作者；张毅
大跨度空间结构的整体同步安装施工方法包括连续平行牵引、高空提升、整体转体与索结构整体张拉等，需要用到专门的成套移位设备，如连续牵引千斤顶、连续提升千斤顶等。专用的移位千斤顶不但价格昂贵，而且功能不同的移位千斤顶因结构不同，也不能通用。随着采用整体移位施工技术工程规模的越来越大，同步移位的点数也越来越多，动则需要使用几十甚至上百台移位千斤顶，而且不同的工程所需要使用的移位千斤顶的吨位和功能都可能不同。所以，为了满足不同工程的要求，相关专业施工单位需要投入大量资金购置大量不同吨位、不同功能的移位千斤顶。由于不同千斤顶不能通用，使得设备周转使用效率低，从而造成大量设备的闲置。
如果移位千斤顶能够一顶多用，就能提高利用率，减少设备闲置，最终提高经济效益。为了满足这一需求，我们设计了具有各种连续功能的组合式多功能移位千斤顶，本文介绍了该千斤顶的设计。
1 移位千斤顶的功能及构造分析
根据移动路线的不同，液压同步移位技术主要可分为竖向移位、水平移位、斜向移位以及综合移位等。其中，竖向移位包括整体提升、整体爬升、整体顶升等，水平移位包括牵引滑移、顶推滑移等，斜向移位包括索结构整体张拉等。不同移位方式所使用设备最大的区别在于执行机构的不同。整体提升、牵引滑移（平移）、整体张拉等均采用穿心千斤顶作为执行机构，整体顶升（或卸载）、顶推滑移技、步履式顶推等虽然都采用实心千斤顶作为执行机构，但对千斤顶的使用方式不同。整体顶升（或卸载）使用普通的实心千斤顶，而顶推滑移和步履式顶推所用千斤顶都是专用设备，应用范围比较窄。就应用范围而言，各种技术都有其适用的领域，而采用穿心式千斤顶和钢绞线作为承载系统的整体提升系统适用范围更广，能够用于大多数移位工程，因此成为应用最多的移位系统。
采用穿心式千斤顶和预应力钢绞线作为承载系统的整体移位技术是预应力张拉技术在特种施工中的成功运用。移位千斤顶的基本构造包括一台穿心式千斤顶、两套自动工具锚和撑脚（图1）。当用于竖向移位施工时，活塞顶出，固定在活塞上的上锚由于楔形原理自动夹紧钢绞线带动构件上升至行程结束，下锚处于松开状态，活塞顶出到位后回程，此时下锚由于楔形原理自动夹紧钢绞线，承担荷载，上锚松开钢绞线，活塞回程直至行程结束，从而完成一个行程的构件提升。如此循环，两套锚具轮流夹持钢绞线承担构件荷载，带动构件连续上升最终将其提升到预定高度。如果将移位千斤顶水平放置，则可以实现构件的水平移动，如牵引滑移、整体转体施工等。
对普通预应力穿心式千斤顶增加工装，便可将其改造为简易移位千斤顶，一般可应用于要求不高的小型移位工程（图2）。随着移位技术的发展，对移位设备的要求也越来越高，移位设备也在不断发展，功能也越来越完善，因此需要设计专门的移位千斤顶才能满足要求较高的大型移位工程的需求。根据实现功能和配置的不同，目前移位千斤顶主要有以下几种典型的结构形式：图3(a)单顶机械顶压不完全连续移位千斤顶；(b)单顶液压顶压不完全连续移位千斤顶；(c)双顶机械顶压完全连续移位千斤顶；(d)双顶液压顶压完全连续移位千斤顶。
移位千斤顶a和b功能相同，主要用于整体提升、整体张拉、连续牵引或滑移施工等，由一台穿心千斤顶、三套工具锚（上锚、下锚和安全锚）和撑脚组成。当千斤顶出现故障需要拆卸修理或者提升完毕需要临时锚固时，由安全锚承担构件的荷载。当用于水平移位施工时，只需要两套工具锚（上锚和下锚）。工作时上锚和下锚轮流夹持钢绞线承担构件荷载，带动构件连续上升、水平移动或进行连续张拉。由于只有一台主千斤顶，这种结构的移位千斤顶在控制系统的控制下可以实现构件的不完全连续移动。
千斤顶a和b的区别在于移位千斤顶a采用机械顶压的自动工具锚，移位千斤顶b除了下方的安全锚是机械顶压的自动工具锚外，另外两套锚具采用液压顶压的顶压器。自动工具锚结构简单，工作可靠；液压顶压器结构较为复杂，夹片的锁紧和松开可通过程序进行主动控制，位移控制精度更高，松锚紧锚动作的衔接和程序控制比较复杂，配合锚具特殊的设计还可以实现构件的下降操作。
移位千斤顶c和d功能相同，主要用于连续牵引或滑移、连续转体施工等，都包括两台穿心千斤顶、两套锚具和撑脚。二者区别在于移位千斤顶c采用机械顶压的自动工具锚，移位千斤顶d采用液压顶压的顶压器。两台千斤顶的活塞轮流顶出，两套锚具轮流夹持钢绞线承受构件的荷载，能够使构件完全连续移动。
上述分析表明，各种移位千斤顶基本原理相同，具体采用哪种结构的千斤顶应根据工程的需要进行选择。从对各种移位千斤顶结构的分析可以看出，移位千斤顶的组成部件可以分解为穿心千斤顶、自动工具锚、顶压器、撑脚等几大部件。因此，吨位相同，结构和功能不同的移位千斤顶，均是由不同数量的穿心千斤顶、工具锚、顶压器、撑脚等部件组合而成。如果对其进行模块化设计，使得各个部件能够以搭积木的方式自由组合，就能实现一顶多用，满足不同的使用要求，从而大大提高设备的利用率，为施工单位节省大笔设备购置费用。
2 组合式多功能移位千斤顶的设计
整体移位施工对千斤顶的安全系数要求比较高，所使用的工作油压一般不超过31. 5MPa，相同吨位的移位千斤顶的穿心孔径较普通预应力千斤顶大，体积也大。此外，与普通的预应力用穿心千斤顶比，移位千斤顶的构造也更为复杂，并不只是穿心千斤顶、工具锚、顶压器、撑脚等几大部件的简单组合，还需要考虑传感器等辅助元件安装等因素。因此，必须结合移位功能，将模块化设计的思路贯彻于整个设计过程中，对移位千斤顶的整体结构和细部构造做全盘的考虑和设计，才能更好地实现各种移位功能和满足互换性要求。
为了使所有组件能够自由组合，移位千斤顶的结构设计除了要满足移位功能要求外，各组件之间的连接方式是模块化设计的重点。
1)穿心式千斤顶与撑脚的连接设计
常用的穿心式千斤顶与撑脚的连接有两种方式：螺纹连接和螺栓连接。两种连接方式都能实现互换。
图4为采用螺纹整体连接的示意图。采用此种连接方式时，需要将穿心千斤顶的前端盖和后端盖加长，加长部分的螺纹与端盖上原有的与油缸旋合的螺纹相同，撑脚的法兰上也加工有与端盖上螺纹匹配的内螺纹。将撑脚与相应的端盖旋合，撑脚与穿心千斤顶便连接成为整体。
采用螺纹连接方式的移位千斤顶在实际使用中存在一些问题。在提升过程中，如果千斤顶发生故障，需要维修或者更换，正常的操作过程是千斤顶回油，活塞缩回，使千斤顶上工具锚松锚，荷载由安全锚承担，然后将穿心千斤顶上的夹片拆除，再将穿心千斤顶整体从撑脚上拆卸下来维修，或者更换备用穿心千斤顶。拆除穿心千斤顶时，需要旋转千斤顶整体，使其与撑脚脱离，对于吨位较大的千斤顶，穿心千斤顶本身的体积和重量都较大，螺纹公称直径可达300mm，甚至更大。要旋合这么大的螺纹，需要一套专门的工具，操作难度很大，即便是在工厂组装也比较困难。在施工过程中，常有千斤顶的工作位置没有操作平台的情况，拆卸或更换千斤顶就更加困难。因此，螺纹整体连接方式虽然能够实现互换功能，但使用不方便。
图5为采用螺栓整体连接的示意图。采用此种连接方式时，穿心千斤顶的结构与普通的预应力用穿心千斤顶结构类似，只是在油缸的两端端面，加工有均布的螺纹孔，撑脚的法兰上也加工有相应的均布的沉孔或通孔，用螺栓将撑脚与穿心千斤顶连接成整体。
采用螺栓连接方式的移位千斤顶在拆卸或者安装穿心千斤顶时较为简便，不需要整体旋转穿心千斤顶，只需将各个螺栓拆下即可移开穿心千斤顶。螺纹孔的加工也比大直径螺纹的加工难度小得多，容易实现互换。
2)自动工具锚与穿心千斤顶活塞及撑脚的连接设计
根据所实现功能的不同，移位千斤顶一般包含2~3套工具锚，千斤顶的活塞和撑脚上都需要安装工具锚。在移位千斤顶的组装和工作过程中都需要保证工具锚锚孔的分布一致，才能实现钢绞线的顺利移动。由于穿心千斤顶的活塞和油缸在工作过程中可能发生相互转动，因此固定在活塞上的工具锚也将随之转动，这导致几套工具锚之间的锚孔位置分布不一致。为此，需将工具锚与活塞或撑脚的连接方式设计成可调的，以确保在各套工具锚锚孔位置不一致时可对其进行调整。
为此，在千斤顶的活塞端面上设置均布的螺纹孔，工具锚的锚板外圆设计为台阶形，用均布通孔的环形压板将工具锚压在活塞的凹槽内，用螺栓紧固。当需要调整锚孔的分布位置时，将螺栓拧松，工具锚便能在活塞的凹槽内自由转动，如图6所示。工具锚与顶压器活塞的连接与此相同。
工具锚与撑脚的连接方式和工具锚与穿心千斤顶活塞的连接方式类似，只是将压板设计为压盖，用压盖将工具锚压在撑脚的底板或顶板上，撑脚的底板或顶板上需要加工均布的螺纹孔，分布与压盖上的通孔一致，具体见图7。
3)顶压器与穿心千斤顶活塞及撑脚的连接设计
对于采用顶压器的移位千斤顶，顶压器也要求能够自由转动，以便调节锚孔的位置。对顶压器与穿心千斤顶活塞的连接部位设计如下：顶压器活塞的一端安装工具锚，另一端外露部分加工成螺纹，穿心千斤顶的凹槽内应加工成与顶压器活塞端部螺纹匹配的内螺纹，且螺纹的小径要比工具锚板的最大直径略大，这样保证了穿心千斤顶活塞上既能安装自动工具锚也能安装顶压器，可以自由组合，如图8所示。
工具锚板虽然能够在顶压器的活塞凹槽内转动，但由于弹簧压板通过螺杆与顶压器油缸相连，无法自由转动，所以顶压器固定在千斤顶活塞上之后是不能自由旋转锚板调节锚孔位置的，还需要通过其他方式以实现锚孔位置的调节。
对顶压器与撑脚的连接部位设计如下：将一个带台阶的固定螺母与顶压器活塞的螺纹旋合，旋合前需要在固定螺母外套装固定盖板，然后用螺栓将固定盖板固定在撑脚的顶板或底板上。拧松螺栓，即可自由转动顶压器以调整锚孔位置，如图9所示。
对于采用双顶双顶压器的移位千斤顶d，当工具锚板的孔位不一致时，还需要转动其中一个顶压器的油缸来调整锚孔位置，使其与另一个顶压器的锚孔位置一致。
对于采用单顶双顶压器的移位千斤顶b，虽然固定在穿心千斤顶活塞上的顶压器锚孔位置是固定的，但是由于其他锚孔的位置都可调节，使其与固定的锚孔位置一致即可。
4)钢绞线导向装置及其固定方式设计
提升或滑移所使用的钢绞线需要逐根穿过移位千斤顶的多套锚具，且不能交叉，当钢绞线根数较多时，穿过穿心千斤顶内部时很容易穿错。为此，在穿心千斤顶内设置钢绞线导向装置，且导向装置与千斤顶的固定方式上应满足孔位能够自由调整的要求（图10），当出现导向装置导管的位置与工具锚的孔位不一致时，拧松螺栓便可进行调整。
5)其他连接部位的设计
为了保证所有主要组件能够互换使用，连接部位的设计均应统一考虑。
由于顶压器活塞上的工具锚板和自动工具锚的锚板完全一样，因此无论采用机械顶压还是液压顶压，锚具和夹片均可通用；顶压器活塞凹槽尺寸和穿心千斤顶活塞的凹槽及螺纹尺寸均需要根据锚板的尺寸确定，以满足互换要求。
3 结语
对于一大型整体移位工程，移位设备的投入在整体移位施工费用中所占比重与其重复使用率相关。如果移位设备的通用性差，重复使用率低，将会使采用整体移位技术所带来的经济效益打折扣。
在整体同步移位系统的组成单元中，主控计算机、液压泵站和监测系统通用性较强，重复使用率很高，只需要进行少量的调整就能满足大多数移位工程的要求。而移位千斤顶是移位施工中用到数量最多的单元，通用性较差，重复使用率较低；所以，提高移位千斤顶的通用性是提高移位设备重复使用率的重点。
一顶多用的组合式移位千斤顶正是为了满足这样的要求而设计的，并且在多个工程的实际应用过程中，根据施工现场的各种要求进行了多项改进。工程实践表明，组合式移位千斤顶具有组装拆卸灵活、适应性强的特点，达到了提高设备周转使用率、节约设备购置费用及降低施工成本的目的，进一步提升了整体移位施工的经济效益。
4[摘要]整体同步移位技术因具有安装精度高、工作效率高、大幅度减少高空作业与支撑用量等优点而广泛应用于大跨空间结构的建造中，但也存在着因不同移动控制方式的设备不兼容、不能通用而带来设备投入量大和利用率低等问题。对目前应用最广的以穿心式千斤顶和预应力钢绞线为承载系统的整体移位系统的移位千斤顶的功能、构造、配置等进行详细分析，提出模块化设计的理念。运用模块化思想进行千斤顶的整体及穿心式千斤顶、撑脚、自动工具锚、顶压器、钢绞线导向装置等组件之间连接方式的设计，成功设计出组合式多功能同步移位系统。工程实践表明该移位系统千斤顶组装拆卸灵活，适应性强，可大大提高设备的周转使用率。
