鋼筋籠頂推系統

唐三波，劉遠林

鋼筋籠頂推系統

唐三波，劉遠林*

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州510300）

以港珠澳大橋島隧工程沉管預制工程為例，介紹一種用于鋼筋籠整體頂推的系統。該套系統主要由液壓系統、滑移夾軌器、滑移導向裝置、計算機控制系統組成。根據現場使用情況，通過降低摩阻系數、降低液壓系統油溫等一系列措施，達到了降低施工風險、提高施工工效等效果。為今后相關施工提供借鑒。

島隧工程；沉管預制；鋼筋籠；頂推

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程沉管預制采用工廠法，鋼筋綁扎采取流水線施工工藝，鋼筋籠的移動通過頂推系統實現。

在底板鋼筋綁扎前，先在底板綁扎區的14條滑移軌道上鋪設滑移方鋼，再進行底板鋼筋綁扎。底板鋼筋綁扎完成后，依次頂推至豎墻綁扎區，進行豎墻鋼筋綁扎，然后頂推至頂板鋼筋綁扎區，進行頂板鋼筋綁扎，最后鋼筋籠整體頂推至混凝土澆筑區底模板上[1-2]。具體鋼筋頂推施工工藝流程見圖1。

2 鋼筋籠頂推系統

夾軌器滑移技術在鋼結構整體滑移施工中應用廣泛，港珠澳大橋島隧工程沉管預制鋼筋籠頂推系統在已有滑移技術的基礎上進一步優化，導入先進的計算機控制技術，使水平滑移技術再上臺階，保證了滑移過程中的同步性[1-3]。

圖1 鋼筋籠頂推施工工藝流程圖Fig.1 Flow chart for pushing of steel reinforcement cage

鋼筋籠頂堆系統主要由液壓系統、滑移夾軌器、滑移導向裝置、計算機控制系統4部分組成。該系統具有布置靈活、安裝方便、體積小、承載大等特點；可以結合標準軌道進行頂推施工，滑移距離不受限制；自動化程度高，操作方式靈活；控制精確，可實現毫米級的微調功能，能實現精確定位。

2.1 液壓系統

液壓系統由動力元件、執行元件、控制元件和輔助元件等部分組成，是整個鋼筋籠頂推系統的動力單元。

2.1.1 動力元件

液壓泵站是頂推系統的動力元件，其作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，為整個鋼筋籠頂推系統提供動力。

液壓泵站安裝在頂推大梁上，實現泵站跟隨滑移構件同時移動，能夠實現長距離滑移。

2.1.2 執行元件

油缸為頂推系統的執行元件，其作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線運動。一套頂推系統由4個80 t油缸組成。安裝時，拆除銷軸螺栓，將油缸吊裝到軌道上，人工調整高度，穿入銷軸并連接好螺栓。油缸大腔端與夾軌器連接，小腔端與導向機構連接，導向機構連接頂推大梁。

2.1.3 控制和輔助元件

頂推系統中的各種液壓閥是系統的控制元件，在液壓系統中控制和調節液體的壓力、流量和方向。頂推系統中的液壓閥包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。

輔助元件包括油箱、濾油器、油管及接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、油管總成、測壓接頭、壓力表、油位計、油溫計等。

2.2 夾軌器

夾軌器用來夾緊軌道，為鋼筋籠頂推提供反作用力，其機構原理見圖2。

安裝夾軌器時，拆除A、B部位固定螺栓（圖2），拆下連接附件，然后整體吊到軌道面上，再將相應的連接附件安裝上去，并鎖緊螺栓。

圖2 夾軌器Fig.2 Rail claMping device

2.3 滑移導向系統

2.3.1 滑移方鋼

滑移方鋼是承載整個鋼筋籠在軌道上滑移的元件，滑移方鋼通過在其下面安裝的特氟龍板在軌道面進行滑移，特氟龍滑板可以起到降低摩阻系數的作用。

在安裝滑移方鋼前，先將滑移軌道清理干凈并涂抹潤滑油，然后通過電磁鐵將滑移方鋼吊裝到滑移軌道上，并調整滑移方鋼軸線與軌道軸線保持一致，每條滑移方鋼長3 m，方鋼之間通過夾片和螺栓連接。

2.3.2 導向裝置安裝

滑移導向裝置主要是將滑移時產生的橫向力抵消，同時根據該項目的特殊要求，用來轉化結構受力體系。

2.3.3 導向機構與頂推大梁連接

1）拆除掛鉤上4只螺栓D，取下扣件。

2）將頂推大梁吊到導向機構上部，如圖3。

圖3 導軌裝置與滑移裝置連接Fig.3 Connection betw een guide railand sliding device

3）分別安裝好扣件，鎖緊螺栓，安裝完成。

2.4 計算機控制系統

2.4.1 控制柜

控制柜通過采集傳感器信號，讀取泵站及油缸動作的各個參數，然后通過手動、自動、順控3種模式遠程控制泵站，實現頂推動作。

2.4.2 行程傳感器

行程傳感器安裝在頂推油缸和導向機構上，將測量到的行程信號轉換為電信號，并將信號直接送入計算機控制系統，用來反映油缸的行程，即鋼筋籠每個行程前進的距離。

2.4.3 壓力傳感器

壓力傳感器通過三通接頭連接到油缸的進油口上。壓力傳感器用來測量每個頂推行程油缸的進油壓力，通過調整每個油缸的壓力來調整每個油缸動作。

2.4.4 系統調試

1）信號檢查

①控制柜選擇到手動模式，分別單獨給每個油缸動作信號，檢查油缸動作是否與控制信號對應。

②控制柜手動模式，調整比例閥按鈕，檢查泵站儀表上的數值是否與控制柜顯示的數值一致。

③拉動行程傳感器的感應鋼絲繩，檢查控制柜接收到的數值是否與傳感器顯示的數值一致。

④手動調整激光測距儀的數值，檢查控制柜數值是否對應變化。

2）動作檢查

①拆除夾軌器上的齒條。

②啟動泵站，選擇到手動模式，給伸縮缸動作，觀察輸出動作與油缸動作是否對應。

③旋轉比例閥旋鈕，伸缸，觀察比例閥調節過程與伸缸速度是否一致。

④伸缸到極限位置，繼續伸缸，系統伸缸壓力調到最大，觀察是否有漏油情況。

⑤縮缸到極限位置，繼續縮缸，系統縮缸壓力調到最大，觀察是否有漏油情況。

⑥泵站控制轉到自動模式，通過控制柜手動模式給動作，檢查油缸動作及速度與控制動作是否對應。

⑦控制柜選擇到自動順控模式，分別檢查動作與同步情況。

⑧安裝好齒條，進入正式頂推。

3 系統優化

3.1 減小摩阻系數

3.1.1 現場問題

在沉管預制場2號生產線上進行S2段足尺模型的鋼筋籠頂推作業時，記錄的相關數據見表1。

表1 頂推系統壓力Table1 Pressure of pushing system

由表1分析可知，S2鋼筋籠+胎架+預埋件重量M=300 t，頂推系統成套設備額定頂推力Fn= 200 t，啟動時克服最大靜摩擦力的頂推力F1= 126 t，頂推后克服動摩擦力的頂推力F2=72 t

通過數據分析，滑移軌道的摩阻系數f0達到0.24~0.4之間。摩擦系數過大可能導致以下問題:

1）頂推啟動壓力過大，啟動頂推力難以克服鋼筋籠所受的靜摩擦力。

2）足尺模型S2段鋼筋籠長度為5.8m，僅為標準管節長度的1/4，頂推過程中泵站壓力偏高，難以滿足以后整個節段鋼筋籠頂推的要求。

3）鋼筋籠在頂推過程中不穩定，導致部分鋼筋扎絲因受力過大而斷開，鋼筋籠內部結構發生變化[3-5]。

3.1.2 優化措施

1）對軌道不銹鋼表面進行打磨拋光處理。在滑移方鋼安放之前，對滑移軌道不銹鋼表面進行打磨拋光，并清理干凈之后再涂抹潤滑油，最后安放方鋼。

2）綁扎區域軌道的防護。由于滑移方鋼的寬度小于滑移軌道寬度，滑移方鋼兩側與軌道兩側翼板之間存在間隙，現場綁扎鋼筋籠時，扎絲、灰塵、焊渣等雜物容易落入下方的滑移軌道上，增大了摩擦阻力，并且容易損傷方鋼下的特氟龍滑板。在滑移方鋼上面兩側焊接40 mm×40 mm角鋼，覆蓋滑移方鋼與軌道之間的間隙，防止作業時雜物落入。

3）選用合適的潤滑油。潤滑油是影響鋼筋籠頂推摩阻系數的重要因素，在成本合理的情況下，必須選用最合適的潤滑油，減小摩阻系數。通過進行潤滑油摩阻試驗，選用幾種最常用的潤滑油，包括液壓油、石墨粉、機油、機油+石墨粉、鋰基脂、機油+鋰基脂，分別在無潤滑狀態下和使用各種潤滑油狀態下進行現場模擬試驗，記錄試驗數據（見表2），進行對比分析。

表2 潤滑油摩阻系數Table2 Friction coefficient of lubricating oil

試驗數據證明，使用機油+鋰基脂的潤滑效果最理想，再通過調整機油+鋰基脂的混合比進行試驗，選出最佳混合比，使潤滑油達到最佳效果。

在進行了上述優化措施后，成功降低了鋼筋籠頂推的摩阻系數，保障了鋼筋籠頂推施工的順利進行。

3.2 頂推偏差控制

3.2.1 現場問題

通過幾個節段的鋼筋籠頂推施工，發現頂推泵站出現油溫過高的情況。油溫過高導致液壓密封件損壞，引起液壓系統滲油、漏油，導致系統頂推不同步，最終出現鋼筋籠左右兩邊行程偏差較大。

3.2.2 原因分析

鋼筋籠頂推系統的泵站將控制系統裝配在電機和油箱上方，并且整體裝配在一個密封的鐵柜中。因此，系統在運轉時油箱和電機的熱量都直接傳遞到控制系統，對控制模塊造成很大影響。

3.2.3 改進措施

1）改進控制系統的散熱裝置。在控制箱上安裝2個可以對流的散熱風機，將控制箱中的熱量很好地散發出去，另外將封閉的鐵柜頂打開，改成可以開閉的折疊門，系統運行時將其打開散熱。

2）增加水冷降溫措施。在液壓泵站油箱的4個側面加設水箱。系統運行時，在水箱中加滿水，可以起到很好的降溫效果。

3）采用風冷設施。在液壓泵站的電機旁增加了1套風冷設施，不僅能夠通過送風給電機散熱，而且能夠通過循環給液壓油降溫，更好地為系統降溫。

對頂推系統進行以上幾項改進后，鋼筋籠頂推的精度得到了很好的控制。

4 結語

港珠澳大橋島隧工程鋼筋籠頂推作為工廠法沉管預制的一項關鍵工序，是保障沉管預制流水線施工的重要環節。因此，選擇了比較先進的鋼筋籠頂推系統，以保證鋼筋籠頂推施工。

在前一階段的鋼筋籠頂推施工中，頂推系統出現了摩擦力大、左右兩側頂推行程偏差大等問題，根據現場情況和設備的特點，對頂推系統進行改進，提高了系統的有效性和穩定性，使鋼筋籠頂推施工能夠順利進行，滿足施工的安全、質量和進度要求。

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Pushing systeMfor steel reinforcement cage

TANG San-bo,LIUYuan-lin*
（No.2EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

Based on the practice in prefabrication of immersed tunnel segments for the island and tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridge,we introduced a systeMthat is used to push the whole steel reinforcement cage,which is mainly composed of a hydraulic system,lock rail device,guiding device,and a computer-control system.According to the usage on site,the risk of construction is reduced and the effect of construction efficiency is improved by a series ofmeasures such as reducing the friction coefficientand reducing oil temperature of the hydraulic system,whichmay provide references for similar projects.

island and tunnel project;prefabrication of tunnel segments;steel reinforcement cage;pushing

U655.33

A

2095-7874（2016）07-0039-04

10.7640/zggw js201607012

2016-05-23

2016-06-15

唐三波（1980—），男，湖南永州人，工程師，從事工程質量管理工作。

*通訊作者:劉遠林，E-mail:584939884@qq.com