大跨度穹頂鋼結構提升施工技術

中鐵建工集團有限公司國際工程公司 北京 100160

1 工程概況

京津城際延伸線于家堡站房工程為全地下高鐵站房，地上部分為貝殼形穹頂采光屋面，結構形式為大跨度單層網殼結構，它是由72 根正反螺旋形鋼箱梁相互交叉編織而成，縱向跨度約142 m，橫向跨度約80 m，矢高約24 m。在網殼的頂部設置有頂環結構，底部設置有箱型環梁，分別對單層網殼頂端、底端起連接和約束作用。

2 穹頂安裝施工思路

穹頂外圍構件密度較小，單根弦桿質量較大，吊裝半徑較小，且結構平緩，豎向剛度偏柔；中部構件密度較大、吊裝半徑較大、豎向剛度較大。根據以上工程結構體系特點，結合現場條件，選取“中部提升、外圍吊裝”的總體施工思路。中間穹頂提升分塊采用2 臺800 kN汽車吊進行構件的地面拼裝，然后用液壓提升設備同步提升；外圍吊裝分段在下部圈梁支座外側頂板混凝土板上采用2 臺2 500 kN履帶吊直接吊裝，如圖1所示。

圖1 吊裝方案

該施工方案避免了大型吊裝設備的應用（4 500 kN履帶吊），占用施工場地少，節約安裝措施費用。同時，中部提升區網格密度相當大（網格跨度最小為700 mm），地面拼裝施工使網架拼裝、焊接質量有更好的保證，增加了工人施工的安全度。

3 提升區域網架的拼裝

3.1 支撐胎架的設置[1-3]

根據網架分塊，提升區共設置44 個臨時支撐供結構拼裝使用，為了保證支撐的穩定，各支撐之間采用連系桁架連接成一個整體，支撐體系布置如圖2所示。設置臨時支撐架體過程中，首先務必確保支撐架體的穩定性。支撐架體的整體穩定性是確保鋼結構能否順利提升的關鍵前提之一。本工程在進行臨時支撐的固定過程中主要采用兩種方法：一是利用剛度較大的橫向桁架將44 個臨時支撐進行水平連系，確保支撐架體的整體穩定性。二是對單個支撐架體在安裝過程中通過纜風繩將支撐架體臨時固定在結構樓板上，如圖3所示。

圖2 臨時支撐布置

3.2 網架拼裝流程[4,5]

圖3 臨時支撐、臨時固定示意

根據現場拼裝場地情況，網架由中間向四周拼裝，2 臺履帶吊分別位于混凝土中板附近，從中間向兩端拼裝。具體拼裝流程如圖4所示。

圖4 網架拼裝流程

4 穹頂鋼結構整體提升[6-8]

4.1 提升胎架的布置

穹頂鋼結構拼裝完成后采用整體提升技術，提升點共設置21 個，其中外圍設置17 個提升塔架，每個塔架上設置1 臺1 000 kN油缸；網殼中間設置4 個提升塔架，每個塔架設置1臺2 000 kN油缸，塔架頂端用鋼梁進行連接。外圍一圈下吊點采用原有網殼節點板焊接耳板作為錨固結構；中間下吊點采用圈梁設置牛腿作為錨固結構。于家堡站房屋蓋提升總質量約959 t。塔架總體布置如圖5所示。

4.2 提升設備安裝

4.2.1 鋼絞線與油缸安裝

圖5 塔架整體布置

在安裝提升鋼絞線和油缸前，應根據施工現場的實際情況進行實測實量，結合每一個提升點的實際高度進行鋼絞線的精確切割。鋼絞線在安裝過程中，應將鋼絞線穿在油缸中上下錨固一致。待穿好鋼絞線的油缸在提升平臺上安裝到位后使用4 只7形卡板固定，要求提升油缸安裝點與下部地錨支架投影誤差小于5 mm。另外，按照標記安裝鋼絞線地錨。鋼絞線的安裝應確保順直，避免鋼結構提升行程中出現交叉、扭轉和鋼絞線纏繞的現象，確保提升安全。

4.2.2 液壓泵站和計算機控制系統的安裝

液壓泵站和計算機控制系統在地面安裝，液壓泵站安裝時應按照設備的特點正確連接液壓油管，同時要對液壓油進行檢查。提升施工過程中，根據工程的實際情況，為確保提升設備的正常運轉，需提前備好備用的液壓油。計算機控制系統安裝后，要進行鋼結構提升系統的調試，提升系統的調試是確保鋼結構順利提升的關鍵一環，要在此過程中詳細檢測提升設備的提升性能，觀測各項技術指標，檢查提升設備的正常運轉與否，確認是否滿足正常提升的需要。

4.3 結構試提升

穹頂鋼結構在正式提升之前進行試提升，提升高度約30 cm。試提升時，提升系統的加載要嚴格按照規范及相關技術標準的要求，有步驟地分級加載，加載比例一般按照20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%進行，直至鋼結構提升區域全部脫離支撐架體。試提升分級加載的過程是鋼結構提升過程中風險較大的一個環節。應重點做好對臨時支撐架體和提升鋼結構的檢查。實施過程中在臨時支撐架體和提升區域的鋼結構上布設了應力計等檢測設備，以便在提升過程中對臨時支撐和提升區域的鋼結構進行應力和應變的數據監測。

4.4 正式提升

在試提升完成后方可進行正式提升。鋼結構提升的時間節點與自然天氣密切相關，一般而言提升時的天氣要求為2～3 d內不下雨，風力不大于5 級。正式提升過程中，需按要求進行加載和提升。在穹頂鋼結構提升過程中，要加強對提升過程的監控，主要監控兩個方面，一是提升過程的荷載同步，二是提升過程的位移同步，即不但要監控各提升點位的負載（通過油壓控制每個點在提升過程中的荷載偏差在允許范圍內），而且要監控結構的空中位置姿態（通過長距離傳感器和全站儀等觀測設備觀察每個點位移是否同步）。通過比較實測數據與理論數據的差異，及時進行分析，判斷是否可以繼續提升或進行調整后再提升。

4.5 結構就位

穹頂鋼結構提升區域通過分級加載提升至設計標高位置后，需對提升區域的平面位置進行精確測量。必要時，應多設置幾個測站，進行測量數據的相互校核，確保提升區域定位準確。提升區域通過定位調整至設計坐標后，與外圍拼裝區段進行嵌補桿件的焊接。在提升區域鋼結構就位調整時，需注意各點的負載和位移控制，油缸反力與提升時偏差不超過10%，提升點位移差不超過10 mm，確保提升平臺和結構的安全。

5 結語

于家堡屋面穹頂安裝已完成近半年時間，變形、內力等各項監測數據均符合設計、規范要求，效果良好。大跨度穹頂鋼結構提升技術從根本上保證了施工時的質量和安全，對今后類似工程具有一定的參考價值。