不封閉交通情況下橋梁同步頂升研究

劉興祖，楊思傲，余敦旻

[上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433]

0 引 言

隨著社會經濟的發展，交通量急劇增大，大型車輛、超載車輛給橋梁帶來極大挑戰。支座作為連接橋梁上部結構和下部結構的重要構件，能否在使用過程中正常發揮作用，是影響橋梁結構耐久性和安全性的重要因素。

常規頂升工藝更換橋梁支座需要封閉交通，對車輛通行造成極大影響，如何在不封閉交通情況下更換橋梁支座就成了亟待解決的問題。針對該問題，計算機控制同步頂升更換支座系統提供了解決方案，該方案最大限度地減少施工的不良影響，特別是將成本和對環境的影響降至最小，具有其他工藝不可比擬的優越性[1]。

1 現狀調查與研究重點

經市場調查，現有超薄型千斤頂規格種類較多，其中最薄厚度38mm，直徑170mm，頂升行程15mm，頂升力100t。該千斤頂頂身高度和頂升力都滿足需求，但在以往支座更換工程應用中存在以下缺陷：（1）該千斤頂為單作用千斤頂，只可液壓控制頂升，無法實現液壓控制下落；（2）該千斤頂的帶荷下降只能通過板梁自重下壓實現，落梁過程無法采用電腦同步控制，有可能對板梁間的鉸縫造成損壞；（3）該千斤頂為單作用千斤頂，由于高度限制，千斤頂活塞無法控制不脫離缸體；（4）該千斤頂的完全收缸需要借助外力；（5）該千斤頂的頂升行程不夠富余。

因此，將以上問題作為本次研究重點，主要實現以下目標：（1）頂升多點可控；（2）防止千斤頂活塞脫離缸體可控；（3）帶荷下降可控；（4）自動完全收缸功能。

2 系統研發

研發階段一共經歷了3個階段，經不斷改進后，研發出油量控制頂升系統。

2.1 第一階段

第一階段的主要任務是：在超薄千斤頂與液壓泵站之間增設中間液壓控制器。

泵站通過中間液壓控制器控制超薄千斤頂的頂升伸缸和下降收缸的動作，使超薄千斤頂變成該控制器的一個終端。中間液壓控制器為一個類似千斤頂的液壓結構，它與超薄千斤頂串聯，通過液壓控制超薄頂進行有效可控的頂升、下降和回油的動作。

該方案經過工廠試驗后得出以下結論：（1）通過增設中間液壓控制器后，可控制千斤頂的同步頂升和降落操作。在最后收缸操作中，完全收缸效果不是100%可靠，部分千斤頂活塞需借助外力完全收缸。（2）超薄千斤頂活塞脫離缸體的情況無法在本方案中得到有效控制。（3）對單個千斤頂的頂升和降落控制依賴于中間液壓控制器和位移傳感器，要保證每個千斤頂的頂升和降落的同步可控性，需對每個千斤頂配套一個控制器和位移傳感器，所需設備數量龐大，造價高昂。

由上述結論可知，該方案未全部滿足設備升級改造要點中的要求。

2.2 第二階段

第二階段的主要任務是：對單作用超薄千斤頂進行改造升級。

針對千斤頂進行創新改造，增大千斤頂的頂升行程。在以往的簡支板梁支座更換案例中，每塊板梁下安裝超薄千斤頂的空隙不盡相同，需加塞不同厚度的鋼板墊實。由于加塞鋼板厚度的不同和人工安裝的誤差，在同步頂升的要求下，每個千斤頂伸出量不盡相同。同時由于千斤頂行程偏小，個別千斤頂易出現活塞脫離缸體，導致漏油后頂升失敗的后果。

此次研發大行程超薄千斤頂，并維持千斤頂本體高度不變，設計出雙面活塞式千斤頂，即在千斤頂上下兩面均帶有活塞，單面活塞的行程同以往千斤頂的行程，雙面的行程總和為原來千斤頂的2倍，達到30mm。

該方案工廠試驗后得出以下結論：（1）千斤頂可實現單面獨立加壓、先單面預壓再另一面正式頂升的操作。（2）千斤頂通過PLC控制可實現同步頂升，但同步降落受控制系統限制，無法實現。（3）千斤頂活塞面積遠小于原千斤頂，導致在同樣的荷載情況下，活塞的壓強過大，超過了蓋梁和板梁的抗壓承載力，鋼筋混凝土結構易產生破壞。（4）活塞脫離缸體的情況得到一定程度的避免，但無法杜絕。

由上述結論可知，該方案未全部滿足設備升級改造要點中的要求。

2.3 第三階段

第三階段的主要任務是：對千斤頂和頂升控制設備同時改造升級，研發出雙級可控超薄千斤頂和油量控制頂升泵站。

（1）雙級可控超薄千斤頂。為滿足頂升行程大、活塞面積不能太小的雙重要求，此次研發的千斤頂為雙級可控超薄千斤頂，即千斤頂活塞分兩級，一級嵌套在另一級內，采用分級頂升的操作方式實現大行程的頂升施工。同時活塞面積夠大，壓強不超過結構物的抗壓強度。

（2）油量控制頂升泵站。以往先進的頂升控制系統均采用PLC液壓同步控制系統。該系統通過位移傳感器控制每個頂升點的頂升同步性。但在簡支板梁更換支座的工程中，千斤頂為單作用千斤頂，無法實現同步落梁可控；且單次頂升的千斤頂數量較多，所需位移傳感器數量較多，才能滿足多點同步的要求。此外，單作用千斤頂的活塞脫缸現象無法通過控制系統監控杜絕。

為解決上述問題，研發出一種油量控制頂升泵站，即通過精確計量液壓油進出泵站的體積來實現頂升和降落的同步控制。該泵站通過記錄油壓泵電機的轉數來計量液壓油的流量體積，理論綜合誤差不超過5%。

將雙級可控超薄千斤頂和油量控制頂升泵站連通實施頂升，形成油量控制頂升系統，如圖1所示。該頂升系統解決了此次設備研發要點的全部要求。

圖1 油量控制頂升系統

3 項目應用與二次開發

油量控制頂升系統在該高架項目上通過同步頂升的方式完整地更換了所有支座，但在應用過程中發現存在2個問題需要進一步改進：

（1）蓋梁與板梁之間空間不足3.5cm，導致千斤頂不能放入，而需要鑿蓋梁頂面。

（2）頂升過程中通過油量來對千斤頂的下落進行控制，以進多少油出多少油的原理進行操作，但沒有考慮到油管的膨脹性等問題，導致進油量與出油量不能對等，從而沒有真正做到下落同步可控。

故針對以上問題，對千斤頂和頂升系統進行進一步開發。

3.1 側掛式千斤頂

開發新型側掛式千斤頂，以彌補現有頂升高度小于3.5cm的不足，如圖2所示。該千斤頂的特征如下：（1）可用于大于15mm的頂升空間；（2）側掛本體高度為250mm，頂升高度為30mm；（3）能與其他千斤頂混合使用；（4）控制精度為0.5mm。

圖2 側掛式千斤頂

3.2 位移控制頂升系統

該系統是一種以位移控制為主、受力控制為輔的頂升方法，設計結合了板式橋梁狹窄縫隙施工的特點，采用了新型外掛式超薄油缸和新型超薄型油缸，可以在狹窄空間條件下對老舊的板式梁進行多點的同步頂升來更換支座，采用遠端的可調小孔流量閥控，結合基站PLC全閉環反饋，通過全數字控制技術實現液壓同步頂升，實現對油缸頂升位移控制、系統保壓、位置保持。系統設計精度達到±0.5mm，同步精度達到±0.5mm，如圖3所示。

4 結語

支座作為橋梁工程中承上啟下的重要構件，關系著橋梁的結構安全和運營安全。采用傳統封閉交通或限流來更換支座，會帶來較大的經濟損失，并影響交通出行。與傳統工藝相比，計算機控制同步頂升系統具有不中斷交通、施工工藝大為縮短、施工成本低等優點[2]。

圖3 位移控制頂升系統

總之，計算機控制同步頂升系統的成功研發，不僅解決了不封閉交通施工的難題，也緩解了傳統施工方式與社會影響之間的矛盾，具有極高的社會推廣意義。