采用PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術研究

蘇孝敏

(浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江杭州310000)

采用PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術研究

蘇孝敏

(浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江杭州310000)

以趙山渡沙門渡槽補強加固工程為例，介紹了一種采用PLC雙控制同步頂升進行引水渡槽的補強加固施工技術。通過PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術，使得渡槽在不間斷通水與不破壞渡槽槽身的情況下，實現(xiàn)了渡槽的槽身4點同步頂升，完成了沙門渡槽的槽身支座增設的補強加固任務。

引水渡槽；補強加固；PLC計算機雙控制；同步頂升技術

1 工程概況

沙門渡槽是趙山渡引水工程輸水渠系北干渠的重要組成部分，工程向溫州、瑞安、平陽等市縣城鎮(zhèn)提供居民生活用水和工農(nóng)業(yè)用水，沙門渡槽設計流量為23.40 m3/s，為2級建筑物。工程位于婁園隧洞和烏巖腳隧洞之間，共計有15座，槽身材料為250號鋼筋混凝土，每座渡槽順水流方向36 m，為不等跨雙懸臂結構，兩側懸臂均長8.0 m，支座基礎從上至下依次為鋼筋混凝土墩帽和鋼筋混凝土灌注樁，渡槽槽身垂直水流方向為薄壁矩形結構。截面尺寸為5.20 m×4.00 m(寬×高)，側墻、底板厚0.30 m，頂部厚0.20 m，地板頂高程高出側墻底高程0.60 m，如圖1所示。

趙山渡引水樞紐從2000年建成投入運行至今，沙門渡槽槽身的底板、側墻出現(xiàn)了不同程度的細裂縫，工程運行管理單位組織邀請了水利專家召開了兩次技術研討會，分析了裂縫的原因，討論了修補措施，最后決定對沙門渡槽進行補強加固處理。主要內容包括灌注樁施工、鋼筋混凝土撐梁、鋼筋混凝土墩臺、槽身底部加強、渡槽頂升更換支座、裂縫滲漏修補等，其中引水渡槽不斷水頂升更換支座施工是本工程技術難點和重點。

由于槽身變形量小(理論計算最大僅1 mm)，且各支座的受力不同，要求在精確控制支板反力(即頂升力)的情況下嚴格控制槽身位移，即采用雙控制精確同步頂升是本工程確保在槽身不間斷通水的工況下，不對結構產(chǎn)生二次破壞該施工技術的關鍵。在本項目槽身的頂升中采用高精度的大噸位千斤頂，并采用先進的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測系統(tǒng)，用計算機進行雙指標精確控制千斤頂?shù)纳邓俣?，實現(xiàn)各點的高精度同步升降的控制。

圖1 新增支座縱剖面示意(單位：mm)

2 PLC計算機同步頂升系統(tǒng)及工藝流程

2.1 PLC計算機同步頂升系統(tǒng)

PLC計算機同步頂升系統(tǒng)采用變頻調速閉環(huán)控制系統(tǒng)，依靠調節(jié)供電的頻率來改變電機轉速，達到使油泵的流量連續(xù)可調的目的，再配以先進的電控裝置和高精度的位移、壓力檢測系統(tǒng)，就可精確控制千斤頂?shù)纳邓俣?，實現(xiàn)4點同步升降的控制，滿足同步頂升、同步降落、重載稱重等功能。如圖2所示。

圖2 4點高精度同步頂升系統(tǒng)主要構造示意

該系統(tǒng)由1臺超高壓泵站、1套手持控制器控制系統(tǒng)、4套位移檢測裝置及附件組成。每臺超高壓泵站由4臺超高壓泵、4套變頻調試控制裝置、4套控制閥組、1套電控系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)由1套手持控制操縱控制系統(tǒng)、筆記本電腦組成，系統(tǒng)結構如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結構組成示意

位移檢測裝置為本系統(tǒng)的關鍵元件，本位移檢測裝置的核心是拉線位移傳感器，具備實時檢測負載的頂升高度。此位移傳感器的脈沖當量為0.01 mm，當千斤頂移動時，傳感器可以精確地測定千斤頂?shù)膶崟r位移。

在油泵上還安裝有壓力傳感器(P/U)，依靠它可以測定千斤頂?shù)呢摵?。千斤頂?shù)漠斍拔灰坪拓摵赏ㄟ^電器信號接口反饋到控制系統(tǒng)中。

采用SPH系列同步電動泵組成，該SPH系列同步電動泵采用德國超高壓領域的最先進技術，具有以下特點：①自動找零功能；②閥件控制自動找平衡功能；③雙速輸出，活塞桿快速復位；④采用超高壓平衡閥回路，同步精度可達±1%。

同步系統(tǒng)的控制原理由變頻調速泵、平衡閥、油缸和位移傳感器組成了4路位置閉環(huán)回路，在統(tǒng)一的位移指令控制下，同步升降，由于4點共面為冗余約束，為避免偏載，引入對角線均載補償。為減小升降過程的跟蹤誤差，增加了速度前饋。

2.2 工藝流程

系統(tǒng)工作總體流程如圖4所示，具體為本節(jié)跨中支座處結構頂升→相鄰跨跨中支座處結構頂升→止水處結構頂升。

圖4 工藝流程

3 操作要點

3.1 系統(tǒng)設備安裝

鋼筋混凝土樁臺到達28 d齡期后，開始實施頂升作業(yè)。首先，對樁臺進行測量放樣，即在樁臺位置標出新設支座中心線，千斤頂放置位置，位移傳感器裝設位置。其次，四氟乙烯支座按照設計要求進行預壓(見圖5)，達到設計的頂升力后用高強螺栓進行加固。因千斤頂卸載后支座反力發(fā)生變化的主要原因是支座的壓縮變形量，因此在頂升前先對支座按設計要求的支座反力進行逐一預緊，使支座在安裝時預先達到設計荷載下的變形量。通過對四氟乙烯滑板支座的預壓，使支座變形量達到正常所受力的變形，確保在二期混凝土未達到設計強度前支座反力不損失。預緊后，支座整體安裝至預設螺栓位置。然后，安裝壓力傳感器和位移傳感器。壓力傳感器安裝在千斤頂?shù)捻敹?，以便在頂升時能準確反映頂升力的變化情況，位移傳感器安裝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況。最后，安裝頂升控制系統(tǒng)。在千斤頂安裝就位前，要全面檢查各設備和連接管、線的完整情況，確保設備不帶病運轉，同時選擇單根同一長度的高壓油管安裝。檢查高壓油管的曲直度，盡量避免油管撓曲。4點高精度PLC計算機同步頂升系統(tǒng)采用LC-BP-ZK-B- 8系統(tǒng)，根據(jù)設計要求，每個支座處采用FY-CLP-1002單作用薄型螺母鎖定液壓千斤頂，千斤頂?shù)淖畲箜斏?00 t，原懸壁端每個支座最大頂升力為30 t。

圖5 支座預壓示意

3.2 多點雙控制同步頂升

(1)按油路設計方案將油管正確連接油泵、閥體和千斤頂(頂升時千斤頂?shù)幕赜吐凡唤佑凸?。要求每個接頭部位采用紫銅墊片作密封墊，連接牢固不得有滲漏。連接好油泵的電源，并把泵體的油箱加滿油，頂升過程中應隨時觀察油泵箱體內儲油余量，最低不得少于箱體容積的1/3。

(2)位移與壓力傳感器的信號數(shù)據(jù)線要與計算機正確連接，連接后需進行人工測試，確保信號傳遞正常。

(3)槽身預頂與位移置零。正式頂升前要進行槽身試頂與位移置零，方法為：按5 MPa的油壓設置位移置零點，先按5 MPa的油壓下的頂升力(即貼合壓力)進行預頂，當執(zhí)行置零按鈕后，8臺千斤頂開始頂升，當畫面中的實際載荷達到置零噸位的設定值后，千斤頂自動停止頂升，同時系統(tǒng)自動將伺服千斤頂?shù)奈灰魄辶悖藭r即為同步頂升的基準零點。即置零結束。預頂既是為了位移監(jiān)測，也是為了使支座鋼板與槽底混凝土、千斤頂與樁臺混凝土等界面緊密接觸，減小位移誤差，同時避免頂升安全事故的發(fā)生。

(4)頂升。壓力表置零結束后，先設定頂升速度0.1 mm/min或5 t/min頂升(具體頂升速度視槽身工況而定)，當任何一臺千斤頂?shù)奈灰苹蝽斏_到設計的限定值時，同步控制系統(tǒng)就會自動發(fā)出指令，自動關閉這臺千斤頂?shù)捻斏┯?，這臺液壓油缸停止運動。當位移達到限定值但頂升力未達到限定值時，先全面檢查頂升處的混凝土和槽身結構變化情況后，經(jīng)設計同意后，再修改該處的位移限定值，再次頂升該點，直至達到設計要求的頂升力為止，頂升完成。

在頂升時，同步控制系統(tǒng)的計算機會自動顯示各點的工作狀態(tài)，直觀方便地了解槽身各點的頂升進程。頂升達到設計要求后；對千斤頂進行鎖定，并注意觀察頂升力是否有變動。

3.3 頂升完成后

當頂升力到達設計要求或位置達到1 mm后，開啟千斤頂自鎖裝置。頂升結束，在二期混凝土中埋入應力計，應力計緊貼支座下鋼板安裝，以便支座受力后能直觀反應出支座受力情況。在后期管理中，隨時測量樁基沉降情況(若以某一天超過限定沉降值，仍可以按本方案再次對槽身進行頂升作業(yè))。支座下部二期混凝土采用HK-UW-3樹脂混凝土澆筑。要求HK-UW-3樹脂混凝土可操作時間≥15 min，凝固時間≤90 min，24 h抗壓強度≥40 MPa。

最后進行等強撤除千斤頂。頂升結束后，再次由測量人員對槽身頂部預埋的沉降觀測點進行測量，并與初始值對比，用觀測出的變形值與監(jiān)控系統(tǒng)中反映的變形值對比，進一步校核分析槽身的變形情況，若出現(xiàn)較大誤差，找出原因后方可進行下一次頂升。樹脂混凝土到達強度后，千斤頂?shù)炔鸪斏Y束。

4 質量安全控制措施

4.1 質量控制措施

根據(jù)本工程分部分項工程的劃分，制訂詳細的《質量檢驗計劃》，并按此計劃對工程施工工序進行檢查和檢驗。本工程的施工圖、相關標準和規(guī)程、規(guī)范的施工技術要求和特點，結合以往公司類似項目的施工經(jīng)驗，由技術部門組織制訂本工程所需要的槽身雙控制高精度頂升作業(yè)指導書，作業(yè)指導書主要包括：工程概況、施工進度、施工方案、施工資源供應、質量標準、驗收依據(jù)、安全措施等。 工程的關鍵過程是灌注樁與槽身同步頂升。控制重點是：除建立詳細的作業(yè)指導書外，設立監(jiān)控措施，對整個工程施工進行計劃、實施、驗證和改進(PDCA模式)，對工程質量特性進行監(jiān)控。

本工程的特殊施工過程是槽身同步頂升，其質量控制重點是：制訂的作業(yè)指導書必須經(jīng)項目總工程師批準；對操作及管理人員資格、設備和施工工藝(包括參數(shù))進行必要的規(guī)定和檢查；必要時有監(jiān)控人員及監(jiān)控措施；施工過程中或施工后進行必要的跟蹤監(jiān)控和檢查。對參與關鍵工程和特殊過程施工的人員，需進行上崗前的再培訓，使參與施工的人員能夠清楚地了解和掌握本工程的施工特點和施工方法，掌握提高質量水平的控制要點。

項目經(jīng)理全面負責工程施工的質量管理，并對工程質量負責。公司質檢部門負責對工程質量的監(jiān)督，項目經(jīng)理部設專職質量員，負責各施工項目的質量監(jiān)督和檢查，各施工隊設專職質檢員，負責本施工區(qū)的質量檢查和監(jiān)督，各班組設兼職質檢員，負責本班組的質量監(jiān)督和檢查，做到各班組(工作面)質量員負責對各施工工序的自檢，項目部質量員負責各施工工序的復檢，公司駐工地質檢員負責各施工工序的終檢，最后由監(jiān)理工程師驗收簽證，從而使工程質量檢查達到真正意義上的“三檢制”。

4.2 安全措施

施工中嚴格遵守《水利水電工程土建施工安全技術規(guī)程》，機械的操作必須符合《建筑機械使用安全技術規(guī)程》。進行高空施工作業(yè)時，必須遵守JGJ80—91《建筑施工高處作業(yè)安全技術規(guī)范》的規(guī)定。電動機械及手持電動工具的安裝裝置必須符合國家有關標準和安全技術規(guī)程，在做好保護接零的同時，按要求裝漏電保護器。所有施工機械、電力、燃料、動力等的操作部位，嚴禁吸煙和任何明火。施工機電設備應有專人負責保養(yǎng)、維修和看管，確保安全生產(chǎn)。施工現(xiàn)場的電線、電纜應盡量放置在無車輛、人、畜通行部位。開關箱應帶有漏電保護裝置。施工過程中，必須按規(guī)定使用各種機械，嚴防傷及自己和他人。專業(yè)電工應持證上崗，電工有權拒絕執(zhí)行違反電氣安全的行為，嚴禁違章指揮和違章作業(yè)。

5 結 語

通過溫州市趙山渡引水樞紐沙門渡槽的補強加固工程實踐，研究采用了PLC雙控制同步頂升引水渡槽施工技術，在渡槽不間斷通水前提下，在保證不破壞渡槽槽身情況下，實現(xiàn)了沙門渡槽的槽身的頂升，完成了沙門渡槽的槽身支座增設的補強加固任務，并節(jié)約了大量的材料、人力、機械投入，降低了施工成本，為其他引水渡槽不斷水的補強加固提供了借鑒。

[1] 李小群, 張媛, 陳海山. 國內外渡槽發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2011 (12): 79- 80．

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[6] 趙文華, 陳德亮, 顏其照, 等. 渡槽[M]. 第二版. 北京: 中國水利水電出版社, 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

蘇孝敏(1973—)，男，浙江平陽人，教授級高工，碩士，主要從事水利工程施工技術研究及教學工作．

(責任編輯王 琪)