采用PLC双控制同步顶升引水渡槽施工技术研究

苏孝敏

(浙江同济科技职业学院，浙江杭州310000)

采用PLC双控制同步顶升引水渡槽施工技术研究

苏孝敏

(浙江同济科技职业学院，浙江杭州310000)

以赵山渡沙门渡槽补强加固工程为例，介绍了一种采用PLC双控制同步顶升进行引水渡槽的补强加固施工技术。通过PLC双控制同步顶升引水渡槽施工技术，使得渡槽在不间断通水与不破坏渡槽槽身的情况下，实现了渡槽的槽身4点同步顶升，完成了沙门渡槽的槽身支座增设的补强加固任务。

引水渡槽；补强加固；PLC计算机双控制；同步顶升技术

1 工程概况

沙门渡槽是赵山渡引水工程输水渠系北干渠的重要组成部分，工程向温州、瑞安、平阳等市县城镇提供居民生活用水和工农业用水，沙门渡槽设计流量为23.40 m3/s，为2级建筑物。工程位于娄园隧洞和乌岩脚隧洞之间，共计有15座，槽身材料为250号钢筋混凝土，每座渡槽顺水流方向36 m，为不等跨双悬臂结构，两侧悬臂均长8.0 m，支座基础从上至下依次为钢筋混凝土墩帽和钢筋混凝土灌注桩，渡槽槽身垂直水流方向为薄壁矩形结构。截面尺寸为5.20 m×4.00 m(宽×高)，侧墙、底板厚0.30 m，顶部厚0.20 m，地板顶高程高出侧墙底高程0.60 m，如图1所示。

赵山渡引水枢纽从2000年建成投入运行至今，沙门渡槽槽身的底板、侧墙出现了不同程度的细裂缝，工程运行管理单位组织邀请了水利专家召开了两次技术研讨会，分析了裂缝的原因，讨论了修补措施，最后决定对沙门渡槽进行补强加固处理。主要内容包括灌注桩施工、钢筋混凝土撑梁、钢筋混凝土墩台、槽身底部加强、渡槽顶升更换支座、裂缝渗漏修补等，其中引水渡槽不断水顶升更换支座施工是本工程技术难点和重点。

由于槽身变形量小(理论计算最大仅1 mm)，且各支座的受力不同，要求在精确控制支板反力(即顶升力)的情况下严格控制槽身位移，即采用双控制精确同步顶升是本工程确保在槽身不间断通水的工况下，不对结构产生二次破坏该施工技术的关键。在本项目槽身的顶升中采用高精度的大吨位千斤顶，并采用先进的电控装置和高精度的位移、压力检测系统，用计算机进行双指标精确控制千斤顶的升降速度，实现各点的高精度同步升降的控制。

图1 新增支座纵剖面示意(单位：mm)

2 PLC计算机同步顶升系统及工艺流程

2.1 PLC计算机同步顶升系统

PLC计算机同步顶升系统采用变频调速闭环控制系统，依靠调节供电的频率来改变电机转速，达到使油泵的流量连续可调的目的，再配以先进的电控装置和高精度的位移、压力检测系统，就可精确控制千斤顶的升降速度，实现4点同步升降的控制，满足同步顶升、同步降落、重载称重等功能。如图2所示。

图2 4点高精度同步顶升系统主要构造示意

该系统由1台超高压泵站、1套手持控制器控制系统、4套位移检测装置及附件组成。每台超高压泵站由4台超高压泵、4套变频调试控制装置、4套控制阀组、1套电控系统组成。控制系统由1套手持控制操纵控制系统、笔记本电脑组成，系统结构如图3所示。

图3 系统结构组成示意

位移检测装置为本系统的关键元件，本位移检测装置的核心是拉线位移传感器，具备实时检测负载的顶升高度。此位移传感器的脉冲当量为0.01 mm，当千斤顶移动时，传感器可以精确地测定千斤顶的实时位移。

在油泵上还安装有压力传感器(P/U)，依靠它可以测定千斤顶的负荷。千斤顶的当前位移和负荷通过电器信号接口反馈到控制系统中。

采用SPH系列同步电动泵组成，该SPH系列同步电动泵采用德国超高压领域的最先进技术，具有以下特点：①自动找零功能；②阀件控制自动找平衡功能；③双速输出，活塞杆快速复位；④采用超高压平衡阀回路，同步精度可达±1%。

同步系统的控制原理由变频调速泵、平衡阀、油缸和位移传感器组成了4路位置闭环回路，在统一的位移指令控制下，同步升降，由于4点共面为冗余约束，为避免偏载，引入对角线均载补偿。为减小升降过程的跟踪误差，增加了速度前馈。

2.2 工艺流程

系统工作总体流程如图4所示，具体为本节跨中支座处结构顶升→相邻跨跨中支座处结构顶升→止水处结构顶升。

图4 工艺流程

3 操作要点

3.1 系统设备安装

钢筋混凝土桩台到达28 d龄期后，开始实施顶升作业。首先，对桩台进行测量放样，即在桩台位置标出新设支座中心线，千斤顶放置位置，位移传感器装设位置。其次，四氟乙烯支座按照设计要求进行预压(见图5)，达到设计的顶升力后用高强螺栓进行加固。因千斤顶卸载后支座反力发生变化的主要原因是支座的压缩变形量，因此在顶升前先对支座按设计要求的支座反力进行逐一预紧，使支座在安装时预先达到设计荷载下的变形量。通过对四氟乙烯滑板支座的预压，使支座变形量达到正常所受力的变形，确保在二期混凝土未达到设计强度前支座反力不损失。预紧后，支座整体安装至预设螺栓位置。然后，安装压力传感器和位移传感器。压力传感器安装在千斤顶的顶端，以便在顶升时能准确反映顶升力的变化情况，位移传感器安装在支座附近的槽身底部混凝土壁上，以便能直接反映槽身真正位移情况。最后，安装顶升控制系统。在千斤顶安装就位前，要全面检查各设备和连接管、线的完整情况，确保设备不带病运转，同时选择单根同一长度的高压油管安装。检查高压油管的曲直度，尽量避免油管挠曲。4点高精度PLC计算机同步顶升系统采用LC-BP-ZK-B- 8系统，根据设计要求，每个支座处采用FY-CLP-1002单作用薄型螺母锁定液压千斤顶，千斤顶的最大顶升力为100 t，原悬壁端每个支座最大顶升力为30 t。

图5 支座预压示意

3.2 多点双控制同步顶升

(1)按油路设计方案将油管正确连接油泵、阀体和千斤顶(顶升时千斤顶的回油路不接油管)。要求每个接头部位采用紫铜垫片作密封垫，连接牢固不得有渗漏。连接好油泵的电源，并把泵体的油箱加满油，顶升过程中应随时观察油泵箱体内储油余量，最低不得少于箱体容积的1/3。

(2)位移与压力传感器的信号数据线要与计算机正确连接，连接后需进行人工测试，确保信号传递正常。

(3)槽身预顶与位移置零。正式顶升前要进行槽身试顶与位移置零，方法为：按5 MPa的油压设置位移置零点，先按5 MPa的油压下的顶升力(即贴合压力)进行预顶，当执行置零按钮后，8台千斤顶开始顶升，当画面中的实际载荷达到置零吨位的设定值后，千斤顶自动停止顶升，同时系统自动将伺服千斤顶的位移清零，此时即为同步顶升的基准零点。即置零结束。预顶既是为了位移监测，也是为了使支座钢板与槽底混凝土、千斤顶与桩台混凝土等界面紧密接触，减小位移误差，同时避免顶升安全事故的发生。

(4)顶升。压力表置零结束后，先设定顶升速度0.1 mm/min或5 t/min顶升(具体顶升速度视槽身工况而定)，当任何一台千斤顶的位移或顶升力达到设计的限定值时，同步控制系统就会自动发出指令，自动关闭这台千斤顶的顶升供油，这台液压油缸停止运动。当位移达到限定值但顶升力未达到限定值时，先全面检查顶升处的混凝土和槽身结构变化情况后，经设计同意后，再修改该处的位移限定值，再次顶升该点，直至达到设计要求的顶升力为止，顶升完成。

在顶升时，同步控制系统的计算机会自动显示各点的工作状态，直观方便地了解槽身各点的顶升进程。顶升达到设计要求后；对千斤顶进行锁定，并注意观察顶升力是否有变动。

3.3 顶升完成后

当顶升力到达设计要求或位置达到1 mm后，开启千斤顶自锁装置。顶升结束，在二期混凝土中埋入应力计，应力计紧贴支座下钢板安装，以便支座受力后能直观反应出支座受力情况。在后期管理中，随时测量桩基沉降情况(若以某一天超过限定沉降值，仍可以按本方案再次对槽身进行顶升作业)。支座下部二期混凝土采用HK-UW-3树脂混凝土浇筑。要求HK-UW-3树脂混凝土可操作时间≥15 min，凝固时间≤90 min，24 h抗压强度≥40 MPa。

最后进行等强撤除千斤顶。顶升结束后，再次由测量人员对槽身顶部预埋的沉降观测点进行测量，并与初始值对比，用观测出的变形值与监控系统中反映的变形值对比，进一步校核分析槽身的变形情况，若出现较大误差，找出原因后方可进行下一次顶升。树脂混凝土到达强度后，千斤顶等拆除，顶升结束。

4 质量安全控制措施

4.1 质量控制措施

根据本工程分部分项工程的划分，制订详细的《质量检验计划》，并按此计划对工程施工工序进行检查和检验。本工程的施工图、相关标准和规程、规范的施工技术要求和特点，结合以往公司类似项目的施工经验，由技术部门组织制订本工程所需要的槽身双控制高精度顶升作业指导书，作业指导书主要包括：工程概况、施工进度、施工方案、施工资源供应、质量标准、验收依据、安全措施等。 工程的关键过程是灌注桩与槽身同步顶升。控制重点是：除建立详细的作业指导书外，设立监控措施，对整个工程施工进行计划、实施、验证和改进(PDCA模式)，对工程质量特性进行监控。

本工程的特殊施工过程是槽身同步顶升，其质量控制重点是：制订的作业指导书必须经项目总工程师批准；对操作及管理人员资格、设备和施工工艺(包括参数)进行必要的规定和检查；必要时有监控人员及监控措施；施工过程中或施工后进行必要的跟踪监控和检查。对参与关键工程和特殊过程施工的人员，需进行上岗前的再培训，使参与施工的人员能够清楚地了解和掌握本工程的施工特点和施工方法，掌握提高质量水平的控制要点。

项目经理全面负责工程施工的质量管理，并对工程质量负责。公司质检部门负责对工程质量的监督，项目经理部设专职质量员，负责各施工项目的质量监督和检查，各施工队设专职质检员，负责本施工区的质量检查和监督，各班组设兼职质检员，负责本班组的质量监督和检查，做到各班组(工作面)质量员负责对各施工工序的自检，项目部质量员负责各施工工序的复检，公司驻工地质检员负责各施工工序的终检，最后由监理工程师验收签证，从而使工程质量检查达到真正意义上的“三检制”。

4.2 安全措施

施工中严格遵守《水利水电工程土建施工安全技术规程》，机械的操作必须符合《建筑机械使用安全技术规程》。进行高空施工作业时，必须遵守JGJ80—91《建筑施工高处作业安全技术规范》的规定。电动机械及手持电动工具的安装装置必须符合国家有关标准和安全技术规程，在做好保护接零的同时，按要求装漏电保护器。所有施工机械、电力、燃料、动力等的操作部位，严禁吸烟和任何明火。施工机电设备应有专人负责保养、维修和看管，确保安全生产。施工现场的电线、电缆应尽量放置在无车辆、人、畜通行部位。开关箱应带有漏电保护装置。施工过程中，必须按规定使用各种机械，严防伤及自己和他人。专业电工应持证上岗，电工有权拒绝执行违反电气安全的行为，严禁违章指挥和违章作业。

5 结 语

通过温州市赵山渡引水枢纽沙门渡槽的补强加固工程实践，研究采用了PLC双控制同步顶升引水渡槽施工技术，在渡槽不间断通水前提下，在保证不破坏渡槽槽身情况下，实现了沙门渡槽的槽身的顶升，完成了沙门渡槽的槽身支座增设的补强加固任务，并节约了大量的材料、人力、机械投入，降低了施工成本，为其他引水渡槽不断水的补强加固提供了借鉴。

[1] 李小群, 张媛, 陈海山. 国内外渡槽发展现状及趋势[J]. 农业科技与装备, 2011 (12): 79- 80．

[2] 欧健, 魏永桢, 周绍铣, 等. 韶山灌区渡槽裂缝研究[J]. 水利水电技术, 1993(10): 11- 16．

[3] 孟祥敏, 孙明权. 钢筋混凝土渡槽病害及老化问题分析研究[J]. 人民黄河, 1995 (10): 30- 34．

[4] 娄树红. 渡槽裂缝成因分析及其处理[J]. 湖南水利水电, 2008(6): 47- 48．

[5] 陈小云. 采用碳纤维加固引水渡槽工程实践[J]. 湖北水利水电职业技术学院学报, 2009, 5(4): 35- 37．

[6] 赵文华, 陈德亮, 颜其照, 等. 渡槽[M]. 第二版. 北京: 中国水利水电出版社, 1989．

StudyofAqueductConstructionwithPLCDouble-ControlSynchronousJackingTechnology

SU Xiaomin

(Zhejiang Tongji College of Science and Technology, Hangzhou 310000, China)

Based on Shamen aqueduct reinforcement project in Zhaoshandu Water Diversion Junction, a PLC double-control synchronous jacking aqueduct construction technology is introduced. The technology achieves the synchronous jacking of aqueduct body at four different points under the conditions of continuous water flow and no damage to aqueduct body. The application of technology guarantees the reinforcement of aqueduct bearings．

aqueduct; reinforcement; PLC double-control; synchronous jacking

TV545

A

0559- 9342(2017)09- 0058- 04

2017- 01- 13

苏孝敏(1973—)，男，浙江平阳人，教授级高工，硕士，主要从事水利工程施工技术研究及教学工作．

(责任编辑王 琪)