杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案

杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案資料僅供參考文件編號：2022年4月杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：杭申線航道整治工程滬杭高速公路航道橋梁頂升方案概述杭申線是杭州至上海的最便捷的高等級航線，主要承擔(dān)浙北杭嘉湖地區(qū)與上海之間的物質(zhì)的水上運(yùn)輸，同是還是浙江至上海的內(nèi)河集裝箱運(yùn)輸主要通道；也是長三角地區(qū)內(nèi)河骨干航道網(wǎng)之一。杭申線航道上海段現(xiàn)狀面寬已基本滿足Ⅲ級航道的要求，但滬杭高速公路橋凈空高度等現(xiàn)狀條件還不能滿足Ⅲ級航道的標(biāo)準(zhǔn)和集裝箱運(yùn)輸主通道的需要。為此，作為杭申線航道整治工程的一部分，滬杭高速公路跨杭申線特大橋?qū)⑦M(jìn)行改建，要求達(dá)到Ⅲ級通航標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求，滬杭高速公路跨杭申線特大橋?qū)⑻Ц邩蛎娴母叨群驼{(diào)整大橋橋面的縱坡。為節(jié)約投資成本，大多數(shù)的橋梁采用分聯(lián)整體同步（按照各橋墩設(shè)計(jì)標(biāo)高和坡度設(shè)定速度和位移）抬升的方案。以12跨橋梁（13個(gè)橋墩）作為一個(gè)分聯(lián)整體進(jìn)行同步抬升，采用多組液壓爬升裝置和液壓泵站提供動(dòng)力，由主控制計(jì)算機(jī)通過總線對前端單元進(jìn)行集中操作控制的方式進(jìn)行。橋梁分聯(lián)整體抬升系統(tǒng)的總體方案整個(gè)橋梁計(jì)71個(gè)橋墩，其中Pm1～Pm28、Pm35～Pm58、Pm64～Pm70跨采用分聯(lián)整體頂升的方式，其余各跨（墩）拆除重建。對于待頂升的各個(gè)橋墩，墩柱的原始高度和改建后設(shè)計(jì)標(biāo)高均相同，所以每個(gè)橋墩的頂升量從0.373m～7.376m不等。同時(shí)，各個(gè)橋墩之間的跨距不盡相同，主要有20m、22m、35m幾種跨距，對不同組合，在恒載作用下橋墩各柱所受的豎向載荷如下表為減少頂升設(shè)備的種類，單柱的頂升能力設(shè)計(jì)為兩種：即1500KN和2800KN兩種。Pm24、Pm24和Pm26墩的每個(gè)柱頂升能力為2800KN，其余橋墩的每個(gè)柱頂升能力為1500KN。反力跨徑均布荷載（kN/m）柱頂豎向反力（kN）1號墩柱2號墩柱3號墩柱4號墩柱20m+20m302132012301230132020m+22m317138012901290138022m+22m332144013501350144022m+35m44326002650260035m+35m5532120247024702120恒載作用下柱頂豎向力在待頂升的橋墩中，Pm24柱直徑為1.2m，P25和P26柱直徑為1.1m。其余橋墩的柱直徑為或0.9m，改建后均為0.9m。在每個(gè)橋墩的寬度方向由4個(gè)墩柱支撐。方案以12跨橋梁作為分聯(lián)整體進(jìn)行同步抬升。每個(gè)橋墩的4個(gè)墩柱分別均采用固定鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向、爬升鋼結(jié)構(gòu)（支撐）頂升蓋梁來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)蓋梁的設(shè)計(jì)受力狀況，頂升支撐位置越靠近墩柱越符合橋墩和蓋梁的受力，因此，爬升鋼結(jié)構(gòu)與蓋梁的支撐位置設(shè)計(jì)為墩柱的四周，即固定導(dǎo)向和爬升鋼結(jié)構(gòu)環(huán)抱墩柱。為均衡蓋梁支撐點(diǎn)的受力，減小蓋梁局部應(yīng)力和因同步誤差對蓋梁產(chǎn)生的附加應(yīng)力，在蓋梁下面墩柱的兩側(cè)各設(shè)置一片鋼桁架，并通過連桿和螺栓連接成整體。爬升鋼結(jié)構(gòu)的頂部通過調(diào)整墊塊和螺栓與蓋梁支撐鋼桁架連接，為防止頂升過程中蓋梁發(fā)生水平位移，爬升鋼結(jié)構(gòu)頂部緊緊箍住蓋梁下的余留墩柱。固定導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)下部通過預(yù)埋件與承臺(tái)連接。對不同頂升能力的墩柱，設(shè)計(jì)不同截面尺寸的固定導(dǎo)向和爬升鋼結(jié)構(gòu)，即Pm24、Pm24和Pm26橋墩采用較大一種，其余橋墩采用較小一種固定導(dǎo)向和爬升鋼結(jié)構(gòu)。為降低鋼結(jié)構(gòu)成本，即需增加不同橋墩和不同頂升聯(lián)之間的導(dǎo)向和爬升鋼結(jié)構(gòu)的通用性，為此，固定導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)和爬升鋼結(jié)構(gòu)均采用分段（4m、3m、2m三種）組合螺栓連接的形式。各橋墩根據(jù)墩柱原始標(biāo)高和頂升量進(jìn)行組合。對于每個(gè)墩柱，爬升鋼結(jié)構(gòu)相對于固定導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)的動(dòng)作由2套液壓爬升裝置步進(jìn)、多步完成。每個(gè)橋墩的8套爬升裝置由2個(gè)液壓泵站提供動(dòng)力，每個(gè)液壓泵站帶有1個(gè)分控制器實(shí)現(xiàn)前端控制，26個(gè)分控制器通過總線與主控制臺(tái)連接，并由主控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中控制。本方案設(shè)計(jì)以滿足橋梁基本的分聯(lián)、分布整體同步抬升為底線，突出人性化，自動(dòng)化以及安全可靠為主要設(shè)計(jì)理念，滿足以下功能：1、確保抬升系統(tǒng)足夠的動(dòng)力，能夠克服橋梁及導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)的重力和阻力，將12跨橋梁分步整體同步抬升；2、在爬升裝置和鋼結(jié)構(gòu)爬升工作過程中，運(yùn)行平穩(wěn)，穩(wěn)定受力，無卡死現(xiàn)象；3、整體抬升過程中，將滿足各個(gè)墩柱的頂升量的行程要求；4、設(shè)計(jì)為自鎖式抬升系統(tǒng)，在各種狀態(tài)下，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自鎖。5、通過操作主控制臺(tái)計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)的工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作；6、系統(tǒng)可按照要求設(shè)定每個(gè)橋墩的頂升速度和目標(biāo)位移。液壓爬升裝置及支撐、導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)每個(gè)橋墩的4個(gè)墩柱分別均包括固定導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)、2套液壓爬升裝置和爬升鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的爬升由2套液壓爬升裝置步進(jìn)、多步完成。如上圖所示，外圈的固定導(dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)與下面承臺(tái)基礎(chǔ)預(yù)埋件固定連接結(jié)，爬升鋼結(jié)構(gòu)的頂部通過調(diào)整墊塊和螺栓與蓋梁支撐鋼桁架連接。固定鋼結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有插銷孔，孔間距為1000mm。爬升鋼結(jié)構(gòu)由固定鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向，其兩側(cè)安裝的液壓爬升裝置可帶動(dòng)爬升鋼結(jié)構(gòu)相對于固定鋼結(jié)構(gòu)的插銷孔步進(jìn)爬升裝置主要由爬升油缸、下插銷裝置、上插銷裝置組成。插銷油缸是橋梁抬升的直接動(dòng)力執(zhí)行單元，其爬升力分2800KN和1500KN兩種，單步爬升行程為1000mm。上（下）插銷裝置主要由插銷座、插銷油缸、插銷、縱向及附件組成。位置傳感器，用來檢測插銷的到位情況，防止帶載插拔銷。插銷油缸內(nèi)置于插銷裝置內(nèi)部，使得整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。在爬升油缸上安裝有液壓鎖，作業(yè)過程中的任意位置均可以鎖定，保證系統(tǒng)的安全。主油缸上裝有位移傳感器，為PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵檢測元件。爬升裝置及鋼結(jié)構(gòu)工作過程橋梁單墩柱爬升過程示意圖液壓爬升裝置的單步行程（1000mm）分為四個(gè)動(dòng)作：①伸爬升油缸隨即帶動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)爬升，當(dāng)上插銷到位后插上插銷、②拔下插銷、③縮爬升油缸鋼，下插銷到位后插下插銷、④詳細(xì)工作過程描述：工作前確保上插銷縮回，下插銷插入固定鋼結(jié)構(gòu)的插銷孔內(nèi)，爬升油缸處于縮回狀態(tài)。（1）首先操作控制器，使爬升油缸伸出，隨著主油缸伸出帶動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)爬升，通過安裝在爬升油缸上的位移傳感器檢測主油缸的行程，當(dāng)爬升油缸伸出至980mm時(shí)，上插銷自動(dòng)切換到伸出狀態(tài)，當(dāng)上插銷對準(zhǔn)銷孔時(shí)插銷，上插銷插到位后觸發(fā)位置傳感器，主油缸和上插銷油缸自動(dòng)停止工作。（2）下插銷卸載：控制爬升油缸回縮，直至下插銷載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到上插銷；（3）下插銷拔出：控制下插銷油缸縮回，拔銷到位后，下插銷位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動(dòng)停止插銷油缸動(dòng)作。（4）爬升油缸回縮：控制爬升油缸縮回，通過安裝在油缸上的位移傳感器檢測爬升油缸的行程，當(dāng)主油缸縮回至980mm時(shí)，下插銷自動(dòng)切換到伸出狀態(tài)，隨著爬升油缸縮回，當(dāng)下插銷對準(zhǔn)銷孔時(shí)下插銷進(jìn)行插銷，到位后觸發(fā)位置傳感器，爬升油缸和下插銷油缸自動(dòng)停止工作。（5）上插銷卸載：控制爬升油缸伸出，直至上插銷載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到下插銷；（6）上插銷拔出：控制上插銷油缸縮回，拔銷到位后，上插銷位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動(dòng)停止插銷油缸動(dòng)作。（7）重復(fù)步驟（1）液壓動(dòng)力及控制系統(tǒng)1、抬升系統(tǒng)主要為爬升裝置、液壓動(dòng)力站系統(tǒng)、同步安全控制閥組、液壓管路、檢測傳感系統(tǒng)等所組成的液壓執(zhí)行和控制系統(tǒng)。每個(gè)墩柱均采用2套液壓爬升裝置，每個(gè)橋墩的8套爬升裝置由2個(gè)液壓泵站提供動(dòng)力，組成4套液壓執(zhí)行系統(tǒng)。每個(gè)橋墩采用2個(gè)分控制器實(shí)現(xiàn)前端控制，26個(gè)分控制器通過總線與主控制臺(tái)連接，并由主控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中控制。每套液壓執(zhí)行系統(tǒng)由控制系統(tǒng)操作可以單獨(dú)工作，也可以按照設(shè)定的速度和位移全部聯(lián)動(dòng)。2、智能控制顯示系統(tǒng)本方案設(shè)計(jì)采用進(jìn)口高精度的位移傳感器、行程開關(guān)、電磁閥、PLC控制器及可靠的電器元件組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)對爬升油缸、上插銷油缸和下插銷油缸的速度和位置以及相互協(xié)調(diào)工作，進(jìn)行精確控制檢測，精度可達(dá)到1mm。同時(shí)，系統(tǒng)按照程序要求對液壓站、各電磁換向閥進(jìn)行邏輯控制，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的壓力、液位、油溫及過濾器狀態(tài)，并對系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷、報(bào)警、處理。設(shè)計(jì)采用西門子PLC控制器，它具有抗干擾性強(qiáng)、運(yùn)算速度快、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，完全滿足該設(shè)備的實(shí)時(shí)控制要求?？刂葡潴w積小、重量輕，與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離，通過電纜與分別與液壓站和傳感器相連。位移檢測信號通過控制電纜傳輸?shù)娇刂破?，進(jìn)行比較分析判斷，控制器發(fā)出控制信號對液壓站和液壓控制模塊進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可靠的爬升動(dòng)作通過觸摸顯示屏和按鈕對系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)（位置、速度等）進(jìn)行設(shè)定、記錄和顯示。每一次動(dòng)作前的工作狀態(tài)，以及把準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)動(dòng)作所需的運(yùn)行參數(shù)在顯示屏上設(shè)定好點(diǎn)擊一個(gè)總啟動(dòng)按鈕，使被設(shè)定的油路同時(shí)啟動(dòng)工作。在控制器的控制下，系統(tǒng)自動(dòng)工作，達(dá)到設(shè)定的工作參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)的停止和保持；工作過程實(shí)時(shí)顯示每套執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行位置、液壓站及控制模塊的工作狀態(tài)。系統(tǒng)也可以通過觸摸屏設(shè)置成手動(dòng)模式，對每套裝置通過主操作臺(tái)的觸摸屏和按鈕進(jìn)行單獨(dú)操作。設(shè)備的安全保護(hù)措施本方案設(shè)計(jì)的設(shè)備具有多種安全保護(hù)措施，能夠絕對保證設(shè)備在運(yùn)行、停留保持時(shí)的作業(yè)安全。1、液壓保護(hù)措施：在每個(gè)爬升油缸上均安裝有雙向平衡閥，在上下插銷油缸上裝有液壓鎖，可以在工作過程中任何位置停止油缸，并安全地保持油