黃俤俤

(福建工大巖土工程研究所有限公司，福州 350011)

1 引言

隨著頂升技術(shù)尤其是同步頂升液壓技術(shù)的飛速進(jìn)步和日趨完善，頂升技術(shù)獲得了更多的利用，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于橋梁維修、更換支座、大型建筑物的移動(dòng)糾偏、坑道支撐、 電力設(shè)備的安裝和平臺(tái)稱重等領(lǐng)域。 在橋梁工程中， 不管是更換維修有缺陷的支座還是對(duì)舊橋進(jìn)行改造和加固，大多利用同步頂升技術(shù)。這種技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 在保證橋梁上部結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的同時(shí)升高橋梁以滿足工程施工的要求。

目前，國(guó)內(nèi)同步頂升系統(tǒng)存有不足，在橋梁頂升過程中自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)整控制功能不夠完善， 而本文介紹的PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)智能同步頂升、同步回落，操作簡(jiǎn)單、精度高、適用范圍廣，且可以實(shí)時(shí)反饋位移和壓力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保證工程安全[1-3]。

本文結(jié)合福鼎彎橋同步頂升工程， 詳細(xì)介紹了采用PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)施工工藝及優(yōu)點(diǎn)， 以期為其他類似工程提供參考。

2 工程概況

海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段A1標(biāo)段，BKO+364.800 B 匝道橋。 本橋平面位于R=70 m圓曲線和緩和曲線上，橋面設(shè)超高，墩臺(tái)等角度正交布置。 橋梁荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面凈寬度為9.5 m。上部結(jié)構(gòu)采用2×35 m 鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，橋梁上、下結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)

由于該匝道橋下跨的邦福天橋原址重建，B 匝道橋需作為邦福天橋保通道路，需臨時(shí)抬高B 匝道橋50 cm，待邦福天橋施工完成后，B 匝道橋落梁至原設(shè)計(jì)。現(xiàn)需要對(duì)該段橋梁進(jìn)行整體頂升取出臨時(shí)支撐(鋼墊塊，厚度分別為兩層11 cm，兩層14 cm)，使得梁體落到預(yù)定蓋梁標(biāo)高處，實(shí)現(xiàn)橋梁正常使用，同時(shí)不影響橋下的交通。 該工程選用12 點(diǎn)單作用脈寬的PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)進(jìn)行同步頂升施工。

3 PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)及原理

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)(圖2) 由液壓動(dòng)力源、CPU 控制系統(tǒng)、液壓終端站、人機(jī)操作系統(tǒng)、壓力傳感器、位移傳感器六個(gè)部分組成，可以應(yīng)用在橋梁維修、更換支座、建筑的同步頂升、建筑平移糾偏、電力設(shè)備的智能安裝、大型建筑物的移動(dòng)、橋梁鋼絞線提高和海洋石油平臺(tái)稱重等領(lǐng)域。

圖2 PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)

3.2 系統(tǒng)組成及主要原理

12 點(diǎn)系統(tǒng)是由1 臺(tái)高壓泵站、12 套控制閥組、12 套壓力檢測(cè)裝置、12 套位移檢測(cè)裝置和1 套電氣控制裝置組成。系統(tǒng)通過液壓的推動(dòng)，壓力和位移智能反饋控制的形式，達(dá)到多點(diǎn)控制同步頂升、同步回落、稱重等功能。

系統(tǒng)中液壓泵站通過改變開關(guān)閥開關(guān)頻率的方式控制油泵的輸出油量，使得油泵輸出量可連續(xù)調(diào)整，加上合適的電器控制和檢測(cè)反饋系統(tǒng)， 達(dá)到壓力和位移閉環(huán)自動(dòng)控制， 能夠準(zhǔn)確調(diào)整各油缸在起落時(shí)的同步和頂升過程當(dāng)中的負(fù)載平衡。

構(gòu)件底面不一定平坦， 在頂升構(gòu)件前要保證千斤頂均勻接觸構(gòu)件，首先要讓多頂貼合構(gòu)件，使得多點(diǎn)負(fù)荷相同， 把多頂貼合構(gòu)件的這一狀態(tài)當(dāng)作多頂同步運(yùn)行的起始標(biāo)準(zhǔn)。 首先設(shè)定貼合壓力值為5 MPa，啟動(dòng)貼合功能，此時(shí)多頂同步上升， 當(dāng)千斤頂接觸構(gòu)件， 該頂停止上升，直到千斤頂都接觸構(gòu)件為止，然后多頂均勻升壓至一定的噸位，直至多頂停止，將該狀態(tài)作為同步頂升的初始點(diǎn)。

通過操控界面給每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置理論噸位、 指令位移、頂升誤差、頂升速度、位移上限和位移下限。系統(tǒng)將自動(dòng)控制每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)輸出壓力小于理論噸位， 以保證不超過千斤頂?shù)某休d能力； 當(dāng)某個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位移誤差達(dá)到頂升誤差時(shí)，系統(tǒng)停止該點(diǎn)頂升并自動(dòng)調(diào)整其他各點(diǎn)，使得每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的位移同步； 位移上下限控制頂升的最大升降高度，到達(dá)設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止，位移上限和下限每設(shè)置1 mm，千斤頂最多升或降100 mm。同時(shí)監(jiān)控界面可以實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控點(diǎn)的理論噸位、實(shí)際噸位、實(shí)際位移、位移誤差等數(shù)據(jù)，便于操控人員觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和人工的雙重監(jiān)控。

3.3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

液壓系統(tǒng)泵站選用柱塞泵， 泵站上安設(shè)一個(gè)雙向截止閥，雙向截止閥能夠固定住油缸，確保在突然斷電的情況下油缸不會(huì)降落，導(dǎo)致油缸負(fù)載超過極限荷載。該系統(tǒng)還配備壓力傳感器和位移檢測(cè)裝置，在油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓力檢測(cè)裝置就可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地確定油缸承擔(dān)的壓力， 位移檢測(cè)裝置可實(shí)時(shí)確定油缸的升降高度。

電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是全部采用控制信號(hào)， 控制器主要是由西門子PLC 可編程控制器組成，每個(gè)油缸的壓力傳感器和位移傳感器將負(fù)荷和位移信息送至可編程控制器。系統(tǒng)根據(jù)控制界面發(fā)出的操縱命令，輸送壓力油使油缸運(yùn)動(dòng)。 在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異常狀況可以自動(dòng)處理并報(bào)警提示，使操作更加簡(jiǎn)單和安全?；趥鞲衅鳈z測(cè)的頂升壓力和頂升位移信息，可編程控制器連續(xù)校正誤差，并使每個(gè)油缸負(fù)載保持同步和平衡[4]。

3.4 技術(shù)參數(shù)

工作電源：AC380V/50Hz (三相五線制)； 系統(tǒng)功率：5.5 kW；系統(tǒng)流量：5 L/min；顯示模式：人機(jī)界面；工作壓力：630 bar；最高壓力：700 bar；控制模式：脈寬閉環(huán)控制；控制精度：≤±0.5 mm；工作油溫：-10℃～70℃；環(huán)境溫度：-25℃～+45℃；操作方式：按鈕操作及觸摸屏操作。

3.5 系統(tǒng)界面簡(jiǎn)述

系統(tǒng)界面上部包括監(jiān)控界面、設(shè)置界面、控制點(diǎn)界面和通訊狀態(tài)六個(gè)可切換界面，系統(tǒng)界面下部有貼合、同步升、同步、同步降、單動(dòng)升、單動(dòng)、單動(dòng)降和位移誤差八個(gè)功能鍵，界面中部顯示各控制點(diǎn)的壓力、實(shí)際位移、同步位移、位移誤差、負(fù)載噸位和位移上下限等數(shù)據(jù)。 圖3 為系統(tǒng)控制界面內(nèi)容。

圖3 控制界面內(nèi)容

4 同步頂升施工

頂升施工工序按照施工準(zhǔn)備、傳感器布置、制作臨時(shí)墊塊、預(yù)頂、頂升和檢查驗(yàn)收的順序進(jìn)行。 橋梁頂升移位施工前，應(yīng)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，編制施工方案和橋上橋下的交通組織方案， 頂升液壓油缸及泵站等設(shè)備應(yīng)有備用方案。

施工準(zhǔn)備： 清理施工場(chǎng)地→搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)→現(xiàn)場(chǎng)布管，布線→搬運(yùn)設(shè)備→檢查設(shè)備→接管和接電。

4.1 千斤頂布置

在0 號(hào)和2 號(hào)墩臺(tái)兩支座間各布置3 個(gè)千斤頂，在1 號(hào)墩臺(tái)兩支座間布置4 個(gè)千斤頂，支座邊各一處，共12個(gè)千斤頂，千斤頂?shù)陌卜挪荒苡绊憠|層的取出，見圖4。千斤頂有100T 和200T 兩種型號(hào)，可以組合使用，輸入的理論噸位由千斤頂?shù)慕M合方式確定， 系統(tǒng)將控制輸出壓力小于理論噸位。 頂升前要保證千斤頂位置處的墩頂面和梁底面處理平坦， 必要時(shí)用相應(yīng)厚度鋼板墊層調(diào)整至平坦、密貼，確保較好的貼合。 在工程施工中還需要準(zhǔn)備必要的備用千斤頂，保證工程施工的連貫和進(jìn)度。

圖4 0 號(hào)、1 號(hào)、2 號(hào)墩(臺(tái))

4.2 監(jiān)測(cè)傳感器布置

在頂升施工前先進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)和儀器的設(shè)置，以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。 全橋共設(shè)置6 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，在各墩臺(tái)處設(shè)置2 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)， 每個(gè)點(diǎn)使用位移傳感器和壓力傳感器進(jìn)行頂升行程的監(jiān)測(cè)， 并應(yīng)根據(jù)監(jiān)控結(jié)果對(duì)施工方案作相應(yīng)的調(diào)整。 部分傳感器布置見圖5。

圖5 位移傳感器

4.3 制作臨時(shí)支座、墊塊

圖6 臨時(shí)墊塊

圖7 千斤頂布置

制作臨時(shí)支座、墊塊。采用不同高度的鋼墊塊作為臨時(shí)支撐(圖6)，每個(gè)橋墩支座間安置兩處臨時(shí)支撐，支撐體系應(yīng)對(duì)稱布置。 要保證墊塊高度滿足千斤頂頂升高度的要求，保證墊塊之間有可靠的連接，同時(shí)準(zhǔn)備一部分薄鋼板進(jìn)行高度和角度的測(cè)量和調(diào)整。 在頂升停止時(shí)將臨時(shí)支撐的上下部分分別與鋼梁和橋墩連接固定， 同時(shí)測(cè)量記錄墊塊總高度，并保證墊塊頂盡量貼近梁底。

4.4 實(shí)施頂升

(1)頂升前結(jié)構(gòu)檢查。 內(nèi)容包括：①頂升支架和臨時(shí)墊塊是否可靠；②千斤頂安裝是否豎直、牢固；③頂升的橋梁結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)是否相互獨(dú)立， 結(jié)構(gòu)頂升空間是否存在障礙物；④對(duì)頂升有干擾的設(shè)備是否都已移除。

(2)頂升系統(tǒng)檢查調(diào)試。 ①檢查泵站和油缸之間的液壓是否正常，加油時(shí)使用濾油器過濾，無(wú)油負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保證液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行，并且油路中無(wú)油阻塞或泄漏；②系統(tǒng)安裝到位，控制裝置接線和安裝正確，數(shù)據(jù)通信線路正確，PLC 控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，各傳感器系統(tǒng)信號(hào)正確傳輸，系統(tǒng)自由舉升，各閥工作狀態(tài)正常；③設(shè)置初始值，并讀取系統(tǒng)的初始載荷。 同時(shí)讀取控制系統(tǒng)壓力傳感器和位移傳感器的初始值[5]。

(3)預(yù)頂。貼合完成后，輸入頂升速度、指令位移、位移上下限和頂升誤差等數(shù)據(jù)，啟動(dòng)同步升按鈕，每次頂升高度不超過千斤頂工作行程，觀察監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)頂分段頂升完成后，評(píng)估此時(shí)狀態(tài)并確定是否進(jìn)行正式頂升。預(yù)頂?shù)淖饔檬潜ＷC各千斤頂?shù)耐胶晚斏到y(tǒng)的可靠， 在預(yù)頂過程中需同時(shí)對(duì)梁橋面板、千斤頂?shù)冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有無(wú)異常變化[6]。

(4)正式頂升，取出第一層墊層。 重復(fù)預(yù)頂升的步驟，輸入頂升速度、指令位移、位移上限等數(shù)據(jù)，進(jìn)行分段加載和頂升，當(dāng)各千斤頂?shù)奈灰茲M足要求時(shí)停止。進(jìn)行測(cè)量工作并實(shí)時(shí)反映測(cè)量數(shù)據(jù)， 對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)的差異， 如有較大偏差需及時(shí)進(jìn)行分析并制定調(diào)整方案。 若當(dāng)前工作狀態(tài)正常，則取出第一層墊層，再進(jìn)行下一步操作。

(5)同步降、落梁。同步降前，應(yīng)檢查臨時(shí)支撐的高度，并與鋼墊層高度進(jìn)行比較， 確定卸下臨時(shí)支撐墊塊的高度，滿足同步降的高度要求后，設(shè)置要頂升指令位移和位移下限等數(shù)據(jù)，再進(jìn)行千斤頂回油降落。一般采用分段降落，且每段降落指令位移不大于30 mm，以保證降落過程的穩(wěn)定安全。

(6)再分兩步取出第二、三層墊層和最后一層墊層，施工方式同上，頂升過程見圖8。 最終實(shí)現(xiàn)梁體落到蓋梁標(biāo)高處，完成施工。

圖8 頂升過程(取第二層墊層)

(7)頂升過程監(jiān)控

系統(tǒng)具備智能監(jiān)控功能， 可以對(duì)壓力和位移進(jìn)實(shí)時(shí)行監(jiān)控，并顯示在控制顯示屏上。圖9 為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)面板，此時(shí)顯示的是施工過程中某時(shí)間點(diǎn)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括預(yù)先輸入的頂升誤差、頂升速度、位移上限和位移下限等數(shù)據(jù)。當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)處理并報(bào)警提示，改變輸出壓力修正誤差，以保持頂升同步，是對(duì)頂升調(diào)控的主要方式。

圖9 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)面板

(8)檢查驗(yàn)收。施工需遵守《橋梁頂升位移改造技術(shù)規(guī)范》GB/T 51256-2017 的要求[7]。 頂升過程及結(jié)果符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求，梁體落到預(yù)定蓋梁標(biāo)高處。

5 結(jié)語(yǔ)

PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)適用于橋梁整體改造、橋梁糾偏、橋梁支座更換以及凈空不足的橋梁等。其優(yōu)點(diǎn)是相比以往施工方案既節(jié)省成本又能縮短施工工期，使用方式便捷，對(duì)交通影響較小，及對(duì)環(huán)境的污染也較小。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)說明了應(yīng)用PLC 多點(diǎn)同步頂升液壓系統(tǒng)施工工藝流程，相比其他頂升工藝，其具有施工便捷、適用范圍廣、精度高等優(yōu)點(diǎn)，為解決此類橋梁頂升問題提供了良好的解決方法。