn)技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：①自動(dòng)找零功能；②閥件控制自動(dòng)找平衡功能；③雙速輸出，活塞桿快速?gòu)?fù)位；④采用超高壓平衡閥回路，同步精度可達(dá)±1%。

同步系統(tǒng)的控制原理由變頻調(diào)速泵、平衡閥、油缸和位移傳感器組成了4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4點(diǎn)共面為冗余約束，為避免偏載，引入對(duì)角線均載補(bǔ)償。為減小升降過程的跟蹤誤差，增加了速度前饋。

2.2 工藝流程

系統(tǒng)工作總體流程如圖4所示，具體為本節(jié)跨中支座處結(jié)構(gòu)頂升→相鄰跨跨中支座處結(jié)構(gòu)頂升→止水處結(jié)構(gòu)頂升。

圖4 工藝流程

3 操作要點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)備安裝

鋼筋混凝土樁臺(tái)到達(dá)28 d齡期后，開始實(shí)施頂升作業(yè)。首先，對(duì)樁臺(tái)進(jìn)行測(cè)量放樣，即在樁臺(tái)位置標(biāo)出新設(shè)支座中心線，千斤頂放置位置，位移傳感器裝設(shè)位置。其次，四氟乙烯支座按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)壓(見圖5)，達(dá)到設(shè)計(jì)的頂升力后用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行加固。因千斤頂卸載后支座反力發(fā)生變化的主要原因是支座的壓縮變形量，因此在頂升前先對(duì)支座按設(shè)計(jì)要求的支座反力進(jìn)行逐一預(yù)緊，使支座在安裝時(shí)預(yù)先達(dá)到設(shè)計(jì)荷載下的變形量。通過對(duì)四氟乙烯滑板支座的預(yù)壓，使支座變形量達(dá)到正常所受力的變形，確保在二期混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前支座反力不損失。預(yù)緊后，支座整體安裝至預(yù)設(shè)螺栓位置。然后，安裝壓力傳感器和位移傳感器。壓力傳感器安裝在千斤頂?shù)捻敹耍员阍陧斏龝r(shí)能準(zhǔn)確反映頂升力的變化情況，位移傳感器安裝在支座附近的槽身底部混凝土壁上，以便能直接反映槽身真正位移情況。最后，安裝頂升控制系統(tǒng)。在千斤頂安裝就位前，要全面檢查各設(shè)備和連接管、線的完整情況，確保設(shè)備不帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)選擇單根同一長(zhǎng)度的高壓油管安裝。檢查高壓油管的曲直度，盡量避免油管撓曲。4點(diǎn)高精度PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)采用LC-BP-ZK-B- 8系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每個(gè)支座處采用FY-CLP-1002單作用薄型螺母鎖定液壓千斤頂，千斤頂?shù)淖畲箜斏?00 t，原懸壁端每個(gè)支座最大頂升力為30 t。

圖5 支座預(yù)壓示意

3.2 多點(diǎn)雙控制同步頂升

(1)按油路設(shè)計(jì)方案將油管正確連接油泵、閥體和千斤頂(頂升時(shí)千斤頂?shù)幕赜吐凡唤佑凸?。要求每個(gè)接頭部位采用紫銅墊片作密封墊，連接牢固不得有滲漏。連接好油泵的電源，并把泵體的油箱加滿油，頂升過程中應(yīng)隨時(shí)觀察油泵箱體內(nèi)儲(chǔ)油余量，最低不得少于箱體容積的1/3。

(2)位移與壓力傳感器的信號(hào)數(shù)據(jù)線要與計(jì)算機(jī)正確連接，連接后需進(jìn)行人工測(cè)試，確保信號(hào)傳遞正常。

(3)槽身預(yù)頂與位移置零。正式頂升前要進(jìn)行槽身試頂與位移置零，方法為：按5 MPa的油壓設(shè)置位移置零點(diǎn)，先按5 MPa的油壓下的頂升力(即貼合壓力)進(jìn)行預(yù)頂，當(dāng)執(zhí)行置零按鈕后，8臺(tái)千斤頂開始頂升，當(dāng)畫面中的實(shí)際載荷達(dá)到置零噸位的設(shè)定值后，千斤頂自動(dòng)停止頂升，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將伺服千斤頂?shù)奈灰魄辶?，此時(shí)即為同步頂升的基準(zhǔn)零點(diǎn)。即置零結(jié)束。預(yù)頂既是為了位移監(jiān)測(cè)，也是為了使支座鋼板與槽底混凝土、千斤頂與樁臺(tái)混凝土等界面緊密接觸，減小位移誤差，同時(shí)避免頂升安全事故的發(fā)生。

(4)頂升。壓力表置零結(jié)束后，先設(shè)定頂升速度0.1 mm/min或5 t/min頂升(具體頂升速度視槽身工況而定)，當(dāng)任何一臺(tái)千斤頂?shù)奈灰苹蝽斏_(dá)到設(shè)計(jì)的限定值時(shí)，同步控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令，自動(dòng)關(guān)閉這臺(tái)千斤頂?shù)捻斏┯?，這臺(tái)液壓油缸停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)位移達(dá)到限定值但頂升力未達(dá)到限定值時(shí)，先全面檢查頂升處的混凝土和槽身結(jié)構(gòu)變化情況后，經(jīng)設(shè)計(jì)同意后，再修改該處的位移限定值，再次頂升該點(diǎn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求的頂升力為止，頂升完成。

在頂升時(shí)，同步控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示各點(diǎn)的工作狀態(tài)，直觀方便地了解槽身各點(diǎn)的頂升進(jìn)程。頂升達(dá)到設(shè)計(jì)要求后；對(duì)千斤頂進(jìn)行鎖定，并注意觀察頂升力是否有變動(dòng)。

3.3 頂升完成后

當(dāng)頂升力到達(dá)設(shè)計(jì)要求或位置達(dá)到1 mm后，開啟千斤頂自鎖裝置。頂升結(jié)束，在二期混凝土中埋入應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力計(jì)緊貼支座下鋼板安裝，以便支座受力后能直觀反應(yīng)出支座受力情況。在后期管理中，隨時(shí)測(cè)量樁基沉降情況(若以某一天超過限定沉降值，仍可以按本方案再次對(duì)槽身進(jìn)行頂升作業(yè))。支座下部二期混凝土采用HK-UW-3樹脂混凝土澆筑。要求HK-UW-3樹脂混凝土可操作時(shí)間≥15 min，凝固時(shí)間≤90 min，24 h抗壓強(qiáng)度≥40 MPa。

最后進(jìn)行等強(qiáng)撤除千斤頂。頂升結(jié)束后，再次由測(cè)量人員對(duì)槽身頂部預(yù)埋的沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并與初始值對(duì)比，用觀測(cè)出的變形值與監(jiān)控系統(tǒng)中反映的變形值對(duì)比，進(jìn)一步校核分析槽身的變形情況，若出現(xiàn)較大誤差，找出原因后方可進(jìn)行下一次頂升。樹脂混凝土到達(dá)強(qiáng)度后，千斤頂?shù)炔鸪斏Y(jié)束。

4 質(zhì)量安全控制措施

4.1 質(zhì)量控制措施

根據(jù)本工程分部分項(xiàng)工程的劃分，制訂詳細(xì)的《質(zhì)量檢驗(yàn)計(jì)劃》，并按此計(jì)劃對(duì)工程施工工序進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)。本工程的施工圖、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程、規(guī)范的施工技術(shù)要求和特點(diǎn)，結(jié)合以往公司類似項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，由技術(shù)部門組織制訂本工程所需要的槽身雙控制高精度頂升作業(yè)指導(dǎo)書，作業(yè)指導(dǎo)書主要包括：工程概況、施工進(jìn)度、施工方案、施工資源供應(yīng)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收依據(jù)、安全措施等。 工程的關(guān)鍵過程是灌注樁與槽身同步頂升?？刂浦攸c(diǎn)是：除建立詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書外，設(shè)立監(jiān)控措施，對(duì)整個(gè)工程施工進(jìn)行計(jì)劃、實(shí)施、驗(yàn)證和改進(jìn)(PDCA模式)，對(duì)工程質(zhì)量特性進(jìn)行監(jiān)控。

本工程的特殊施工過程是槽身同步頂升，其質(zhì)量控制重點(diǎn)是：制訂的作業(yè)指導(dǎo)書必須經(jīng)項(xiàng)目總工程師批準(zhǔn)；對(duì)操作及管理人員資格、設(shè)備和施工工藝(包括參數(shù))進(jìn)行必要的規(guī)定和檢查；必要時(shí)有監(jiān)控人員及監(jiān)控措施；施工過程中或施工后進(jìn)行必要的跟蹤監(jiān)控和檢查。對(duì)參與關(guān)鍵工程和特殊過程施工的人員，需進(jìn)行上崗前的再培訓(xùn)，使參與施工的人員能夠清楚地了解和掌握本工程的施工特點(diǎn)和施工方法，掌握提高質(zhì)量水平的控制要點(diǎn)。

項(xiàng)目經(jīng)理全面負(fù)責(zé)工程施工的質(zhì)量管理，并對(duì)工程質(zhì)量負(fù)責(zé)。公司質(zhì)檢部門負(fù)責(zé)對(duì)工程質(zhì)量的監(jiān)督，項(xiàng)目經(jīng)理部設(shè)專職質(zhì)量員，負(fù)責(zé)各施工項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)督和檢查，各施工隊(duì)設(shè)專職質(zhì)檢員，負(fù)責(zé)本施工區(qū)的質(zhì)量檢查和監(jiān)督，各班組設(shè)兼職質(zhì)檢員，負(fù)責(zé)本班組的質(zhì)量監(jiān)督和檢查，做到各班組(工作面)質(zhì)量員負(fù)責(zé)對(duì)各施工工序的自檢，項(xiàng)目部質(zhì)量員負(fù)責(zé)各施工工序的復(fù)檢，公司駐工地質(zhì)檢員負(fù)責(zé)各施工工序的終檢，最后由監(jiān)理工程師驗(yàn)收簽證，從而使工程質(zhì)量檢查達(dá)到真正意義上的“三檢制”。

4.2 安全措施

施工中嚴(yán)格遵守《水利水電工程土建施工安全技術(shù)規(guī)程》，機(jī)械的操作必須符合《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》。進(jìn)行高空施工作業(yè)時(shí)，必須遵守JGJ80—91《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)械及手持電動(dòng)工具的安裝裝置必須符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和安全技術(shù)規(guī)程，在做好保護(hù)接零的同時(shí)，按要求裝漏電保護(hù)器。所有施工機(jī)械、電力、燃料、動(dòng)力等的操作部位，嚴(yán)禁吸煙和任何明火。施工機(jī)電設(shè)備應(yīng)有專人負(fù)責(zé)保養(yǎng)、維修和看管，確保安全生產(chǎn)。施工現(xiàn)場(chǎng)的電線、電纜應(yīng)盡量放置在無車輛、人、畜通行部位。開關(guān)箱應(yīng)帶有漏電保護(hù)裝置。施工過程中，必須按規(guī)定使用各種機(jī)械，嚴(yán)防傷及自己和他人。專業(yè)電工應(yīng)持證上崗，電工有權(quán)拒絕執(zhí)行違反電氣安全的行為，嚴(yán)禁違章指揮和違章作業(yè)。

5 結(jié) 語

通過溫州市趙山渡引水樞紐沙門渡槽的補(bǔ)強(qiáng)加固工程實(shí)踐，研究采用了PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術(shù)，在渡槽不間斷通水前提下，在保證不破壞渡槽槽身情況下，實(shí)現(xiàn)了沙門渡槽的槽身的頂升，完成了沙門渡槽的槽身支座增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)加固任務(wù)，并節(jié)約了大量的材料、人力、機(jī)械投入，降低了施工成本，為其他引水渡槽不斷水的補(bǔ)強(qiáng)加固提供了借鑒。

[1] 李小群, 張媛, 陳海山. 國(guó)內(nèi)外渡槽發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2011 (12): 79- 80．

[2] 歐健, 魏永楨, 周紹銑, 等. 韶山灌區(qū)渡槽裂縫研究[J]. 水利水電技術(shù), 1993(10): 11- 16．

[3] 孟祥敏, 孫明權(quán). 鋼筋混凝土渡槽病害及老化問題分析研究[J]. 人民黃河, 1995 (10): 30- 34．

[4] 婁樹紅. 渡槽裂縫成因分析及其處理[J]. 湖南水利水電, 2008(6): 47- 48．

[5] 陳小云. 采用碳纖維加固引水渡槽工程實(shí)踐[J]. 湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 5(4): 35- 37．

[6] 趙文華, 陳德亮, 顏其照, 等. 渡槽[M]. 第二版. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 1989．

StudyofAqueductConstructionwithPLCDouble-ControlSynchronousJackingTechnology

SU Xiaomin

(Zhejiang Tongji College of Science and Technology, Hangzhou 310000, China)

Based on Shamen aqueduct reinforcement project in Zhaoshandu Water Diversion Junction, a PLC double-control synchronous jacking aqueduct construction technology is introduced. The technology achieves the synchronous jacking of aqueduct body at four different points under the conditions of continuous water flow and no damage to aqueduct body. The application of technology guarantees the reinforcement of aqueduct bearings．

aqueduct; reinforcement; PLC double-control; synchronous jacking

TV545

A

0559- 9342(2017)09- 0058- 04

2017- 01- 13

蘇孝敏(1973—)，男，浙江平陽(yáng)人，教授級(jí)高工，碩士，主要從事水利工程施工技術(shù)研究及教學(xué)工作．

(責(zé)任編輯王 琪)