杭申线航道整治工程沪杭高速公路航道桥梁顶升方案

杭申线航道整治工程沪杭高速公路航道桥梁顶升方案一、概述杭申线是杭州至上海的最便捷的高等级航线，主要承担浙北杭嘉湖地区与上海之间的物质的水上运输，同是还是浙江至上海的内河集装箱运输主要通道；也是长三角地区内河骨干航道网之一。杭申线航道上海段现状面宽已基本满足Ⅲ级航道的要求，但沪杭高速公路桥净空高度等现状条件还不能满足Ⅲ级航道的标准和集装箱运输主通道的需要。为此，作为杭申线航道整治工程的一部分，沪杭高速公路跨杭申线特大桥将进行改建，要求达到Ⅲ级通航标准要求。根据工程规划设计的要求，沪杭高速公路跨杭申线特大桥将抬高桥面的高度和调整大桥桥面的纵坡。为节约投资成本，大多数的桥梁采用分联整体同步（按照各桥墩设计标高和坡度设定速度和位移）抬升的方案。以12跨桥梁（13个桥墩）作为一个分联整体进行同步抬升，采用多组液压爬升装置和液压泵站提供动力，由主控制计算机通过总线对前端单元进行集中操作控制的方式进行。二、桥梁分联整体抬升系统的总体方案整个桥梁计71个桥墩，其中Pm1～Pm28、Pm35～Pm58、Pm64～Pm70跨采用分联整体顶升的方式，其余各跨（墩）拆除重建。对于待顶升的各个桥墩，墩柱的原始高度和改建后设计标高均相同，所以每个桥墩的顶升量从0.373m～7.376m不等。同时，各个桥墩之间的跨距不尽相同，主要有20m、22m、35m几种跨距，对不同组合，在恒载作用下桥墩各柱所受的竖向载荷如下表：为减少顶升设备的种类，单柱的顶升能力设计为两种：即1500KN和2800KN两种。Pm24、Pm24和Pm26墩的每个柱顶升能力为2800KN，其余桥墩的每个柱顶升能力为1500KN。恒载作用下柱顶竖向力在待顶升的桥墩中，Pm24柱直径为1.2m，P25和P26柱直径为1.1m。其余桥墩的柱直径为0.7或0.9m，改建后均为0.9m。在每个桥墩的宽度方向由4个墩柱支撑。方案以12跨桥梁作为分联整体进行同步抬升。每个桥墩的4个墩柱分别均采用固定钢结构导向、爬升钢结构（支撑）顶升盖梁来实现。根据盖梁的设计受力状况，顶升支撑位置越靠近墩柱越符合桥墩和盖梁的受力，因此，爬升钢结构与盖梁的支撑位置设计为墩柱的四周，即固定导向和爬升钢结构环抱墩柱。为均衡盖梁支撑点的受力，减小盖梁局部应力和因同步误差对盖梁产生的附加应力，在盖梁下面墩柱的两侧各设置一片钢桁架，并通过连杆和螺栓连接成整体。爬升钢结构的顶部通过调整垫块和螺栓与盖梁支撑钢桁架连接，为防止顶升过程中盖梁发生水平位移，爬升钢结构顶部紧紧箍住盖梁下的余留墩柱。固定导向钢结构下部通过预埋件与承台连接。对不同顶升能力的墩柱，设计不同截面尺寸的固定导向和爬升钢结构，即Pm24、Pm24和Pm26桥墩采用较大一种，其余桥墩采用较小一种固定导向和爬升钢结构。为降低钢结构成本，即需增加不同桥墩和不同顶升联之间的导向和爬升钢结构的通用性，为此，固定导向钢结构和爬升钢结构均采用分段（4m、3m、2m三种）组合螺栓连接的形式。各桥墩根据墩柱原始标高和顶升量进行组合。对于每个墩柱，爬升钢结构相对于固定导向钢结构的动作由2套液压爬升装置步进、多步完成。每个桥墩的8套爬升装置由2个液压泵站提供动力，每个液压泵站带有1个分控制器实现前端控制，26个分控制器通过总线反力跨径均布荷载（kN/m）柱顶竖向反力（kN）1号墩柱2号墩柱3号墩柱4号墩柱20m+20m302132012301230132020m+22m317138012901290138022m+22m332144013501350144022m+35m44326002650260035m+35m5532120247024702120与主控制台连接，并由主控制台实现集中控制。本方案设计以满足桥梁基本的分联、分布整体同步抬升为底线，突出人性化，自动化以及安全可靠为主要设计理念，满足以下功能：1、确保抬升系统足够的动力，能够克服桥梁及导向钢结构的重力和阻力，将12跨桥梁分步整体同步抬升；2、在爬升装置和钢结构爬升工作过程中，运行平稳，稳定受力，无卡死现象；3、整体抬升过程中，将满足各个墩柱的顶升量的行程要求；4、设计为自锁式抬升系统，在各种状态下，系统可以实现自锁。5、通过操作主控制台计算机完成系统的工作，实现远程操作；6、系统可按照要求设定每个桥墩的顶升速度和目标位移。三、液压爬升装置及支撑、导向钢结构每个桥墩的4个墩柱分别均包括固定导向钢结构、2套液压爬升装置和爬升钢结构，钢结构的爬升由2套液压爬升装置步进、多步完成。如上图所示，外圈的固定导向钢结构与下面承台基础预埋件固定连接结，爬升钢结构的顶部通过调整垫块和螺栓与盖梁支撑钢桁架连接。固定钢结构的两侧设有插销孔，孔间距为1000mm。爬升钢结构由固定钢结构导向，其两侧安装的液压爬升装置可带动爬升钢结构相对于固定钢结构的插销孔步进爬升。爬升装置主要由爬升油缸、下插销装置、上插销装置组成。插销油缸是桥梁抬升的直接动力执行单元，其爬升力分2800KN和1500KN两种，单步爬升行程为1000mm。顶部与底部分别与上插销装置、下插销装置连接。插销油缸安装右行程位移传感器。上（下）插销装置主要由插销座、插销油缸、插销、纵向及附件组成。位置传感器，用来检测插销的到位情况，防止带载插拔销。插销油缸内置于插销装置内部，使得整体结构更加紧凑。在爬升油缸上安装有液压锁，作业过程中的任意位置均可以锁定，保证系统的安全。主油缸上装有位移传感器，为PLC控制系统的关键检测元件。四、爬升装置及钢结构工作过程桥梁单墩柱爬升过程示意图液压爬升装置的单步行程（1000mm）分为四个动作：①伸爬升油缸随即带动钢结构爬升，当上插销到位后插上插销、②拔下插销、③缩爬升油缸钢，下插销到位后插下插销、④拔上插销。详细工作过程描述：工作前确保上插销缩回，下插销插入固定钢结构的插销孔内，爬升油缸处于缩回状态。（1）首先操作控制器，使爬升油缸伸出，随着主油缸伸出带动钢结构爬升，通过安装在爬升油缸上的位移传感器检测主油缸的行程，当爬升油缸伸出至980mm时，上插销自动切换到伸出状态，当上插销对准销孔时插销，上插销插到位后触发位置传感器，主油缸和上插销油缸自动停止工作。（2）下插销卸载：控制爬升油缸回缩，直至下插销载荷已经全部转移到上插销；（3）下插销拔出：控制下插销油缸缩回，拔销到位后，下插销位置传感器发出信号，系统自动停止插销油缸动作。（4）爬升油缸回缩：控制爬升油缸缩回，通过安装在油缸上的位移传感器检测爬升油缸的行程，当主油缸缩回至980mm时，下插销自动切换到伸出状态，随着爬升油缸缩回，当下插销对准销孔时下插销进行插销，到位后触发位置传感器，爬升油缸和下插销油缸自动停止工作。（5）上插销卸载：控制爬升油缸伸出，直至上插销载荷已经全部转移到下插销；（6）上插销拔出：控制上插销油缸缩回，拔销到位后，上插销位置传感器发出信号，系统自动停止插销油缸动作。（7）重复步骤（1）进行下一个步进动作。五、液压动力及控制系统1、抬升系统主要为爬升装置、液压动力站系统、同步安全控制阀组、液压管路、检测传感系统等所组成的液压执行和控制系统。每个墩柱均采用2套液压爬升装置，每个桥墩的8套爬升装置由2个液压泵站提供动力，组成4套液压执行系统。每个桥墩采用2个分控制器实现前端控制，26个分控制器通过总线与主控制台连接，并由主控制台实现集中控制。每套液压执行系统由控制系统操作可以单独工作，也可以按照设定的速度和位移全部联动。2、智能控制显示系统本方案设计采用进口高精度的位移传感器、行程开关、电磁阀、PLC控制器及可靠的电器元件组成的闭环控制系统控制系统对爬升油缸、上插销油缸和下插销油缸的速度和位置以及相互协调工作，进行精确控制检测，精度可达到1mm。同时，系统按照程序要求对液压站、各电磁换向阀进行逻辑控制，实时检测系统的压力、液位、油温及过滤器状态，并对系统的故障进行诊断、报警、处理。设计采用西门子PLC控制器，它具有抗干扰性强、运算速度快、可靠性高的优点，完全满足该设备的实时控制要求。控制箱体积小、重量轻，与液压执行机构分离，通过电缆与分别与液压站和传感器相连。位移检测信号通过控制电缆传输到控制器，进行比较分析判断，控制器发出控制信号对液压站和液压控制模块进行操作，从而实现平稳可靠的爬升动作通过触摸显示屏和按钮对系统的各个参数（位置、速度等）进行设定、记录和显示。每一次动作前的工作状态，以及把准备实现动作所需的运行参数在显示屏上设定好点击一个总启动按钮，使被设定的油路同时启动工作。在控制器的控制下，系统自动工作，达到设定的工作参数时，系统自动的停止和保持；工作过程实时显示每套执行机构的运行位置、液压站及控制模块的工作状态。系统也可以通过触摸屏设置成手动模式，对每套装置通过主操作台的触摸屏和按钮进行单独操作。六、设备的安全保护措施本方案设计的设备具有多种安全保护措施，能够绝对保证设备在运行、停留保持时的作业安全。1、液压保护措施：在每个爬升油缸上均安装有双向平衡阀，在上下插销油缸上装有液压锁，可以在工作过程中任何位置停止油缸，并安全地保持油缸的位置。2、电器安全保护：系统除平衡阀和液压阀以外，电气系统在设计上通过位移传感器与上下插销横向和纵向位置检测装置可以及时发现系统在工作过程中的各个状态，如果一旦出现工作不正常现象，则控制系统将自动关闭液压系统，使得整个升降执行机构处于自锁状态。3、远程电动控制：在电器控制设计时，考虑了避免让操作人员处于危险区域内。在控制油缸上升或下降的过程中，操作人员只需将操作台放置于安全区域内，防止出现异常情况危及人身安全。