空心墩液压爬模智能同步顶升施工应用及研究

高青松

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概况

栾川至卢氏高速公路主体工程施工LLTJ-1标段4座桥梁下部结构设计形式包含空心薄壁墩，设计62处，共计2 801.437 m。百炉大桥下部结构中矩形空心薄壁墩设计共19处，采用550 cm×280 cm截面形式；柏松树大桥下部矩形空心薄壁墩设计24处，采用550 cm×280 cm截面形式，其中12#～14#墩身采取变截面空心墩墩身，墩顶沿侧面按照坡率50∶1放坡；鸡冠洞互通主线桥10#～17#及鸡冠洞互通DK0+211.581匝道桥1#～3#桥墩工程。采用8种截面形式(550 cm×280 cm、700 cm×280 cm、900 cm×280 cm、1 050 cm×280 cm、1 150 cm×280 cm、1 350 cm×280 cm、1 650 cm×280 cm、1 700 cm×280 cm)，共计781.75 m，其中1箱式2种、2箱式3种、3箱式3种截面形式。空心墩截面结构形式复杂、变化多、形式多。

2 工艺原理及特点

空心薄壁墩液压爬模智能同步顶升施工是将机、电、液一体化有机融入传统的爬模施工工艺之中，系统分为三大块：集中动力单元、西门子人机一体化智能控制系统和液压油缸执行机构。在模板爬升过程中提前设置压力、位移、油温等，通过同步顶升系统控制每个机位的油顶进行同步性爬升，系统配置高精度位移传感器，可以将误差精度控制在2 mm以内，有效地解决当前施工液压爬模系统各部位顶升机位运动速度快慢不一、同步性差的问题，实现自动控制升降速度、确保升降同步、平稳。整条施工生产线还配置压力传感器、温度传感器、八方位风速仪，实施多元化全方位监控，实时检测爬模爬升过程中压力、位移、油温。超出设置上限报警并及时停机，免除了施工期间众多的安全隐患，并成功利用最新互联网络―云端物联网，用手机或电脑远程监控。

针对项目空心墩截面形式大、箱式形式多、结构形式多等特点，通过调整智能控制柜监控系统内部参数，如调整传感器里程、位移精度、油顶的荷载压力等，还可以让不同的操作者针对不同的桥梁截面形式满足不同的系统工程相关要求，降低爬模工人的熟练要求，提高液压模板的安装控制精度，让爬模整体的爬升安全以数据化的形式呈现，极大地提升爬模施工的安全性。

3 工艺流程及操作要点

3.1 施工准备

高墩首节设计为高度2 m的实心段，内箱设置倒角，首节段采用脚手架操作平台，汽车吊配合吊装定型钢模完成浇筑，完成后在此基础上安装爬模爬架系统。爬模主要由七大部分(模板、桁架主背楞、斜撑、后移系统装置、承重架、埋件系统、加高节等材料)进行准备及场外拼装组成。

首节混凝土施工中需预埋爬模爬升装置中的锚锥及锚筋。锚锥一般为高强度钢制锥形螺帽，内接锚筋(锚筋一般为高强螺杆或者精轧螺纹钢，可带尾锚板以加强锚固力)，外接高强螺栓锚固，构成自爬模系统的最终承力结构[1]。

3.2 爬模安装就位

3.2.1 爬架架体第一部分安装

1)首节混凝土浇筑后，第二节段混凝土浇筑所必须的爬升系统部件需安装完成。主要有锚板、架体、模板系统。将液压装置、步进装置等机构一同安装到位。

2)待混凝土强度达到20 MPa后，用高强螺栓将锚板安装在预埋的锚锥上，分别安装单片架体拼装单元或整体拼装架体，通过爬架挂钩悬挂于锚板承重销上，并安装好下撑脚。

3)在爬模架体上安装施工工作平台、人员上下走道扶梯，并完善临边护栏。

4)第二节段模板合龙之前，对每节段间施工接缝按规范进行凿毛处理。

5)模板调整到位后，合模前在模板底口采取封闭的措施，防止漏浆，在内外侧壁上贴憎水海绵条后再合模夹紧。25 t吊车或者塔吊进行混凝土入仓浇筑，插入式振捣棒振捣。

3.2.2 爬架架体第二部分安装

1)第二节段混凝土达到脱模强度后，拆除对拉螺栓、锚锥堵头螺栓，调节外模板支撑调节螺杆和内模支撑装置，拉开内、外模后进行模板表面清理。

2)在第二节段混凝土强度达到30 MPa以上后[2]，在预埋的锚锥上安挂承重锚板，安装爬升装置以及爬架爬升轨道，最后进行爬升控制系统的安装及调试。

3)爬架爬升按以下流程进行：调整步进装置棘块一致向下→打开液压缸进油阀门→启动控制装置→爬架爬升→卸下承重销→爬架爬升→安装承重销→关闭液压缸进油阀门，关闭液压控制柜，切断电源→安装下支撑。

4)内模搭设安装：内模由三层或四层操作平台组成，底层全封闭，采用型钢构成支撑骨架体系，采用对拉拉杆连接内外模板，内模由附墙螺栓承重，采用塔吊配合提升模板。

3.3 同步顶升系统安装

1)装卸：装卸过程中避免造成系统或原件的损坏，注意轻拿轻放。

2)起吊：直接起吊即可。

3)检查：同步顶升液压系统安装调试前逐一清点和检查各部件，保证同步顶升系统的正常装配。

4)安装：正确将油缸安装于爬模装置上，油缸的油口方向一致，将泵站固定在爬模合适位置后，将调速阀块固定于爬架主背楞适当位置。

5)连接：确认油缸、调速阀块、泵站均正确安装固定后，用指定通径长度的胶管连接，安装时拆下相应接头上的保护盖(保护盖请妥善保管好)，检查对接口处无杂质与异物方可安装，保证胶管装配时无杂质进入。其中液压站的4个接口保证一个进口、一个出口，形成一个环路即可。

6)油箱加油：取下泵站保护罩，将空滤器拆下放置于清洁处，避免污染，选用合适清洁的漏斗插入孔内注油，注油过程中不得有杂质异物进入污染油液，油液清洁度不低NAS1638-10级的油，注油量为油箱有效容积高度的90%(油位在液位计的最上部)。

7)连接控制柜：油缸上连接的管、线应按照编号顺序依次摆放安装，便于施工期间发生故障能迅速排除，安装前检查动力单元上各部位连接线路有无松动、断线；检查航空插头、插座有无异常；检查位移传感器的位置、信号线是否符合要求以及安装位置是否正确。油缸安装好后，装在缸体上的位移传感器应做好防水、防雨淋、防碰撞。

3.4 设置控制系统参数及操作

智能同步顶升控制柜监控界面可以随时观察每台液压油缸单元的位置数据、压力数据、液压泵以及电磁换向阀的工作状态。当出现异常事件发生故障报警时，跑马灯横条变红色，文字显示详细的报警内容。监控界面上投运按钮、数据调平按钮、同步升降按钮、历史数据按钮以及内部参数按钮为可操作按钮。投运按钮在系统联动状态下，投运按钮可以禁止相应液压油缸投入运行，任意组合需要投入运行的液压油缸单元进行同步升降工作。上升下降按钮可以操作系统投入运行的液压油缸同步上升和下降。数据调平按钮可以将系统投入运行的液压油缸位移数据按显示中最大的位移数据调成相同的数据。低压找平按钮可以操作系统投入运行的液压油缸上升承载相同的重量。在历史数据界面里面记录保存着有系统运行中的监控数据以便查询。

调试及操作：将压力、位移、油温等系统参数设置完成后，进行调试操作。

1)连接控制电缆(系统控制柜到每一个液压油缸单元电缆有2条，分别用3芯和7芯航空插连接)，连接控制柜供电电源进线。

2)打开控制柜后门，合上电源总开关，打开控制柜前门，开启一体机监控显示屏，认真检查无异常后关上前后门，进行下一步空载试运行。

3)单动/联动开关旋到单动位置，在触摸显示屏上单独选择1#泵站投入运行，禁止其他泵站工作。按启动按钮启动液压泵，按下起升按钮，观察监控数据，确认一切正常后按下降按钮让1#油缸回位，按暂停按钮停止。然后在触摸显示屏上关闭1#液压泵站单元，选择2#液压泵站投入运行，按下起升按钮，观察监控数据，确认2#单元也正常后按下降按钮让2#油缸回位，按暂停按钮停止。以此类推，认真检查所有的液压油缸，全部正常后按液压泵启/停按钮停止液压泵运行。

4)将单动旋钮旋到联动位置，启动同步顶升控制系统后，油缸将同步顶升，观察同步监控数据无异常后按下降按钮让所有油缸回初始位，空载试运行结束，系统可以投入正常使用。

3.5 爬模爬升

1)爬架爬升准备工作符合要求后，打开进油阀门、在液压控制柜上启动智能同步顶升系统，拔去安全插销，开始导轨的爬升[3]。

2)爬升时，由专人对控制柜爬升数据进行监控及观察。

3)爬架架体荷载通过导轨来传递后，卸下承重销。

4)爬升过程中，注意观察、监测爬升数据，到位后才可开始下一个行程爬升。

5)待爬架爬升到位后，及时插上爬模承重销及爬架安全插销。

6)爬架爬升完成后，关闭进油阀门、关闭控制系统、切断电源。

3.6 实时监控或远程监控

液压爬模顶升智能同步位移传感系统，在每个液压油顶安装1组智能爬升系统，在液压爬模爬升过程中实时监控位移；液压爬模压力反馈系统，在液压爬模爬升过程中，每个机位的油顶的荷载压力可以及时反馈到集中控制柜，实时监控每个机位所承受的压力，液压爬模液压系统油温反馈，在液压爬模开机状态下反馈液压系统的工作状态，实时监控液压油温度，智能爬模所有数据均可视化，所有机位的数据可在控制柜屏幕上显示出来。现场可以通过智能同步顶升控制柜实时监控位移、压力、油温。

3.7 下一个循环

在下一次空心墩爬模爬升循环过程中，在确保各连接件、线路正常连接后，只需要在系统中选取相对应参数即可进行空心薄壁墩液压爬模智能同步顶升施工循环工作。

4 工程应用

栾卢高速公路LLTJ-1标段鸡冠洞互通主线桥空心薄壁墩采用液压爬模同步顶升系统技术，2020年10月26日，项目部在鸡冠洞互通主线桥右幅10号空心薄壁墩第二节采用爬模同步顶升施工技术，通过智能同步位移监控、油顶荷载压力反馈、油温异常跟踪、风速监控、爬升数据记录等实现自动控制升降速度、保证升降平稳同步、简化系统结构。试验过程中对电控系统及液压系统、换向盒、油缸同步性、埋件位置、受力螺栓及挂座、后移拉杆及齿轮插销等展开安全质量检查，同步顶升爬模作业人员3人1 h完成模板爬升，随即对模板进行校核，发现安装精度精确，模板安装偏差2 mm。

2020年10月29日，相继对右幅12号空心墩(9 m×2.8 m截面形式、两箱式)、左幅10、12号空心墩展开施工，2020年12月5日右幅10号完成空心墩6节段、右幅12号空心墩4节段、左幅10号、12号墩第二节段进行浇筑。成型后复核墩身结构尺寸、墩顶高程、墩身竖直度、墩身轴线偏位等均满足设计及规范要求，同时同步顶升系统储存记录了该截面尺寸爬升参数，后期可以直接调用参数。

5 结束语

该工法操作简单、同步精度较高，实现爬模爬升自动控制升降速度、保证升降平稳同步。将机、电、液一体化有机地融入传统的爬模施工工艺之中，设备紧凑、维护方便、操作灵活、安全高效。系统配置高精度位移传感器、压力传感器、温度传感器、八方位风速仪，可对整条施工生产线实施多元化全方位监控，排除故障迅速，所有故障报警并及时停机，免除了施工期间众多的安全隐患，基本上实现了把故障消除在萌芽状态这一目标。配备有摄像监控并成功利用最新互联网络——云端物联网，可用手机或电脑进行远程监控，智能化程度高，让爬模整体的爬升安全以数据化的形式呈现出来，大大提升爬模的施工安全性。使用该技术后能够较大提高施工人员质量控制积极性，提高作业人员品质意识。

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