电磁控制技术在钢箱梁顶推施工中的应用研究

王爱美 李启懂

(1.山东职业学院，山东 济南 250104； 2.济南城建集团有限公司，山东 济南 250000)



电磁控制技术在钢箱梁顶推施工中的应用研究

王爱美1李启懂2

(1.山东职业学院，山东 济南 250104； 2.济南城建集团有限公司，山东 济南 250000)

以临沂市南京路沂河大桥为例，介绍了钢箱梁顶推施工方案，针对施工试验段顶推系统存在的问题，提出了采用电磁控制技术提高施工精度的方法，解决了施工精度偏低的问题。

桥梁工程，钢箱梁，顶推施工，电磁控制

1 工程概况

南京路沂河大桥位于山东省临沂市，东起河东区，西至兰山区，桥梁全长1 023 m，其中主桥为(50+150+150+50)m的飞雁式异形拱桥，主桥梁体采用钢混组合体系。主梁采用双边箱型主纵梁结合桥面板的整体断面，全长271.0 m,桥面全宽44.1 m，双向2%横坡，梁高3.3 m。主梁钢结构部分施工采用棘块式单向顶推施工工艺，主梁梁体主要承重为钢结构，因此其在顶推过程中的质量控制对于影响全桥承载能力及其使用寿命尤为关键(见图1)。

2 钢箱梁顶推施工方案

2.1 临时墩布置

全桥顺桥向共设置7个临时墩和3个滑道，其中在兰山区侧主跨布置3个临时墩，在河东区侧主跨布置4个临时墩，另外为了均匀分配顶推过程中支墩受力，在6号边墩上设置1个滑道，在7号主墩上设置2个滑道。临时墩和滑道间距布置为(2×28.125+30+28.976+18.923+36.6+28+32.125+29.947)m。另外为了保证后续桥面板安装和钢拱肋拼装时安全及线形需要，在顶推临时墩中间插设临时钢管支撑。

2.2 钢箱梁节段划分

钢梁和钢拱安装节段连接为全焊接形式，节段较短就会造成节段过多，之间的连接焊缝多，焊接工期较长，影响钢箱梁的安装周期，因此钢箱梁的纵向节段划分长度不能太短，但为了满足运输需要也不能太长，同时考虑现场吊装拼装机械起重情况，重量控制在60 t以内。综合考虑以上因素，将钢箱梁划分为25个节段。

2.3 顶推系统设置

钢箱梁安装采用棘块式单向多点顶推方式，在临时墩顶上安装7套顶推系统，其中1号～4号和6号临时墩上安装相同的顶推系统，滑道长度为9 m，5号和7号临时墩上安装的顶推系统滑道长度为13 m，两种顶推系统须提供相同的水平顶推力，见图2。

2.4 顶推施工工艺流程

场地准备，河道筑岛，主桥边、主墩施工→临时墩施工，钢箱梁拼装平台→钢梁L1节拼装成体→安装导梁、焊接成体→第一次顶推→安装L1节～L2节段梁→第二次顶推→循环顶推至完成。

2.5 钢箱梁安装线形控制

1)轴线控制。

钢箱梁设计平面线形为直线。施工现场拼装，要通过测量手段和匹配件来控制钢箱梁能连接成一条直线体，这是对钢箱梁线型实现精准控制的第一步。在每个临时墩上设有限位系统，即棘块和齿板。保证钢箱梁在顶推过程中前进路线不会偏离滑道。顶推过程中的调整可以利用临时墩顶的限位，在顶进的过程中进行横向顶撑齿板，改变钢箱梁行进的方向，以此达到纠偏的目的。

2)竖向线形控制。

钢箱梁标高控制主要是依靠拼装胎架顶的牙板标高控制，在钢箱梁块体安装之前，把顶推平台桩帽落至总拼胎架标高之下，把牙板按照设计标高调整焊接好，然后钢箱梁块体吊装至总拼胎架牙板之上，再测量梁顶标高，通过牙板调整标高。

钢箱梁的曲率主要是依靠钢箱梁节段之间的转角来实现，而转角是依靠控制点的标高调整来实现，在标高调整的同时也就实现了钢箱梁相对之间的转角，最终实现钢箱梁的正确曲率。

3 钢箱梁顶推施工中存在的问题及原因分析

钢箱梁试验段施工之初,首先进行了前7节的试验段施工,对1节～7节钢箱梁安装质量进行调查分析：共计检测7节钢箱梁，42个拼装节段，168个检测数据，共计32个不合格点，统计如表1所示。

由表1可知,影响钢箱梁施工精度的主要因素是轴线偏位,针对这一问题,我们从人员、材料、机具、测量、环境、方法等六个方面进行原因分析，最终找到影响钢箱梁轴线偏位的主要原因是顶推系统中各千斤顶顶力和行程不一致，即顶推系统出现问题。

表1 质量缺陷类型统计表(一)

4 制定对策及实施验证

4.1 顶推系统改进

针对顶推系统中的问题，我们引入电磁控制技术来控制各个千斤顶和施力源。电气控制系统的引入，加上在计算机控制下确保了7套顶推系统提供的推力均衡且同步。每套液压系统由12件螺母锁紧油缸、1套高压液压泵站、2套超高压液压泵站、4件顶推油缸、压力和位移传感器、高压软管及液压接头等附件组成。液压泵站及主机见图3。

箱梁的标高可通过系统控制的竖向千斤顶来控制，并使作用在千斤顶上的钢箱梁通过精确控制实现所受支撑力的均衡，钢箱梁所受支反力的大小得到自动控制采集，系统通过调整顶推油缸的顶推力来控制顶推千斤顶的施力情况，二力的精确配合使钢箱梁可以精确到达指定位置。随着钢箱梁顶推阶段的不同，其所受顶推力的大小也在变化，在临时墩一侧安装有比例阀，以此来调节不同阶段顶推力的大小。

钢箱梁的前进主要是支墩摩阻力的作用，若能保证顶推力与摩阻力相匹配，那么钢箱梁的受力和位移将会实现同步。系统安装的位移传感器就是通过实现对顶推油缸位移的检测，将数据反映给总机来实现这一精确控制。此外，每个临时墩上设置的分控制器将各自的顶升、顶推装置控制，压力数据、采集的位移数据和出现故障时的报警等，通过信号传输输送给主控制器，这样主控制器就实现了对整个系统的集中控制，确保了指令的唯一性和可控性。

电器原理图见图4，顶推系统控制原理见图5。

4.2 液压原理

1)顶升液压原理。工作压力为700 bar电动泵站输出高压油驱动油缸，泵上的电磁换向阀控制油缸升降的方向；8个螺母锁紧油缸分成左右侧两组，每组由一个电磁控制阀来控制。压力传感器和位移传感器配置在每侧4个油缸的进程油路上，检测顶推系统受到的力和位移并将检测到的数据传到控制器进行运算比较，然后发出控制指令通过电磁控制阀来控制每个墩上的两侧油缸的顶升力和位移。并实时检测支撑油缸的支反力大小，实现钢箱梁顶推施工的精确控制。此数据一方面供顶推系统推力控制使用，另一方面与钢箱梁单点单侧最大允许支反力相比较，确保钢箱梁受力在允许范围内。

2)顶推液压原理。在有支撑油缸的临时墩，通过压力和位移传感器采集顶升系统变化的支反力，传输到控制系统。控制系统结合恒定的摩阻力会迅速算出所需顶推力的大小，然后发出指令调节顶推油缸的顶推力，实现精确控制。对于垫块支撑处的临时墩，控制恒定的顶推力。

4.3 效果验证

顶推系统改进后，顶推过程中对后续8节～25节钢箱梁安装质量进行调查，调查结果为：共计抽查144个点，安装精度达到96.5%，统计如表2所示。

表2 质量缺陷类型统计表(二)

5 结语

在整个顶推施工过程中，我们引进电磁控制技术，结合了仿真计算分析、施工过程中实时监测及误差调整这三点，更是利用现代科技发展成果来服务我们的施工，结果是使控制精度增加，实现精确控制。施工过程中会出现各种各样的问题，希望本文能为今后的类似施工提供参考和经验。

[1] 闫宗山,蒋圣宝,荣 杰.青银高速济公路南黄河大桥钢箱梁顶推施工定位误差控制[J].中华建设,2008(8):69-70.

[2] 赵志平.桥梁顶推施工的精度探讨[J].桥梁建设,1994(2):70-73.

[3] 董启军.连续钢箱梁顶推施工[J].施工技术,2005(5)：91-92.

[4] 戴 杰.钢箱梁斜拉桥主梁顶推法施工阶段控制研究[D].西安：长安大学，2009.

Onapplicationofelectromagneticcontroltechniqueinconstructionofincrementallaunchingofsteelboxgirder

WangAimei1LiQidong2

(1.ShandongVocationalCollege,Jinan250104,China; 2.JinanUrbanConstructionGroupCo.,Ltd,Jinan250000,China)

Taking Yihe Bridge along Nanjing road in Linyi as the construction experimental section, the paper introduces the construction scheme of the incremental launching of steel box girder, and points out the electromagnetic control technique can improve the construction accuracy and solve the problem with lower accuracy according to the problems in the incremental system.

bridge project, steel box girder, incremental construction, electromagnetic control

1009-6825(2016)34-0176-03

2016-09-26

王爱美(1986- )，女，助理讲师； 李启懂(1986- )，男，助理工程师

U445

A