長沙南站東站房屋蓋鋼網架分塊提升施工技術

孫 智，李敏濤，陽 寄，蘇 航，文 奇（中建五局總承包公司，湖南長沙410000）

長沙南站東站房屋蓋鋼網架分塊提升施工技術

孫 智，李敏濤，陽 寄，蘇 航，文 奇（中建五局總承包公司，湖南長沙410000）

長沙南站東站房與磁浮站房、東廣場、地鐵出入口同步施工，與已投入運營的滬昆站房進行無縫對接，周圍條件受到很大限制，結合現(xiàn)場情況并綜合考慮安全、工期、成本等因素，屋蓋鋼網架采用分塊提升施工技術，利用站臺層樓蓋作為拼裝平臺，采用液壓同步提升技術，順利完成了該工程屋蓋鋼網架結構的安裝，為同類型工程施工提供了借鑒。

長沙南站東站房；屋蓋鋼網架；分塊提升

1 工程概況

1.1 長沙南站概況

長沙南站是國內第一個高鐵交通樞紐站，也是一個現(xiàn)代化綜合交通樞紐站，京廣高鐵、滬昆高鐵、地鐵二號線和四號線、中低速磁浮鐵路在此交匯，采用共站分場分期建設的形式。一期為武廣站房，于2007年開工建設，二期為滬昆站房，于2012年開工建設，三期為東站房，于2014年開工建設。長沙南站是一個特大型站，總建筑面積27.3萬m2，共設13臺28線，上進下出模式。

1.2 長沙南站東站房概況

長沙南站東站房是現(xiàn)有長沙南站滬昆站房由西向東的延續(xù)，其建筑結構形式與滬昆站房基本保持一致，總建筑面積28581m2，共五層，包括出站層 （-9.25m）、出站層夾層（-3.75m）、站臺層（1.25m）、高架層（10.53m）、高架夾層（17.7m），高31.47m。

1.3 東站房屋蓋概況

長沙南站東站房屋蓋采用正放四角錐曲面鋼網架結構，東西向呈波浪形，節(jié)點形式為焊接球節(jié)點。屋蓋網架網格基本尺寸為4m×4m，厚度為3.5m。網架桿件最大截面為φ426× 30.0，焊接球最大直徑為800mm，壁厚為30mm。屋蓋鋼網架投影面積約16259m2，長181m，寬87.5m，東側懸挑14m，最低點21.97m，最高點31.47m。網架總重量約1750t。

圖1 網架整體示意圖

圖2 網架剖面圖

2 施工難點

A周圍條件受到限制。東站房與東廣場、南北向匝道、磁懸浮站房、地鐵出入口同時施工，并且西面緊貼既有的滬昆站房，因此施工場地被包圍，只有南邊一條道路可出入，現(xiàn)場臨建場地狹窄，物流組織困難，大型履帶吊車進退場困難。

B施工工期緊張。東站房開工時間為2015年6月1日，計劃竣工時間2016年8月31日，共15個月。屋蓋網架計劃施工時間2015年12月15日～2016年2月28日，共2個半月，工期緊張，工程量大，任務艱巨。

C新老站房實現(xiàn)無縫對接。東站房屋蓋鋼網架施工時，二期滬昆站房已經投入使用，新老站房采用無縫對接。對接前需對老站房屋蓋網架進行部分拆除，對接過程中既要保證既有設施的安全，又不得影響車站的正常運營，且對接時間正處于冬季，低溫對對接質量的影響比較大。

3 施方案概述

3.1 方案選擇

本工程屋蓋鋼網架由于受到周圍場地條件的限制，大型吊車通行困難，場地狹窄，無法采用整體吊裝及分塊吊裝的施工方案。且本工程屋蓋鋼網架最高點與站臺層高差30.27m，整個網架落差為9.5m，因此采用滑移腳手架的方法安全風險大，操作困難。因本工程站臺層面積大于屋蓋鋼網架投影面積，可以利用站臺層樓面作為網架分塊拼裝的場地，綜合考慮工期、質量、安全、成本等因素，決定采用分塊提升的施工方案，局部采用滿堂架高空散裝法作為補充。

3.2 屋蓋分塊及提升順序

本工程屋蓋網架結構采用整體提升和局部高空散裝的方法施工，提升施工區(qū)共分為六個提升區(qū)，提升一區(qū)：位于Y軸與已有結構、7軸與16軸之間結構；提升二區(qū)：Y軸與c軸、10軸與1/14軸間結構；提升三區(qū)：Y軸與c軸、6軸與10軸間結構；提升四區(qū)：Y軸與c軸、1/14軸與17軸間結構；兩個散裝區(qū)分別位于6軸與7軸、Y軸與已有結構之間，16軸與17軸、Y軸與已有結構之間。

鋼網架提升順序：提升一區(qū)→提升五、六區(qū)（與提升一區(qū)一同提至設計標高）→散裝區(qū)散裝→提升二區(qū)→提升三區(qū)→提升四區(qū)。

圖3 提升分區(qū)示

3.3 屋蓋網架液壓同步提升步驟

（1）將屋面主要布置特點及提升工藝相同的區(qū)域劃分為一個提升單元；

（2）提升單元的網架在其站臺層投影位置搭設胎膜，進行拼裝；

（3）按照分區(qū)面積大小設置提升吊點，提升吊點的位置利用結構鋼管柱和臨時支架設置提升平臺（上吊點）；

（4）在已完成的網架提升單元與上吊點對應的位置安裝臨時球或臨時吊具（下吊點）結構；

（5）安裝調試液壓同步提升系統(tǒng)；

（6）使用液壓提升同步系統(tǒng)提升單元提升至距離設計位置；

（7）網架提升到設計位置后，進行網架的焊接合攏，底座的安裝；

（8）網架安裝全部結束后，拆除液壓系統(tǒng)及臨時提升措施，完成該網架的安裝。

4 分塊提升施工工藝

4.1 提升點及提升設備布置

網架總重量約為1750t，提升重量約為1610t，共劃分為6個提升分區(qū)，各個提升分區(qū)提升吊點及設備配置如下：

提升一區(qū)（含五區(qū)和六區(qū)）重量約為229t，共設置10組提升吊點，共計10臺。

提升二區(qū)提升總重量約為637t，共設置8組提升吊點，共計8臺。

提升三區(qū)提升總重量約為456t，共設置8組提升吊點，共計8臺。

提升四區(qū)提升總重量約為288t，共設置8組提升吊點，共計8臺。

提升吊點具體布置及設備配置如圖4。

圖4 提升吊點平面布置圖

4.2 設置提升架底座

屋面網架提升臨時支架由1000×1000mm的格構柱組成，部分格構柱無法直接支撐于站臺層樓面的框架梁柱上，滿意滿足受力要求，因此設置提升架底座將受力傳遞到梁柱上，有三種形式，底座一適用于臨時支架底部為鋼框架的吊點，底座二適用于臨時支架底部為混凝框架的吊點，底座三適用于臨時支架底部為混凝土框架的吊點，底座梁采用H300×300×10× 15mm的H型鋼，底座梁之間設置短梁，短梁選用H200×200× 8×12mm的H型鋼，材料材質均為Q345B。

4.3 安裝提升架

根據提升點的位置和網架情況設置了兩種形式的提升架，分別是采用特制的支撐架和安裝完成的k鋼柱當作結構提升支撐；提升架一采用臨時支架從站臺層搭設的臨時支架如上圖的C軸線的支架，臨時支架的詳圖如圖5。提升架二采用在結構鋼柱的基礎上設置提升架如上圖中Y軸線的支架，臨時支架詳圖如圖6。

圖5 提升架一詳圖

圖6 提升架二詳圖

4.4 網架分塊拼裝

網架分塊拼裝一般采用“由點成線、由線成面、由面成體”的拼裝順序。拼裝步驟為焊接空心球→網架下弦桿→腹桿和中間焊接球→腹桿和上弦焊接球→上弦桿。在站臺層樓面上搭設胎架進行拼裝。分塊提升區(qū)域內網架的拼裝順序為從中間向兩端依次進行。

4.5 提升下吊點制作

網架提升下吊點采用兩種形式，對于網架支撐柱處的提升下吊點采用焊接球節(jié)點，焊接球中部設置鋼管，底部設置加勁板及底板，用來與專用底錨連接；其余吊點處下吊點采用臨時吊具與網架下弦球焊接連接。

4.6 液壓提升設備安裝

4.6.1 液壓提升器安裝

液壓提升器安裝到位后，立即用臨時固定板固定。將固定板緊靠提升器底座，同下部結構焊接，焊接時不得接觸提升器底座。底錨固定板安裝技術要求同提升器。

4.6.2 導向架安裝

導向架安裝于液壓提升器側方，導向架的導出方向以方便安裝油管、傳感器和不影響鋼絞線自由下墜為原則。導向架橫梁高出液壓提升器天錨約1.5～2m，偏離液壓提升器中心5～10cm為宜。

4.6.3 專用底錨的安裝

每一臺液壓提升器對應一套專用底錨結構。底錨結構安裝在提升下吊點臨時吊具的內部，要求每套底錨與其正上方的液壓提升器、提升吊點結構開孔垂直對應、同心安裝。

4.6.4 鋼絞線的安裝

穿鋼絞線采取由下至上穿法，即從液壓提升器底部穿入至頂部穿出。應盡量使每束鋼絞線底部持平，穿好的鋼絞線上端通過夾頭和錨片固定。待液壓提升器鋼絞線安裝完畢后，再將鋼絞線束的下端穿入正下方對應的下吊點底錨結構內，調整好后鎖定。每臺液壓提升器頂部預留的鋼絞線應沿導向架朝預定方向疏導。

4.6.5 液壓系統(tǒng)的安裝

（1）液壓提升器

本工程中液壓提升備主要YS-SJ型穿芯式液壓提升器。（2）液壓泵源系統(tǒng)

液壓泵源系統(tǒng)為液壓提升器提供動力，并通過控制器液壓提升器進行控制和調整，執(zhí)行液壓同步提升計算機控制系統(tǒng)的指令并反饋數(shù)據。

（3）計算機同步控制及傳感檢測系統(tǒng)的安裝

本工程的液壓同步提升系統(tǒng)設備采用CAN總線控制、以及從主控制器到液壓提升器的三級控制，實現(xiàn)了對系統(tǒng)中每一個液壓提升器的獨立實時監(jiān)控和調整，從而使得液壓同步提升過程的同步提升、空中姿態(tài)調整、單點毫米級微調等高精度要求，實時性更好。

4.6.6 液壓管路的連接

先將液壓泵源系統(tǒng)與液壓提升器的油管連接，然后把控制、動力線與各類傳感器的連接；液壓泵源系統(tǒng)與液壓提升器之間的控制信號線連接；液壓泵源系統(tǒng)與計算機同步控制系統(tǒng)之間的連接；液壓泵源系統(tǒng)與配電箱之間的動力線的連接；計算機控制系統(tǒng)電源線的連接。

4.7 網格分塊提升

（1）對提升單元進行預提升，鋼絞線進行預張拉，使鋼絞線均勻受力，各吊點處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%；在確認各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%、95%、100%，直至提升單元全部脫離拼裝胎架。

（2）提升到1m的位置暫停提升，觀察上吊點、下吊點結構、提升單元等加載前后的變形情況，以及主體結構的穩(wěn)定性等情況。一切正常情況下，繼續(xù)下一步。

（3）提升過程中，計算機使用自動同步控制系統(tǒng)，上升速度為5～10mm/min，提升提升過程保持測量與調整。

（4）等提升到位后，拆除胎架。

4.8 樹形柱與支座安裝

因網架提升需要，在網架提升前未安裝樹形柱的樹形分叉，待屋面網架提升到位后方可安裝樹形柱的樹形分叉。為了現(xiàn)場施工安裝和鋼構件加工安裝方便，樹形分叉段分段按兩鑄鋼件間管段進行分段安裝。

4.9 塊與塊之間的合攏

本工程網架的合攏主要有6條主合攏線施工，提升二區(qū)至提升四區(qū)間的合攏線共2條，每條長約60m；提升二區(qū)至四區(qū)與提升一區(qū)間的合攏線共1條，長度約為181m；提升一區(qū)與兩散裝區(qū)間的合攏線，長度約27m；新建結構與已有結構間的合攏線，長度約181m，網架合攏示意圖7。

圖7 網架合攏示意圖

總體的合攏順序為，提升一區(qū)提升至提升五、六區(qū)拼裝高度進行提升一區(qū)與提升五、六區(qū)間的合攏，合攏后將提升一區(qū)提升至設計標高與兩塊散裝區(qū)的網架合攏，提升三區(qū)與提升一區(qū)、提升二區(qū)間的合攏，提升二區(qū)與提升一區(qū)間的合攏，提升四區(qū)與提升二區(qū)，提升一區(qū)間的合攏。

4.9.1 合攏線上桿件下料加工

根據矯正后測量出的各球節(jié)點的三維坐標值和設計值進行對比；計算出每個桿件的合攏施工時的長度，并根據設計桿件編號與設計值對比。對于個別桿件誤差超過規(guī)范，在不影響桿件的質量前提下，在現(xiàn)場進行加工，根據合攏時的桿件長度進行桿件加工。

4.9.2 合攏施工

在設計溫度下，安排多名焊工和焊機在規(guī)定的時間和溫度下同時施工，將整個網架在整條合攏線上同時合攏。

4.10 新老站房的合攏

屋蓋鋼網架提升施工完成后，進行滬昆站房的結構與新建結構進行對接（如圖8）。

圖8 網架對接處的拆除示意圖

圖9 網架對接處的補桿示意圖

本次工程共需拆除滬昆線站房連接處368根桿件，83個球，合攏線，長度約181m，補裝桿件185根桿件，其中最大補裝桿件為下弦桿中的 X6a36，桿件截面 φ245X12，長度3.703m，單根桿件重260.5kg。

4.11 網架整體卸載

本工程中用到的我公司特有支撐架的卸載采用同步分級卸載的方案實施，每次卸載為卸載變形量的1/3。其卸載步驟為：同步進行支撐架卸載，先同步卸載位移量的1/3；再同步卸載位移量的2/3；最后一次全部卸載到位。

4.12 提升設備及提升架拆除

網架整體卸載結束后進行提升設備及提升架的拆除，拆除后及時補桿。

4.13 網架補桿

臨時支架的位置，有部分網架桿件沒有組裝，在液壓系統(tǒng)卸載完成后，按照卸載的順序將提升架拆除到屋面底標高以下后立即補桿，防止長時間懸挑造成的擾度變形。等到所有桿件補齊后在進行剩余架子的拆除。根據提升架兩種發(fā)不同的形式，補桿有兩種情況，如圖10～11所示。

圖10 提升架一處補桿示意圖

圖11 提升架二處補桿示意圖

5 質量控制要點

5.1 測量定位精度控制

在網架組裝前和合攏前使用TCR-402型全站儀測量合攏線上的每個球安裝的X、Y、Z三維坐標，將實際測量的合攏線上每個球節(jié)點的三維坐標與設計的三維坐標進行核對，進行矯正，調整到位后再進行網架組裝和合攏施工。

5.2 變形的控制

網架球節(jié)點焊接時，采取對稱焊接法，保證桿件的軸線角度，減少焊接應力，從而控制變形。

在同一構件上焊接時，盡可能熱量分散，嚴格控制層間溫度，采用對稱分布的方式施焊。

提升過程中，嚴格控制提升架每條鋼絞線的拉力均衡，防止不同拉力帶來的網架變形。

網架合攏時，在同一條合攏線上，安排多名焊工同時進行施工，減小焊接溫度產生的變形的影響。

5.3 合攏溫度的控制

根據設計要求，網架的合攏溫度應處于15～20℃之間，本次網架施工時間正處于冬季，平均溫度達不到設計值。因此嚴格控制施工時間，在天氣晴朗的中午溫度達到15℃時，進行網架施工，在早上和下午溫度小于15℃達不到要求時立即停止施工。

6 結束語

長沙南站東站房屋蓋鋼網架于2015年11月15日開始拼裝，2015年12月27日開始提升，2016年1月15日提升完成，1月30日完成卸載，歷時約2個半月，比計劃工期略有提前。總體看來，采用網架分塊提升施工技術主要有以下優(yōu)點：

分塊組裝大部分工作在地面進行，減少了高空作業(yè)，降低了安全風險，在施工期間未發(fā)生安全事故。

盡可能在地面完成網架拼裝焊接工作，減少高空作業(yè)，保證了焊接質量，減少焊接變形和焊接應力，也便于對焊縫進行檢測。

地面焊接相對于高空焊接而言，降低了焊接難度，大大提高了工作效率，加快了施工進度。

分塊提升施工，不需要搭設腳手架，不需要大型吊裝機械，節(jié)約了措施費。

TU758.11

A

2095-2066（2016）36-0199-04

2016-11-29