天津西站主站樓移位頂升技術綜述

□文/李全喜 韓振勇 劉瑞光

□韓振勇/天津城建集團有限公司。

□劉瑞光/天津市城鄉建設和交通委員會。

天津西站主站樓移位頂升技術綜述

□文/李全喜 韓振勇 劉瑞光

由于線路的增加和站房規模擴大，原天津西站主站樓需拆除或遷移，但天津西站主站樓是天津市文物保護單位和歷史風貌建筑，從保護文物的角度出發，西站主站樓整體遷移。文章介紹了遷移方案、平移、頂升技術以及監控測量成果。

天津西站；主站樓；頂升；平移

天津西站是津浦鐵路的起點，坐落于紅橋區西站前街。主站樓由德國人設計建造，具有鮮明的西洋古典建筑風格，始建于清光緒二十八年（1902年），宣統二年（1910年）12月落成啟用，距今已有百年歷史，被列為天津市文物保護單位和歷史風貌建筑（特殊保護），也是津浦鐵路中唯一完整保留下來的德式建筑風格的車站。

為適應天津社會經濟的快速發展和京滬高速鐵路建設的需要，2008年，天津市政府決定實施天津西站交通樞紐改造工程；在樞紐改造規劃中，由于線路的增加和站房規模擴大，原西站主站樓需拆除或遷移。從保護文物的角度出發，實施西站主站樓整體平移。

工程概況

西站主站樓為磚石木結構3層建筑，建筑面積2058m2，東西長 37.24m，南北寬 31.42m，高約 25m，其中1層凈高3m，2層大廳凈高10.4m，其他部分高5.4 m，3層凈高3.6m。建筑總質量約5500t。見圖1。

在天津西站地區總體規劃中，主站樓的新址規劃位置距離現狀位置東南141m且豎向高程需要頂升2.9m。受周邊環境等條件限制，綜合考慮保護建筑的結構情況以及造價、工期等因素，決定采取三維遷移方案，即先向南平移135m再向東平移40m，待到達新址后再進行垂直頂升2.9m。見圖2。

該方案平移方向與結構的軸線方向基本一致，傳力路線明確，便于計算；可盡快搬離舊址，為鐵路建設提供場地。

關鍵技術

移位結構設計

（1）移動方式。移位方式指的是上下軌道體系之間的接觸方式，也可以簡單看做上下軌道體系間的行走裝置。考慮到本工程需要折向平移且房屋荷載較小，平移中需要提供的動力不會很大，選用振動小、易于調整糾偏且具備轉向功能的滑動平移方式。

（2）托換結構。托換體系由上滑道及其連系梁，抱柱梁及其連系梁，夾墻梁及其連系梁，樓梯抬梁，頂升系梁等組成。托換體系直接承受上部荷載，因此應具有足夠的強度、剛度和穩定性。

（3）平移軌道。下滑梁是整個建筑物移位的行走軌道，用來承受滑動面以上的全部動靜荷載。考慮到該建筑局部荷載較大、平移過程中需要轉向以及工期等因素，下軌道梁采用水平布置，為雙肢梁形式，按滑腳布置位置的倒不等跨連續梁設計。

室內下滑梁緊貼在原有基礎放大腳兩側，使下滑梁與原有基礎共同受力。由于平移荷載較大，為保證橫向平移時縱墻下的原基礎也能共同持力，在室內檐墻設置夾墻梁，使縱橫墻基礎連成整體，增強原基礎剛度。

根據地勘報告，持力層地基承載力為100kPa，故沿程段下滑梁采用條形基礎即可滿足平移的需要。

（4）跨地鐵通道技術措施。平移沿線經過地鐵1號線西站地下通道，該通道為東西走向橫穿西站前街，通道寬約6.5m，覆土約3m。考慮到平移過程中地鐵通道的安全，過地鐵段采用肋梁式筏基設計，增加基礎與地基地接觸面積，有效降低局部承壓荷載。由北向南平移通過地鐵道，主站樓對地鐵結構施加的最大應變為-256.44，地鐵結構處于安全狀態。

主站樓加固

長細比較大的構件或者開間較大的大廳以及節點連接處，都需要驗算穩定性和整體性。為了保證整個平移過程的順利進行，在對建筑物進行結構檢測和強度計算后，通過結構計算軟件對結構進行抗震計算，找出不符合抗震要求的薄弱部位，進行臨時性加固。

考慮到2層大廳高超過10m，跨度超過15m，比較空曠，決定采用空間輕型鋼桁架對薄弱桿件進行支撐與拉結，降低柱桿件自由度，加強各區域內部及各區域間的結構連接，提高局部及整體穩定性并利用桁架抵抗平移過程中可能產生的附加應力。鋼桁架底部固定在托盤梁內，使桁架臨時成為房屋結構的一部分，通過“內撐外扶”加強抗震安全性。對桁架范圍內無法覆蓋的柱，采用鋼抱箍進行補強，增加其穩定性。

主站樓平移

（1）總頂推力的確定。根據初步計算，房屋移位總質量約6000t，正常摩擦系數經驗值為0.04，設計時考慮取啟動時滑動摩擦系數為0.1，所需總推力為6000kN。

根據橫縱向平移滑梁的布置形式，分別在向南布置11臺100t千斤頂，向東布置9臺100t千斤頂，以上配置均可以滿足平移啟動的要求且有足夠的動力儲備。

（2）反力支座和施力點的設計。在建筑物托換結構后端設置鋼筋混凝土反力支座并對應各個軸線設置反力后背。反力后背布置原則為頂力點的位置應盡量靠近上軌道梁，減小在托換結構中產生的彎矩；反力支座和反力后背均按牛腿進行設計。見圖3和圖4。

（3）平移控制原理。對國內平移技術水平調研，結合西站主站樓的特點，選定頂推的方式平移施工，即通過測定移動距離及時調整頂推力的方法來達到平移目的。將建筑物平移的位移作為主要控制參數，將收集到的位移信號比較計算，該數據轉換成壓力信號發送給PLC泵站系統，從而控制各點的液壓千斤頂頂推動作。通過各受控點之間的精確控制動作，整個同步控制系統達到一種運動中同步的目的，使建筑物在保持現有姿態的情況下進行整體移位。這種同步移位工藝可以保證建筑物在移位過程中產生的形變非常小，完全控制在建筑物允許產生的形變范圍內，從而保證建筑物現有結構狀態安全。見圖5。

同步頂升技術

（1）控制精度的確定。天津西站主站樓為磚石木混合結構，屬于砌體承重結構類型。參照GB50007—2002《建筑地基處理技術規范》規定，對于砌體承重結構應由局部傾斜值控制。GB50007—2002表5.3.4中有相鄰墻體不均勻沉降變形不超過0.3%的規定要求，確定房屋不均勻沉降變形值為9mm。考慮到該建筑已有百年歷史、施工過程中存在的系統誤差以及保證一定的安全儲備，同步控制值確定為3mm。

（2）總頂力的確定。通過建模分析建筑物和托換體系荷載累加值，總質量約6000t。根據建筑物結構特點和托換結構設計，在托換體系上布置98臺200t千斤頂，取千斤頂最大設計負荷的70%作為設計參考，可提供13720t總頂力，有足夠的安全儲備。

（3）控制系統選擇。通過現場試驗發現，該建筑磚石結構受力情況比較復雜，不能完全參照砌體結構進行驗算，而且托換體系也參與受力，頂升過程中其荷載分布總是在動態變化的。為此，將位移作為控制參數，進行位移閉環控制。即在建筑物上設置若干位移傳感器，隨時采集反饋各點的位移情況，根據反饋情況交由PLC（邏輯控制器）來處理各個點的調整工作。見圖6。

（4）墊塊選擇和倒換順序。油缸與上滑道固定在一起，在頂升過程中隨上滑道的上升而上升。為保證墊塊下滑道的良好連接，避免頂升過程中墊塊失穩，在下滑道頂升點處預埋法蘭盤及螺栓，用于固定墊塊。為了保證油缸在頂升過程中平穩并避免上滑道混凝土因局部受壓過大而開裂變形，在上滑道頂升點及支撐點處預埋鋼板并預留螺栓孔。

就位連接措施

（1）頂升就位后即開始框架柱、剪力墻施工。其中，梁、樓板澆注施工受空間影響，無法澆注密實，采用強度等級為C50自密實混凝土，提高混凝土流動性，確保混凝土澆注密實。

（2）為了避免混凝土收縮變形，在混凝土梁與原結構磚墻之間產生縫隙，埋設注漿管并進行注漿處理。

監控測量

力學狀態監測

結合無線和有線電子測量技術以及現場巡查，監測主站樓遷移施工中加固結構在切割、平移、頂升等期間的力學狀態以及動力響應和裂紋發展狀態。為確保遷移安全，對房屋進行的監測數據盡可能進行微機自動化處理和及時顯示。

形體監測

經過對天津西站主站樓遷移工程沉降監測系統的設計需求分析，采用無基準點的自動化靜力水準沉降監測方案，以差異沉降極限值為報警指標。

沉降監測點布置在建筑物四角以及沿四周外墻每隔10～15m和最容易變形的地方，共布置17個監測點。見圖7。

在建筑物的各監測點處安置靜力水準器，各水準器相互之間采用連通管連接。各水準器的液面高度變化由位移傳感采集，然后由智能巡檢儀獲得各測點的監測數據。對獲得的采集數據實時處理，獲得有意義的監測信息，供技術人員掌握實時的建筑物安全狀況，提供施工決策的依據，并在必要的時候發布預警信息。

監測結果

對建筑物各階段的應力監測結果見表1。

表1 建筑物各階段應力監測結果

從表1可以看出，3個階段各測點均未出現較大應力，結構處于安全狀態。

結語

通過對西站主站樓整體平移頂升，既保證了天津西站交通樞紐改造工程建設的順利實施，又保護了文物建筑的安全、完整。同時由于西站主站樓整體向東南方向平移約140m，加大了與鐵道線垂直距離，從而減輕了列車高速運動對文物建筑的長期震動損壞，使文物建筑得到進一步保護。平移后的西站主站樓，將實施復原整修，擬建鐵路博物館，真正使文物建筑的歷史價值得到利用，從而使百年老建筑進一步得到保護。

TU74

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1008-3197（2010）06-03-04

2010-12-20

李全喜/男，1950年出生，高級工程師，天津市城鄉建設和交通委員會主任，從事工程技術管理工作。

□韓振勇/天津城建集團有限公司。

□劉瑞光/天津市城鄉建設和交通委員會。