某大桥主桥钢箱梁落架施工方案.docx
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某大桥主桥钢箱梁落架施工方案
目录
1工程概况2
1.1工程简介2
1.2工程特点和难点4
2多点同步顶升（下降）液压系统5
2.1系统原理图示6
2.2PLC控制系统介绍6
2.3液压系统介绍8
3同步落架方案12
3.1方案简介12
3.2实施步骤13
3.3实施过程的有关注意事项15
3.4工序及工期安排错误！
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XX大桥主桥钢箱梁落架施工方案
1工程概况
1.1工程简介
XXXX大桥主桥为反对称钢塔五跨连续钢箱梁斜拉桥，其跨径布置为2×50+180+2×50=380m。
桥面最大纵坡为0.8%，主梁为栓焊流线形扁平钢箱梁，梁高3.0m、宽47.5m。
根据构造及施工需要，主梁划分为A～N14种共计35个梁段，梁段长度4.8m～12.0m不等。
单片梁段最大重量约313t，整个主桥钢箱梁重达8700余吨。
该桥造型独特，结构形式新颖，各构件受力特性、施工方法和难度均不同于常规斜拉桥（见图1XX大桥（主桥）立面、平面布置图）。
图1XX大桥（主桥）立面、平面布置图
大桥主桥兼有斜拉桥和连续梁的特点，鉴于大桥特殊的结构形式和先梁后索的施工顺序，针对实际情况，项目方案小组最后决定采用钢箱梁在管桩基础＋贝雷组成的支架上拼焊的方法（以下简称满堂支架法）。
主梁35个钢箱梁梁段通过满堂支架上的轨道平车运送到指定位置，按无应力线形将钢箱梁段在支架上定位拼装并焊接成整体形成主梁（见图2主梁控制线形图中的无应力拼装线形），其后通过落架将钢箱梁大部分自重由主梁自身承担，再张拉斜拉索，拆除临时墩，最后安装风嘴，施加二期恒载达到成桥线形。
图2主梁控制线形图
满堂支架跨径布置从南至北依次为：
9×12＋18＋3×24＋3×21＋15＋9＋7×12＋11＝380m。
钢箱梁主跨径180m下的支架均为单层上下加强24排贝雷桁架,基础为双排（6根）群桩墩；其余边跨均为单层16排贝雷桁架（不加强）,基础为双排（4根）群桩墩。
满堂支架在深水主通航孔处基础采用φ820×12mm钢管桩，深水非通航孔处基础采用φ630×10mm钢管桩，浅滩及陆地的桩基础在水（地）面以下用φ500×100mmPC管桩。
落架点A～I设在主跨180m下的临时支墩上（13～14＃支墩之间，其中A点、I点设在13＃、14＃支墩上）。
如图3示：
图3落架点布置图
本项目主桥结构体系独特、桥塔刚度小，斜拉索无法提供强大的拉力，成桥阶段恒载及营运阶段的活载很大部分由钢箱梁自身来承担。
因此设计者匠心独运，拼焊时有意使主跨钢箱梁上拱（跨中最大约1.0m）。
焊接完成形成主梁后，通过分步、缓慢降低主梁钢箱梁下支垫的高度，从而降低预拱使主梁趋变接近于落架完成后的线形（见图2主梁控制线形中的落架完成后的线形），上述过程称之为落架。
1.2工程特点和难点
XX大桥主梁为连续梁的受力体系，连续梁对支座沉降非常敏感，落架点较小的位移就会引起各支点较大的反力变化。
根据理论计算分析，落架时若出现某一个临时墩脱空，由梁体自重在该脱空点仅产生4mm左右的下挠（见表1）。
落架过程中如果出现某一落架点脱空时，势必相邻落架点的反力会相应增大甚至超过临时墩的承载力（河中每个临时墩设计承载力为5000KN）。
基于以上原因这就要求落架过程中以落架点的支反力控制为主，同时密切关注落架点的位移，以确保落架过程中临时墩的安全和成桥线形。
落架作业要分步缓慢下降、下落时位移的精度控制在±1mm内。
表1临时墩脱空时箱梁在该处下挠量
落架点
临时墩反力（kN）
下挠量（mm）
A
B
C
D
E
F
G
H
I
B
5797
/
4118
1978
2625
2078
2377
1455
4678
-6.3
C
4080
3819
/
4498
1707
2310
2328
1465
4676
-8.1
D
4843
1209
4493
/
4478
1268
2549
1419
4684
-7.8
E
4683
2055
2027
4188
/
4125
1581
1622
4648
-6.4
F
4713
1894
2753
2056
3946
/
3926
870
4781
-4.6
G
4708
1925
2614
2674
1860
3830
/
3155
4133
-5.1
H
4709
1918
2644
2540
2578
1682
3497
/
5470
-3.4
备注
1、表中“/”表示该处临时墩脱空；
2、各临时墩反力均指一侧支架上的反力，位移以向上为正；
XX大桥钢箱梁380m×47.5m，重达8700余吨，落架高度840mm（跨中位置）。
如此巨大的重量和落架高度，国内外没有可供借鉴的经验和工程实例，落架施工难度非常大。
为此项目部积极同业主、设计、监理、监控等各方沟通，又多次联合实用动力（上海）、柳州OVM公司、同济大学等国内外知名厂家、科研单位交流进行技术攻关，最终确定采用PLC控制的多点同步顶升（下降）液压系统来实施同步落架作业。
为确保整个落架过程中操作人员和支架临时墩的安全，落架时千斤顶和支垫钢凳的压力不容许超过设计压力的10％。
注：
1、PLC（可编程控制器（ProgrammablelogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计
2、此处所说的同步落架是指以不同的下落速度同时落架。
2多点同步顶升（下降）液压系统
本系统主要包括PLC控制系统和液压系统两大部分。
2.1系统原理图示
图4多点同步顶升（下降）液压系统原理图示（参考）
2.2PLC控制系统介绍
本控制系统在每个临时支墩上设有一个分控制器，通过网络总线与主控制器连接，主控制器实现对整个系统的集中控制，包括：
液压顶升装置的控制，压力数据、位移数据的采集以及各种故障的报警。
整个控制系统与液压系统的连接布局如下图5所示：
图5系统布局及连接图
PLC控制系统是实现同步动作的关键。
本套同步控制系统主要应用于大吨位物体在精确位置控制下的顶升和下放。
它是基于闭环控制系统理论，将每个控制点的压力信号作为受控参数，各个控制点的位移信号作为参考量。
通过传感器采集这些信号，将这些信号传输至控制器。
控制器接受并处理这些信号。
控制器比较运算这些同类信号并和输入的允差值进行比较，当发现某一受控点有超差的可能时，控制器发出信号，让该点的二位二通电磁截止球阀动作，关闭液压油路，终止该点液压千斤顶的动作，从而限定该点的压力和位移。
同样当信号反馈指出该已停止点有滞后现象时，控制器发出信号，让该点的二位二通电磁截止球阀动作，开启液压油路，让该点的液压千斤顶恢复上升或下降的动作。
通过各受控点间的这些经过精确控制的动作，整个同步控制系统达到一种运动中的同步目的。
由于PLC同步控制系统的信号采样仅和压力或位置有关，并把各相关采样点置于同一系统中，形成一个闭环锁链，使得整个同步控制精度仅和控制系统的响应时间与液压千斤顶柱塞移动速度的乘积相关，因此为了提高整个系统的控制精度，除了选用高精度的传感器以及PLC控制模块之外，在可接受范围内尽量减小了泵的排量，既提高了整个系统的精度、安全性、经济性，也降低了设备搬运、安装的难度。
当某一受控点的误差不能被控制器修复，控制器将发出系统错误警报，并发出信号，让各受控点的控制阀动作，切断液压油流，从而使各受控点的液压千斤顶停止动作。
直到该错误被修复，并得到操作者重新工作的指令，系统才恢复工作。
控制方式：
由于钢箱梁落架的阶段性特点，我们使用半自动模式实现控制：
分别为每一循环的自动控制及各个阶段的人工控制。
同时系统辅以手动模式，实现一些对系统的基本调节功能以及必要情况下的纠错功能，保证系统应付各种突发状况的能力。
显示界面：
主画面显示各主要参数，如压力、位移以及报警数据，这些数据由安装在各个点的传感器采集并通过网络传输；同时各子画面可显示详细数据，同时配合按钮、手柄操作控制设备、设置参数。
工作过程中可实时监测各点顶升位移与压力。
图6PLC控制系统显示界面
PLC控制系统的主要功能特点：
⑴实时显示各点的位移数据，显示精度±0.1mm；
⑵实时显示各点压力数据，显示精度1%；
⑶设置快速功能，可用于油缸快速伸出缩回、预顶紧工件、或调节各点油缸至设定压力；
⑷可设置各点下降位移，以各自速度下降；
实时监控各点压力，保证系统安全性；
加入各种安全保护，防止突发状况发生；
有丰富的手动操作功能，可以针对不同工况作出应变；
2.3液压系统介绍
整套液压系统由一台液压泵控制8台顶升液压千斤顶（每个落架点一套，共9套）。
液压泵本身带有一个三位四通电磁换向阀，以实现升、降动作。
选择液压泵主要依据系统内8个液压千斤顶的规格、要求的升降速度，并主要考虑液压泵的流量对同步精度的影响。
整个系统只选用一台泵，可以提高系统的可靠性、简化操作、提高效率。
每一临时墩上的4个液压千斤顶的同步动作都有一个带节流阀的电磁二位二通球阀组来控制。
通过二位二通阀高频率的启、闭，使液压千斤顶的动作始终处于受控状态，从而实现同步动作。
选用球阀能使阀的响应频率提高，泄漏量接近零，寿命延长，耐压和耐震性好。
节流阀能使液压流有一个稳定的流量。
这个阀组还内置有一个定节流阀，通过配换这个节流阀，可使不同规格的液压千斤顶或不同数量的同种液压千斤顶在同一系统同步，并可使下降的同步精度进一步提高。
整个控制阀采用模块化设计，这样使扩展和维护都及其方便。
液压千斤顶的选择主要依据于各支承点所需支撑力以及满足液压千斤顶放入的最大本体高度。
每个临时墩的4个液压千斤顶均装置有一个液控单向阀，当机械支撑装置未起作用时具有液压锁紧功能。
该阀还有在当液压管路遇到意外破损泄漏时，防止重物意外坠落的功能。
该阀为球阀结构，液压制动、反应灵敏、安全可靠。
图7系统所需的主要元件（参考）
表2单个落架点液压系统元件配置
序号
名称
数量
型号规格
制造/供应商
备注
1
超高压泵站
1
ZE3440SW-G
ENERPAC
2
高压软管
4
HC-7250（现场定）
ENERPAC
3
高频换向阀
2
SLV-24
ENERPAC
4
高压软管
2
H-7202
ENERPAC
5
快速接头
26
C-604
ENERPAC
6
液控单向阀
2
V-42
ENERPAC
7
直通接头
4
FZ-1617
ENERPAC
8
油路块
2
A-65
ENERPAC
9
变径接头
2
FZ-1630
ENERPAC
10
压力表座
2
GA-3
ENERPAC
11
压力表
2
G2536L
ENERPAC
12
压力传感器
2
3100B10KPS02E000
13
位移传感器
2
WS10SG-375-420A-L10-SB0
14
双作用液压缸
8
CLRG-10012
ENERPAC
15
高压软管
22
HC-7210B
ENERPAC
16
安全阀
2
CJ160900W
ENERPAC
17
三通接头
2
FZ-1612
ENERPAC
18
减摩钢板
16
ACH
19
液压附件
若干
全桥共9个落架点，一共需要9套表2所列的设备元件。
主要产品/元件介绍：
泵站：
（图8）
型号：
ZE3440SW
功能特点：
1．电动泵，带有控制油缸升降的三位四通电磁
换向阀，实现油缸的伸出/保持/缩回动作；
2．双速泵，在无负载时使油缸快速伸出接触负载，
节省操作时间；
参数：
1．油箱容积40升,重量约80kg；
2.电源380VAC3ph,电机功率0.75KW；
3．额定流量5.26L/min@50bar
0.55L/min@700bar.
液压缸：
（图9）
型号：
CLRG10012
功能特点：
1．大吨位（100吨@700bar）、双作用；
2．内置式卸压阀，防止突发性超压；
3．烤漆表面，耐腐蚀能力强；
参数：
1．油缸本体高度429mm；
2．最大行程为300mm；
高速电磁换向阀：
（图10）
型号：
SLV24
功能特点：
1．两位两通电磁换向阀，高压滑阀，快速换向；
2．24VDC驱动，安全可靠；
3．烤漆表面，耐腐蚀能力强；
参数：
DN6700BAR
溢流阀：
（图11）
型号：
V152
功能特点：
1、系统压力回路中限制泵的输出压力及控制系统的工作压力。
2、当达到设定压力后，阀口打开，溢流。
参数：
1、±3％FS的压力重复精度。
2、0.56MP～70MP调节范围。
位移传感器：
功能特点：
1、发送电子信号到控制器，指示每个顶升点的负载位置。
2、拉线应挂在负载上而不是油缸上。
3、每个顶升点要求安装一个传感器。
量程范围（mm）：
0～375
输出形式/供电：
4～2OmADC/+24VDC
非线性（土%FS）：
优于0.05mm，300mm以下最大误差150μm
分辨率：
优于1/212
电缆：
五芯屏蔽电缆
外壳防护等级IP65
压力传感器：
工作压力：
0～70MPa
检测精度：
0.25%FS
输出形式/供电：
4～20mADC/+24VDC
电缆：
五芯屏蔽电缆
防护等级IP65
控制器：
供电电压：
10～30VDC
通讯接口：
工业总线通讯
3同步落架方案
3.1方案简介
整个落架过程拟分10大步进行，每一大步跨中位置降下约80mm,落架点降下的高度按表3操作实施，落架时各点顶升力和下降的高度根据现场情况适时作出调整，由监控单位以监控指令的形式发出。
具体实施时，钢箱梁每下降一次都需要经历3个准确无误的工艺环节：
第一环节，顶起千斤顶，使它代替临时支垫钢凳，撑起钢箱梁；第二环节，撤去临时支垫钢凳顶端设计所要求高度的垫块；第三环节，千斤顶缓慢下降至解除撑顶高度，钢箱梁剩余荷载又转化为临时支撑钢凳撑起，这个过程是循序渐进的。
要有千斤顶与临时支撑钢凳交替受力，交替下降。
表3落架每一大步完成后各落架点的支反力
落架点
A
B
C
D
E
F
G
H
I
落架量
349
547
706
807
829
777
671
523
349
落架前
480
196
269
262
250
219
241
148
477
1
470
190
264
259
246
212
236
144
468
2
459
184
259
257
241
207
231
139
459
3
453
179
254
254
236
202
226
134
449
4
444
174
249
251
232
197
221
130
439
5
434
169
244
247
229
192
219
125
429
6
425
164
239
244
226
187
217
122
419
7
416
159
234
241
222
182
216
119
408
8
407
154
229
237
219
177
214
115
398
9
398
149
224
234
216
172
212
112
387
10
388
144
219
231
212
167
211
109
376
注：
1、每一大步中以各点的高度均匀同步下降其总落架高度的10％为其下落量；
2、表中落架量单位为mm，支反力单位为吨；
3.2实施步骤
⑴根据图3、图12示的位置和表4示的各千斤顶型号、数量，安放好各落架点的千斤顶、临时支撑钢凳及PLC分控器所需的相关元件，通信电缆等。
图12落架点千斤顶、钢凳布置图示（纵、横、平面图）
图13落架点及落架前各支点反力示意
表4各落架点千斤顶布置数量、型号表
支撑点编号
落架前
支反力
（KN）
千斤顶数量
单顶顶升力（KN）
千斤顶型号
（ENERPAC）
本体高度
（mm）
行程（mm）
落架点A
4727.2
4
1861
CLRG－20012
462
300
落架点B
1886.2
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点C
2666.8
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点D
2546.1
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点E
2496.0
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点F
2095.4
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点G
2413.3
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点H
1401.2
4
929
CLRG－10012
429
300
落架点I
4707.6
4
1861
CLRG－20012
462
300
注：
a.表中各支撑点反力为单侧的反力值，反力以支座受压为正；
b.表中千斤顶布置为单侧数量，每个落架点双侧左右幅共8台；
c．施工时每个落架点单侧临时墩配备2个作业人员，共36个；
⑵完成钢箱梁主跨180m下各落架点相关设施（包括支撑钢凳、千斤顶、控制系统元件）的布设，连接好通讯电缆和液压管路后，再次进行调试试验，为下一步的落架作业做好准备。
⑶做好上述准备工作后，首先对各落架点千斤顶施加约10MPa的油压进行预顶紧，然后根据各落架点支反力的大小施加相应的工作油压将钢箱梁顶起约3～5mm，撤去钢箱梁拼焊时下面的各支垫钢凳。
⑷完成上述工序后，将监控单位提供的每一大步各落架点需要下降的高度、落架点千斤顶的顶升力输入PLC控制系统。
由PLC发出指令，各千斤顶按系统计算得到的函数缓慢回油，以不同的下落速度同时缓慢降下。
落架过程中通过PLC控制系统的显示界面可实时监测到各点的压力及下落位移。
⑸当某一落架点的千斤顶行程用完时，需要用另一套千斤顶将钢箱梁撑起，降下原落架点液压千斤顶下支垫钢凳高度后，再将置换千斤顶的荷载转移到落架千斤顶上从而继续进行落架作业。
置换千斤顶放在支撑钢凳上，采用一拖四的超高压同步千斤顶（左、右幅各2台顶，单顶顶升力200t）。
图14置换千斤顶及布设位置图示
⑹落架每一大步完成后（即跨中的钢箱梁降下约80mm），采用全站仪对主梁纵桥向中心线、主梁起始点进行监测，用精密水准仪对各落架点上面的梁段标高进行测控（布控观测点和落架点钢凳基本在同一竖直线上），数据及时报现场监控小组。
⑺落架作业开始前、每一大步落架完成后，均应安排测量人员对落架点临时墩钢管桩的沉降进行跟踪观测。
3.3实施过程的有关注意事项
⑴设备在进场、桥位安装完毕后，均应对液压系统和PLC控制系统进行调试试验，及早发现问题并及时解决处理。
⑵每次在钢箱梁被顶起时，应先对每个千斤顶施加约10MPa的油压进行预顶紧，用以消除由于千斤顶安装时相互间的高差、箱梁底板变形、千斤顶下钢凳（型钢组合）间的缝隙等原因可能引起的误差。
⑶为确保支架受力安全，同时防止各千斤顶受压（包括被动受压）过大，各千斤顶均装配有内置式卸压阀防止突发性的超压。
同时使用高精度的同步控制系统，通过位移与压力的双控，使各个临时墩的受力均控制在允许范围内。
⑷为确保千斤顶需要长时间负载时的安全，每个千斤顶装配一液压锁。
同时每个千斤顶配备一套丝杆装置以保护千斤顶。
丝杆系统如图15示：
图15丝杆装置图示
⑸各落架点的千斤顶在顶升和下落过程中，应密切注意其相邻落架点千斤顶的压力变化，如压力变化过大（超过其原来压力的10％），则应立即停下来并分析原因，及时调整支撑钢凳的高度，防止某一临时墩压力过大。
⑹千斤顶与钢凳相互置换时关键是要做到等值置换，为此在每个钢凳下布设一压力传感器做好压力监测以便和千斤顶的负载相比对。
⑺落架工程中整个系统的操作控制必须由实用动力公司的专业工程师操作实施。
⑻为防止落架过程中千斤顶、液压电控系统等的失控，每一大步落架前只将丝杆松出各落架点该步所需要落下的高度。
当千斤顶落下时，变为有丝杆系统支撑钢箱梁重量。
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