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      大吨位连续刚构桥远程监控智能转体施工技术

      时间:2015-02-06 00:00:00 | 来源:| 阅读:349
      内蒙古G7高速大吨位连续刚构桥
      远程监控智能转体施工技术总结
        一、工程概况
        京新高速跨京包铁路分离立交桥,起止桩号:K123+138.8~K123+717.5,全长579m。
        主桥跨越运营繁忙的京包铁路,根据工程项目地点的实际情况而设计跨越京包铁路。该桥为双幅一孔跨越京包铁路,主桥上部转体部分跨越铁路为2×69m单T变截面连续箱梁,在铁路两旁搭支架现浇,浇筑完成后转体合拢。单幅转体总重量W=12000t,左右幅同步顺时针转体角度为62.5°,转盘直径15.3m,球铰平面半径为1.95m。转体由转体下转盘、球铰、滑道、撑脚、上转盘、转体牵引系统等组成。
        转体桥施工的关键点:每幅各2台200吨连续牵引千斤顶等力连续施加平衡力,依球铰中轴为圆心转动至设计的位置。施工中现场设置的主控台及摄相装置实时反馈信息到指挥室投影屏幕上,指挥人员依据反馈数据,准确指挥转体到设计位置。转动质量在我国连续刚构桥转体中,吨位是较大的,因此配重和施工过程中精度控制的难度还是比较大的。
        二、转体的主要施工要点
        平面转体施工是将转动体系浇筑在承台上与墩柱成为一体,梁体采用搭设支架分节段现浇方法,待梁体混凝土强度满足要求后旋转到设计位置,适用于跨越不间断交通的航道、铁路或公路的桥梁施工。转体施工的主要工序有:转动体系施工→试转→正式转体→封盘及合拢段施工。其中转动体系是由下转盘、钢球铰、上转盘、转动牵引体系组成。转体下转盘是支撑转体结构全部重量的基础,滑道采用不锈钢板,工厂分节段加工,运至现场拼装施工;上转盘附着在下转盘上安装,固定成型后,即可绑扎主墩钢筋、立模板、浇注主墩混凝土,完成上部结构施工。
        2.1下球铰骨架和转体滑道骨架安装
        骨架由工厂内焊接运到施工现场安装。安装采用吊车吊装,放在承台中心,然后利用预先放出的十字线控制其位置,采用水准仪进行高程控制,保证其相对高差不大于3mm。若滑道骨架较大,采用分两段加工,加工后首先在工厂内试拼,试拼合格后运至现场吊装入位,采用十字线控制位置,利用水准仪进行高程控制,水平调好后与预埋件焊接牢固,保证相对高差小于3mm。
        2.2钢球铰安装
        球铰运到现场后吊放在球铰骨架上,保证下球铰边缘各点高程差不大于1mm,滑道面相对高差不大于2mm。
        2.3临时砂箱的施工
        砂箱和撑脚用来共同支承上转盘和上部结构的重量,同时起到稳定上转盘作用。使整个转体系统受力均匀,不致变形。
        2.4主梁施工
        主梁采用搭支架现浇施工。在搭设支架前,先对支架范围内的地基进行处理。再铺设10cm厚C20混凝土找平,支架搭设好后,预压质量为箱梁恒载的1.2倍。主梁现浇箱梁混凝土等级为C55,浇注混凝土时,严格控制混梁凝土的坍落度,箱梁浇注在保证坍落度的情况下采用混凝土泵车及地泵进行。
        2.5转体准备及试转
        首先进行梁体称重,再根据称重结果进行配重,使得转体箱梁在转动过程中处于最稳定的状态。本桥根据实测结果算得,左幅大桩号方向配重重量约为12t,其中心置于距离铰中心60m处,右幅小桩号方向配重重量约为30t,其中心置于距离铰中心60m处。对于横向偏心,在纵向配重时有意侧重横向轻的一侧首。
        在转体试转之前拆除箱梁现浇支架,随时掌握天气变化情况和施工现场的风压,若风压超过设计施工阶段风荷载设计标准,应采取安全稳固措施,确保梁体稳定。
        首先调试牵引系统,清理砂箱、滑道,拆除平转障碍,辅助千斤顶安装到预定位置后,启动牵引千斤顶使转动体系转动,在平转就位处设置限位器,防止出现转体过度。
        为检查转体过程中转体体系结构是否稳定,关键受力部位是否发生变形开裂等异形情况,观察牵引设备的性能以及测定上下球铰间的摩擦系数,预紧钢铰线,故而在正式转体之前进行试转体,试转体一切正常方可进行正式转体。
        2.6转体
        同步张拉牵引千斤顶,能按设计值转动转体体系,直至撑脚水平位移观测确定启动。张拉时控制张拉牵引索匀速平转,主梁端部水平线速度控制在1.24m/min以内,平转过程中测量人员反复观测轴线偏位,梁端部位高程变化。
        平转基本到位(距设计位置约lm处)减速,降低平转速度,距设计位置0.5m处,采取点动操作,并与测量人员配合确认点动后梁端弧长在距设计位置0.lm处停转,测量轴线,根据差值,精确点动控制定位,防止超转。
        转体就位后,精确调整转体倾斜位置,采用钢抄手进行抄垫8对撑脚固定,并立即用电焊将钢抄手同上支撑顶面钢板、下盘环形滑道预埋钢板进行全面焊接,保证精确就位的结构不致发生轻微偏移。
        2.7转体封盘施工
        待转体旋转到位时,利用水准仪、全站仪精确校核桥梁的高程及轴线符合规范要求,安装上下盘之间的1m的模板,根据现场情况,在模板周围对称留8对砼入模口,保证砼入模及砼浇筑振捣密实,待砼达到2.5Mpa时压浆填满缝隙。
        三、针对转体过程中可能发生的紧急情况制定如下对策
        (1)不能在规定的封锁时间内完成转体任务:
        当预计到不能在规定的时间内完转体任务时,应提前30分钟通知驻站联员,本次施工任务不能按规定时间完成。
        不能在规定的时间内完转体任务时由以下原因
        ①初次牵引,千斤顶牵引不动。
        理论上四氟板的摩擦系数很小(≤0.1一般在0.06~0.09),但由于施工现场环境的差异的各种因素的存在,牵引初期的摩擦系数还是较大的。
        用安装准备好的2台200T千斤顶组成力偶助推系统。
        助推系统应在试转前安装、调试好,以便随时可以投入使用,以增加施工紧凑性,保证施工进度。
        ②在转体过程中滑道四氟板发生阻碍。
        立即停止转体,用事先准备好切割设备,切割滑道上的撑脚或切割部分四氟滑板。
        ③在转体过程梁的两端发生不平衡。
        立即停止转体,用事先准备好水泵对重的一端,标有刻度水箱进行排水减轻重量,使梁体两端平衡。
        ④在转体过程中突然停电。
        立即停止转体,用事先准备350KV发电机(保证在5分钟内运行正常)立即起动。
        ⑤在转体过程中突然发生大风、大雨。
        立即停止转体,用事先准备好的钢抄抄紧撑脚或用型钢(600×8mm钢管)支撑上下承台。
        (2)在转体过程中,桥上的施工机具坠落伤击铁路电网及铁轨:
        在转体前,清理桥面所有的施工设备及杂物,同时临边防护杜绝有坠落物。
        (3)在转体过程中,由于观看人员多,防止意外伤害:
        在转体前,转体施工范围内拉上警戒线及作业区危险提示,同时配备足够的安全防护人员进行值勤,保证观看人员不得进入施工作业区域及铁路线内。
        (4)在转体过程中,由于施工连续张拉千斤顶发生故障:
        在转体前,转体施工现场备份二套连续张拉千斤顶及易损配件,保证设备及时更换。
        四、转体施工监测
        4.1平面转体检测技术参数
        4.1.1静摩擦力和动摩擦力
        其摩擦力计算公式为:
        转体总重量W为120000KN
        其磨擦力计算公式:F=W×μ
        启动时静磨擦系数按μ=0.1,静磨擦力F=W×μ=12000KN
        转动过程中的动磨擦系数按μ=0.06
        动磨擦力F=W×μ=7200KN
        转体牵引力计算:
        T=2/3×(R×W×μ)/D
        R为球铰平面半径,R=1.95m
        D为转台直径,D=15.3m
        转体角度:θ=62.5°
        μ为球铰磨擦系数,μ静=0.1,μ动=0.06
        计算结果:
        启动时所需最大牵引力T=2/3×(R×W×μ静)/D=1020.1KN
        转动过程中所需牵引力T=2/3×(R×W×μ动)/D=612.1KN
        动力储备系数2000KN/1020.1KN=1.96倍
        钢绞线的安全系数:
        19根/台×26T/根/102.1T≈4.84倍
        计算结果表明千斤顶动力储备和钢绞线的安全系数均达到了本类型工程施工的要求。
        4.1.2转体时间的计算
        千斤顶的牵引理论速度(mm/min)=泵头流量(L/min)/(2×伸缸面积)
        理论上由于泵头的实际流量可根据要求从0到40L/min进行选择,所以转体的速度可根据设计的要求而设定在规定的时间范围内实现施工要求。
        根据转体角度62.5°及上转盘半径7.65m,计算出钢绞线牵引长度L=8.345m,69米梁端转过弧线长度为75.23m;
        现将ZLD.B泵站流量调整为24L/min
        计算出千斤顶动作速度V=(24÷0.163992)×60=8.8m/h;
        转体所用时间t=L/V=0.94h=57min;
        牵引钢绞线速度:0.15m/min;
        转体角速度:1.1°/min,即0.019rad/min;
        转体悬臂端线速度:75.23÷57=1.32m/min;
        根据《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)》规定,转体角速度不大于0.01~0.02rad/min,转体悬臂端线速度不大于1.5~2.0m/min。上述计算数据均满足规范要求。
        4.1.3同步性的保障
        本工程一套转体系统采用可调节流量的柱塞泵头,可根据设计要求实现无级调速,设备在安装调试时,已调到规范要求使两边同步。但由于实际上两幅桥的摩擦系数因施工现场环境的差异而有所不同,在转体过程中根据测量数据,改变泵头流量加快或减慢转体速度,使两幅桥的转体速度达到同步。如4000KN的牵引力转不动时,应当停止本次转体施工,检查清楚转动力非正常增大的异常情况后再进行转体施工。
        ZLD200自动连续顶推系统,在每台顶最多可配置19根钢绞线,满载功率时油路系统压强在26Mpa,可正常运行顶推2000KN;千斤顶超载时,压强在50Mpa下,每台顶可达4000KN的顶推力都均在ZLD200千斤顶的正常安全使用范围。
        4.1.4两点等力同步牵引的保障
        两点因摩擦力等因数影响,对关键的转体安全施工是个难点。牵引两点钢绞线位移同步控制在转体施工中的重要性,应当绝对让位于牵引两点等力同步牵引控制之后。在每个转盘分别独立的液压系统,采用计算机程序控制,实时比对,用电脑程序准确控制至设定的压力差范围内,实时比例控制每个转盘分别独立的液压系统电磁阀平衡工作。这一关键控制技术经此工程施工中得到完善,将极大的保证转体工程的安全施工。
        4.1.5转体不平衡力矩现场配重计算
        现浇梁施工过程中不可能做到转动球铰两侧完全对称,因此一定存在不平衡力矩,这对转体施工安全是极其不利的,因此在转动之前要进行不平衡力矩测试。
        (1)转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩
        在转动体重心偏向的另一侧承台实施顶力P1,当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间,有:P1*L1-MG=MZ ①   式中:MG为转动体不平衡力矩;MZ为球铰摩阻力矩。
        在转动体重心偏向侧承台实施顶力P2,当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间,有:P2*L2=MG-MZ ②
        (2)转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩
        不平衡力矩:MG=(P2*L2+P1*L1)/2 ③
        摩阻力矩:MZ=(P1*L1-P2*L2)/2 ④
        (3)摩阻系数及偏心距
        球铰静摩阻系数:μ=MZ/(0.98*R*N) ⑤
        转动体偏心距:e=MG/N ⑥
        式中:R为球铰中心转盘球面半径;N为转体重量。
        根据本桥三号墩的实测结果,本桥P1=1421kN,P2=439kN, L1=L2=7.65m,根据公式⑤和⑥计算得:
        球铰静摩阻系数μ=3756.15/(0.98*1.95*120000)=0.016;转动体偏心矩e=7114.5/120000=0.059m。则配重重量P配=7114.5/60=119KN,即配重重量约为12t,其中心置于距离铰中心60m处。
        4.2落架梁端挠度测试
        转体梁在落架前,梁体自重基本上由托架支承,即此时的转体梁并未进入工作状态。随着落架的进行,梁体逐渐承担起其自重和预应力的作用。因此,梁体两侧落架的顺序、落架的同步性对其受力和变形的均衡有较大的影响为了保证落架过程中梁体受力的均匀性,指导落架的同步和进度,有必要对落架过程梁体悬臂端挠度进行检测,测点布置在转体梁悬臂端的左、右侧,自墩项中心线向两侧每10m一个测试断面,每个断面在梁的左、中、右位置测3个点,在落架前测l次,在落架后测l次。在监测过程中发现异常及时调整落架方案。
        4.3试转参数测试
        为保证转体施工的顺利进行,避免对邯长铁路的千扰,在正式转体施工之前,要进行试转,通过试转来测试转体是否需要助力启动、每分钟主桥转动的角度及悬臂端所转动的水平弧线距离是否控制在设计要求内。梁端转动弧长测试时,将塔尺水平放置在箱梁悬臂端,零刻度和箱梁中心线重合;在盖梁上置一全站仪,测量试转时梁端的速度。
        4.4每分钟转速监测
        根据预先确定的正式转体时的角速度和主梁端部水平线速度计算出每分钟转台转过的弧长,在转盘上贴刻度进行标识,并在转体限位处,下承台上设置固定指针,以此来控制和观测转体的转速和就位情况,确保将转体速度控制在设计要求范围内。
        4.5转体精确就位的测量控制措施
        将塔尺水平放置在箱梁悬臂端,零刻度和箱梁中心线重合,在引桥端部上方置1台全站仪,仪器预先对准就位后箱梁中心线方向,待箱梁上的塔尺行进至仪器视线中时,测量人员立即将塔尺读数汇报给控制人员。测量频率在lm以外时按50cm一个单元控制,20cm以外按10cm控制,20cm以内按1cm一个单元控制。
        五、远监控智能转体设备
        本工程转体系统由4套ZLD200-200型自动连续转体千斤顶、4台ZLD.B液压泵站和2台ZLD.K主控台通过高压油管和电缆线连接组成2套转体动力系统。每套连续牵引千斤顶公称牵引力2000KN,额定油压26MPa,由前后两台千斤顶串联组成,每台千斤顶(前、后顶)前端均配有夹持装置。一台笔记本可远程监控两套系统同时牵引两幅桥。分别具有手动与一键自动完成连续牵引转体的功能,笔记本还具有报警实时监控紧急停机功能。
        5.1远监控智能转体设备现场布置
        5.2远监控智能转体设备的运用
        六、结语
        大吨位连续桥远程监控智能转体的应用,能适用于地势平缓的跨河、跨铁路等状况,有造价低、大多数时间不间断交通的优点。远程监控智能转体为转体质量大、转体过程中的稳定性和安全性施工提供重要的安全保证。同时值改进的:1、转盘牵引钢铰线埋入上转盘体内,方便牵引束的安装及美观;2、整个梁体可搭支架可分2至3次浇筑比分块件浇筑大大节省工期、人工、机械设备的投入,能创造更多的经济价值。

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