东方大道快速化改造工程顶升方案.docx
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东方大道快速化改造工程顶升方案
南通市东方大道快速化改造工程
变高度钢砼组合梁顶升
方案
单位：
上海先科桥梁隧道检测加固工程技术有限公司
日期:
二O一三年七月
第一章编制依据及原则......................................3
1、编制依据......................................................3
2、编制原则......................................................3
第2章工程概况....................................3
1、桥梁概况..............................................3
2、改建后满足标准................................................4
第三章施工方案..................................5
1、总体施工方案..................................................5
1.1方案概况........................................................5
1.2预应力储备系数计算..............................................5
1.3工序流程........................................................6
2、关键工序与施工控制...........................................6
2.1顶升梁施工工艺..................................................6
2.2顶升设备安装调试................................................8
2.3称重、试顶升...................................................10
2.4正式顶升.......................................................11
2.5抄垫系统.......................................................12
2.6支撑系统.......................................................13
3、支撑体系和液压系统拆除......................................13
第四章PLC液压同步顶升系统.......................13
1、同步顶升系统组成......................................13
2、系统特点..............................................14
3、主要技术指标..........................................14
4、液压控制系统..........................................16
5、顶升系统控制原理......................................17
第五章顶升检测方案.............................18
1、检测目的.............................................18
2、检测部位及检测内容...................................18
3、监测方案实施.........................................18
4、检测组织安排..............................................19
第6章应急措施.................................19
1、电脑控制系统故障处理措施.............................20
2、液压设备故障处理措施.................................20
3、顶升检测值超限处理措施...............................21
4、恶劣气候处理措施.....................................21
第7章工程质量目标、创优规划及保证措施.........21
1、质量目标.............................................21
2、质量保证体系及说明...................................21
3、保证工程质量的主要技术措施................................22
第八章安全保证体系及安全措施...................25
1、安全保证体系说明.....................................25
2、保证施工安全的主要措施...............................27
3、保证人身安全的主要措施...............................28
4、顶升安全防护措施.........................................28
第9章文明施工及环境保护措施...................29
第十章人员机械安排表...........................31
第一章编制依据及原则
一、编制依据
1、南通市东方大道快速化改造工程施工图纸
2、JTG/TJ23-2008公路桥梁加固施工技术规范
二、编制原则
1、遵照国家现行的技术规范和标准。
2、充分发挥我公司专业优势，做到依靠科技，精心组织，合理安排，做到施工方案最优化，确保顶升过程中结构的稳定和安全。
3、合理优化施工方案，对铁路不影响正常行车。
4、重视环境保护及文明施工，严格控制弃渣、噪音等污染。
第2章工程概况
1、桥梁概况
1.1工程建设规模
东方大道快速化改造工程项目，位于南通经济技术开发区，主线高架南起沿江公路中央分格带处。
东方大道快速路高架项目起于沿江公路，先后上跨沿江公路、江山路、规划路一、江海路、景兴路、和兴东路、规划新兴路、瑞兴路、规划路二、规划路三、星湖大道、规划路五、复兴路、宏兴路、规划纬十二路、规划纬十一路、源兴路、规划朝阳路、北至通沪大道，纬十四路，止于通沪大道，主项高架全长12.6公里，全线共设置8对平行式上下匝道和1对定向匝道，主线高架桥梁面积合计32.338万㎡，匝道桥梁面积合计4.65万㎡，桥梁总面积36.988万㎡。
主线高架部分按双向六车道设计，工程总概算30.6亿元。
1.2本次顶升施工概述
本次顶升施工在5标第二部分桥梁工程中主线高架桥Pm375-Pm378变高度钢砼组合梁。
此段桥跨纬十一路及通启运河。
桥型布置为：
53+65+44m变高度钢砼组合连续梁，桥面总宽24.8m。
安照设计方案，施工时将Pm376、Pm377墩处梁体提高了30cm，施工结束后需将其落回至设计标高。
二、改建后满足标准
落回后满足设计标高。
图1顶升段立面布置图
第3章施工方案
一、总体施工方案
1、方案概述
按照设计方案，施工时将Pm376、Pm377墩处梁体提高了30cm，本次需将其顶升后取出临时支座然后落回至设计标高。
本次顶升拟采用PLC-6点同步顶升控制系统进行顶升。
2、反力基础
采用钢垫块作为临时抄垫系统，钢箱梁拼装所用609钢管支架体系工字钢焊接加固后及原桥墩作为反力系统对梁体进行顶升。
3、顶升控制系统：
采用PLC液压同步顶升控制系统，该系统已在多项抬升工程中成功运用。
PLC液压同步顶升系统在我公司已经作为非常熟练的技术在众多顶升作业中普遍使用。
4、千斤顶选用:
采用200吨千斤顶,顶身长度31cm，底座直径23.5cm，顶帽12cm，行程为15cm（如图）。
千斤顶均配有液压锁，可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载的有效支撑。
5、千斤顶分组：
全桥一共使用36个千斤顶，使用一个控制系统，即40点同步，作为一个组。
（部顶图见附图）
6、顶升行程监测：
采用精度为0.1mm的位移传感器和压力传感器对整个顶升过程进行监控。
2预应力储备系数计算
顶升过程中采用40个200T的顶升顶和钢垫块进行顶升更换支座。
根据设计资料Pm376、Pm377最大支座反力为2000T。
千斤顶受力计算：
2000÷20=100T
千斤顶应力储存系数：
200÷100=2﹥1.5
备注：
起重机钢丝绳一般安全系数取值为1.5。
1.3工序流程
二、顶升梁工艺
2.1施工准备工作
顶升准备工作包括顶升支架的制作、安装，顶升千斤顶安装，油路、测量、控制回路配置安装、泵站安装等。
1）顶升支架
顶升反力架分采用原桥墩墩柱及系梁。
2）钢箱梁加固
顶升时有18个顶升顶顶箱梁腹板1之间的三道加劲肋上布置了12个千斤顶，需对钢箱梁加劲肋进行加强处理，详见附图。
图3钢箱梁横桥向加固布置图
桥墩系梁布置6个千斤顶，无需加固。
3）钢结构加工
钢结构加工必须保证加工精度和质量。
4）顶升支架及同步顶升系统安装
A加强支架搭设；型钢分配梁安装；
b千斤顶及同步顶升系统安装；限位装置及监控设备安装；千斤顶及同步顶升受力；准备顶升。
图4顶升支架及分配梁实例照片
2.2顶升设备安装调试
图5顶升设备安装调试流程图
①顶升前期工作
顶升前应拆除桥面上的各种连接，在正式顶升梁前确认梁体纵、横向连接件均已解除，并作好如下准备工作:
顶升系统可靠性检验。
成立顶升指挥系统。
顶升液压系统布置。
顶升系统测试。
确定观测点。
②顶升设备进场
本工程项目拟投入顶升动力设备其中：
顶升顶36台（备用2台），液压泵站6台，千斤顶液压泵站2台，跟随泵站4台，备用1台。
PLC控制系统1台。
③顶升系统可靠性检验
元件的可靠性检验：
元件的质量是系统质量的基础，为确保元件可靠，本系统选用的元件均为Enerpac的优质产品或国际品牌产品。
在正式实施顶升梁前，将以70％-90%的顶升力在现场保压5小时，再次确认密封的可靠性。
液压油的清洁度：
液压油的清洁度是系统可靠的保证，本系统的设计和装配工艺，除严格按照污染控制的设计准则和工艺要求进行外，连接软管在工厂进行严格冲洗，封口后移至现场，现场安装完毕进行10次空载运行，以排除现场装配过程中可能意外混入的污垢。
力闭环的稳定性：
所谓力闭环就是当系统设定好一定的力后，力的误差在5%内，当力超过此范围后，系统自动调整到设定值的范围；力闭环是本系统的基础，力闭环的调试利用死点加压，在工厂内逐台进行。
位置闭环的稳定性：
所谓位置闭环就是当系统给光栅尺设定顶升高度后，当顶升高度超过此高度系统自动降至此高度，当顶升高度低于此高度系统自动升至此高度，保证系统顶升的安全性与同步性。
④顶升系统结构部分检查
a、千斤顶安装是否垂直牢固；
b、顶升支撑安装是否牢固；
c、影响顶升的设施是否已全部拆除；
⑤顶升系统调试
调试的主要内容包括：
a、液压系统检查
油缸安装牢固正确；
泵站与油缸之间的油管连接必须正确、可靠；
油箱液面，应达到规定高度；
备用2桶液压油，加油必须经过滤油机；
液压系统运行是否正常，油路有无堵塞或泄漏；
液压油是否需要通过空载运行过滤清洁；
b、控制系统检查
系统安装就位并已调试完毕；
各路电源，其接线、容量和安全性都应符合规定；
控制装置接线、安装必须正确无误；
应保证数据通讯线路正确无误；
PLC控制系统运行是否正常，液压系统对控制指令反应是否灵敏；
各传感器系统，保证信号正确传输；
系统能否升降自如；
传感器的工作情况；
各种阀的工作状况是否正常，是否需要更换；
c、监测系统检查
传感器安装牢固、正确，没有遗漏；
信号传输无误；
d、初值的设定与读取
系统初始加载由液压工程师会同土建工程师共同确定并报总指挥，最终由系统操作员输入PLC；
读取控制系统力传感器和位移传感器初值或将其归零；
2.3称重、试顶升
①保压试验
a、油缸、油管、泵站操纵台、监测仪等安装完毕检查无误；
b、按计算荷载的70％～90％加压，进行油缸的保压试验0.5小时；
c、检查整个系统的工作情况，油路情况；
②称重
a、为保证顶升过程的同步进行，在顶升前应测定每个顶升点处的实际荷载；
b、称重时依据计算顶升荷载，采用逐级加载的方式进行，在一定的顶升高度内（1～10mm），通过反复调整各组油压，可以设定一组顶升油压值，使每个顶点的顶升压力与其上部荷载基本平衡。
c、将每点的实测值与理论计算值比较，计算其差异量，由液压工程师和结构工程师共同分析原因，最终由领导组确定该点实测值能否作为顶升时的基准值。
如差异较大，将作相应调整。
③试顶升
为了消除支架的非弹性变形及基础沉降，同时也为了观察和考核整个顶升施工系统的工作状态以及对称重结果的校核，在正式顶升之前，应进行试顶升，试顶升高度5mm。
试顶升结束后，提供整体姿态、结构位移等情况，为正式顶升提供依据。
2.4正式顶升
①试顶升后，观察若无问题，便进行正式顶升，每一顶升标准行程为15cm。
②正式顶升，须按下列程序进行，并作好记录：
操作：
按预设荷载进行加载和顶升；
观察：
各个观察点应及时反映测量情况；
监测：
各个测量点应认真做好监测工作，及时反映测量数据；
校核：
数据汇交现场领导组，比较实测数据与理论数据的差异；
分析：
若有数据偏差，有关各方应认真分析并及时进行调整；
决策：
认可当前工作状态，并决策下一步操作。
③顶升注意事项
a顶升的高度应稍高于垫块厚度，能满足垫块安装的要求即可；
b顶升关系到结构的安全，各方要密切配合；
c顶升过程中，认真做好记录工作；
d顶升过程中，应加强巡视工作，应指定专人观察各个系统的工作情况。
若有异常，直接通知指挥控制中心；
e结构顶升空间内不得有障碍物；
f在施工过程中，要密切观察结构的变形情况；
g顶升过程中，未经许可不得擅自进入施工现场；
h顶升过程控制
整个顶升过程应保持位移传感器的位置同步误差小于2mm，一旦位置误差大于2mm或任何一缸的压力误差大于5%，控制系统立即关闭液控单向阀，以确保梁体安全。
顶升过程中，对计算机显示的各油缸的位移和千斤顶的压力情况，随时整理分析，如有异常，及时处理。
2.5抄垫系统
抄垫系统有两种：
钢垫块、钢板；跟随顶。
每个钢垫块高度为10cm，堆垒时用螺栓连接。
钢板有5mm、10mm、20mm等几种，并配备一些楔形垫块。
跟随顶见“顶升专业设备介绍”章节。
图6顶升钢垫块
2.6支撑系统
顶升反力架一部分采用利用现有桥墩及加强后系梁。
三、支撑体系和液压系统拆除
1、拆除液压系统的管路及其它附件,拆卸千斤顶并移走；
2、按从上到下的次序拆除整个支撑体系，严格按照安全操作规程施工；
3、清理现场。
第四章PLC液压同步顶升系统
一、同步顶升系统组成
PLC控制液压同步顶升是一种力和位移综合控制的顶升方法，这种力和位移综合控制方法，建立在力和位移双闭环的控制基础上。
由高压液压千斤顶，精确地按照桥梁的实际荷重，平稳地顶举桥梁，使顶升过程中桥梁受到的附加内应力下降至最低，同时液压千斤顶根据分布位置分成组，与桥梁两侧的位移传感器组成位置闭环，以便控制桥梁顶升的位移和姿态，同步精度为±2.0mm，这样就可以很好的保证顶升过程的同步性，保证结构的安全性。
PLC控制液压同步系统由液压系统（油泵、油缸等）、检测传感器、计算机控制系统等几个部分组成。
液压系统由计算机控制，可以全自动完成同步位移，实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示、故障报警等多种功能。
二、系统特点
该系统具有以下优点和特点：
整个操纵控制都通过操纵台实现，操纵台全部采用计算机控制，通过工业总线，施工过程中的位移、载荷等信息，被实时直观地显示在控制室的彩色大屏幕上，使人一目了然，施工的各种信息被实时记录在计算机中，长期保存。
由于实现了实时监控，工程的安全性和可靠性得到保证，施工的条件也大大改善。
2.整体安全可靠，功能齐全
软件功能：
位移误差的控制；行程控制；负载压力控制；紧急停止功能；误操作自动保护等。
硬件功能：
油缸液控单向阀可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载有效支撑；
3.所有油缸既可同时操作，也可单独操作；
4.同步控制点数量可根据需要设置，适用于大体积桥梁或构件的同步位移。
三主要技术指标
1一般要求
液压系统工作压力：
31.5MPa
尖峰压力：
35.0MPa
工作介质：
ISOVG46#抗磨液压油
介质清洁度：
NAS9级
供电电源电压：
380VAG；50HZ；三相四线制
功率：
65KW（MAX）
运转率：
24小时连续工作制
2顶升装置
顶升缸推力：
200T
顶升缸行程：
140mm
偏载能力：
5°
顶升缸最小高度：
310mm
最大顶升速度：
10mm/min
组内顶升缸控制形式：
压力闭环控制
压力控制精度≤5%
组与组间控制形式：
位置闭环控制
同步精度±2.0mm
3操纵与检测
常用操纵：
按钮方式
人机界面：
触模屏
位移检测：
位移传感器
分辨率：
0.005mm
压力检测：
压力传感器
精度0.5%
压力位移参数自动记录。
四液压控制系统
下图是顶升系统的组成示意图。
顶升施工的第一步是桥梁的称重，通过调节减压阀的出口油压Pout，缓慢地分别调节每一个液压缸的推力，使桥梁抬升，当桥梁与原立柱刚发生分离时，液压缸的推力，就是桥梁在这一点的重量值，称出桥梁的各顶升点的荷重，并把减压阀的手轮全部固定在
PD=Pout-Pco的位置，便可转入闭环顶升，依靠位置闭环，桥梁可以高精度地按控制指令被升降或悬停在任何位置。
五顶升系统控制原理
如下图为顶升系统控制原理。
比例阀、压力传感器和电子放大器组成压力闭环，根据每个顶升缸承载的不同，调定减压阀的压力，3个千斤顶组成一个顶升组，托举起盖梁，但是如果仅有力平衡，则桥梁的举升位置是不稳定的，为了稳定位置，在每组安装光栅尺作精密位置测量，进行位置反馈，组成位置闭环，一旦测量位置与指令位置存在偏差，便会产生误差信号，该信号经放大后叠加到指令信号上，使该组总的举升力增加或减小，于是各油缸的位置发生变化，直至位置误差消除为止。
由于组间顶升系统的位置信号由同一个数字积分器给出，因此可保持顶升组同步顶升，只要改变数字积分器的时间常数，便可方便地改变顶升或回落的速度。
第五章顶升监测方案
本方案的监测指顶升过程中为保证桥梁的整体姿态所进行的监测，包括结构的平动、转动和倾斜。
监测贯穿于顶升全过程中。
一、监测目的
桥梁顶升过程是一个动态过程，随着盖梁的提升，盖梁的纵向偏差、立柱倾斜率、伸缩缝处的板梁间隙等会发生变化，为此要设置一整套监测系统。
二、监测部位及监测内容
1、反力基础沉降观测：
设置反力沉降观测体系来反应承台沉降状况,及时做出相应的措施。
2、桥面标高观测：
桥面高程观测点用来推算每个桥墩的实际顶升高度。
设置桥面标高观测点使每个桥墩的实际顶升高度确定有依据，使顶升到位后桥面标高得到有效控制。
3、桥梁底面标高测量：
它是桥面标高控制和测量的补充,提供辅助的顶升作业依据
4、桥梁纵向位移观测：
为了对顶升过程中桥梁纵向位移及立柱垂直度的观测，在立柱外侧面用墨线弹出垂直投影线，墨线须弹过切割面以下，在垂直墨线的顶端悬挂一个铅球。
通过垂球线与墨线的比较来判断盖梁的纵向位移及盖梁是否倾斜。
5、支撑体系的观测
通过观测,能及时掌握支撑体系的受力和变形情况，及时采取措施控制支撑体系的变形量,使施工在安全可控的环境下进行。
三、监测方案实施
1、施工前监测
主要是对各监测点取得各项监测参数的初值，如观测点坐标情况、标高等。
2、整体顶升监测
包括顶升、支撑、落梁等过程的监测，监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。
四、监测组织安排
监测计划应与顶升的施工计划相协调，并可在实施过程中改进，其监测结果，应及时反馈给现场总指挥。
监测时按以下原则安排：
①预先制定的监测计划；
②关键的施工环节进行必要的监测;
③特殊工况发生时，补充监测；
④监测结果出现异常时，补充监测；
第六章应急措施
在桥梁的顶升施工中，首先应制定安全可靠、技术可行的施工方案，确保桥梁的结构安全及施工的顺利进行，避免异常情况的发生。
但桥梁同步顶升技术含量高，有一定的风险，顶升过程中有一定的不确定性。
因此针对顶升过程中的关键环节，假定某种意外情况的发生并制定相应的应对措施，方能在紧急情况下有的放矢，及时正确的处理问题。
现根据本项目的施工特点及以往的施工经验，由项目部牵头成立应急预案小组，由总工程师、桥梁专家、电脑专家、液压系统专家、机械专家及经验丰富的技术人员等组成。
具体应急措施如下：
一、电脑控制系统故障处理措施
1、电脑控制系统因意外撞击而造成系统故障（死机、重启或者程序无反映等等）：
首先将系统设定一旦没有电脑信号，整个系统处于保压状态，并且发出警报，千斤顶锁死；其次，设置专门的空间安放电脑；再次，电脑操作室只允许技术人员或者相关人员进入，并为电脑资料作备份。
2、在操作界面上面设定专门的应急操作按钮。
可以在紧急情况下启动该程序，使整个工程进入事先设定的闭锁状态，经过故障处理后，由总工程师决定是否继续开工。
3、断电事故处理：
为主控电脑配置专用的UPS，提供不间断电源；在开机前，UPS至少保证具有稳定运行半个小时的主控室用电量。
由专业电工处理电线电路方面的问题。
4、系统故障：
立即由专业工程师对系统进行检查，尽快排除故障，现场应有足够的备品、备件；
二、液压设备故障处理措施
1、泵站由于断电等原因不能正常提供动力：
千斤顶具有自锁功能，关闭截止阀可由千斤顶内部的压力来支撑系统应用。
2、千斤顶不能正常提供压力：
事先多预备千斤顶和垫块，可先用垫块支撑，然后由液压工程师维修或者更换千斤顶。
3、千斤顶压力异常处理：
部署专人看管液压系统压力部分，发现问题立即报告主控室，由主控室操作人员决定是否关闭截止阀，如果问题严重，应停止整个系统，解决具体事宜后，再行开机调试。
三、顶升监测值超限处理措施
我们采用精度达到0.001mm的位移传感器进行监测，只要当监测值超过控制系统所设定的限定位移值，其系统将会自动锁住，停止顶升。
四、恶劣气候处理措施
遭遇大风、暴雨或者雷电，立即停止施工。
由应急小组作出临时加固措施，将千斤顶锁死，在盖梁底部与承台底部用钢丝对
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