淺談大型站臺人行天橋立柱改移施工技術

劉杰

（中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司，山西 晉中 030600）

當前，在天橋改造過程中，技術方面還較為薄弱，特別是在天橋正常運營條件下進行立柱改移。對此，相關人員應該更慎重、深刻的思考如何做好施工安全技術管理工作，發揮技術的優勢，提高施工質量。

1 工程概況

某車站由于新線引入，既有普速場基本站臺（28 m寬）引入新線兩股道，將原基本站臺拆分成2個站臺，導致既有基本站臺4個天橋立柱和天橋樓扶梯不滿足新建站臺的界限要求，需進行移柱改造。由于既有天橋正在運營，為了不中斷運營，減少旅客疏導的次數，縮短旅客進站時間，減少對既有結構的破壞，減少人力、物力、財力的投入，在保證鐵路運營安全、施工安全、工程質量的基礎上，筆者整理了一套不影響運營的大型站臺人行天橋立柱改移施工技術。

2 人行天橋立柱改移施工步驟

2.1 利用Midas建模技術分析

在施工過程中，人行天橋在不同的施工過程中受力不同，可能導致鋼結構整體失穩，局部構件和節點被破壞，并且有可能導致結構局部屈曲和失穩。為了掌握鋼結構施工過程的各項指標（比如桿件和節點受力狀態、結構橫向和豎向位移值等），保證鋼結構的施工安全性，建模并分析人行天橋在原結構狀態下模型、設置臨時支撐狀態下模型、拆除4個既有人行天橋立柱狀態下模型、安裝新立柱完成狀態下模型、拆除臨時支撐狀態下模型等5種工況下的受力情況，得出臨時支撐附近的桁架內力和梁的彎矩最大。因此，在臨時支撐附近梁和桁架單元布設應力計和應變片，在施工過程中對天橋進行變形觀測。

2.2 臨時支撐體系施工

根據天橋的結構情況，臨時支撐體系需要設置5個立柱和基礎。經檢算，得出臨時支撐基礎每個尺寸為3.5 m×3.5 m×1 m，地基承載力不小于250 kPa，地基承載力采用重型觸探儀檢測確定。設置臨時支撐的基本原則是：對結構安裝影響最小，便于施工，且措施量小。臨時支撐型號為圓管800 mm×20 mm，支撐與承臺采用錨栓連接，支撐與支撐間采用圓管桁架連接，中間鋼柱起到穩定臨時支撐椼架的作用。

2.3 天橋頂升作業

根據天橋自身荷載和走人后活載計算，采用16臺型號為TRSM-1000的千斤頂。因液壓頂升為本施工內容的核心步驟，為了確保液壓頂升過程中的安全，防止液壓頂升系統出現異常情況，頂升作業采用多點同步、分級頂升技術。為了確保頂升過程中梁體和支柱的安全，克服恒載按5級加載，具體加載級別劃分為0.25T→0.5T→0.7T→0.9T→T（T為恒載作用下各支座反力）。頂力克服恒載后，按頂升位移每1 mm為一級進行加載，梁體升高0.3 cm后立刻停止。總體加載級別劃分為0.25T→0.5T→0.7T→0.9T→T→1 mm→1 mm→1 mm。

2.4 拆除天橋既有立柱

為了確保人行天橋在施工過程中的穩定性，天橋既有立柱拆除分階段進行，先拆除左端2個立柱，再拆除右端2個立柱。施工時，采用靜力切割的方法拆除原鋼立柱，靜力切割采用液壓繩鋸切割機，并配合汽車吊施工。將原鋼管混凝土柱分段切割到設計標高后，鑿除鋼柱內未切除部分混凝土。第1根鋼柱拆除完成后，觀測液壓頂升系統，并監測天橋桁架系統的幾何變形與應力變化，觀測液壓頂升系統，確認相關指標符合相應規范要求后進行下一步——拆除第2根鋼柱，其余鋼柱拆除方案與第1根鋼柱拆除方案相同。

2.5 下懸桿加固

原鋼柱移位后，導致天橋立柱同軸的衍架豎桿與新鋼柱間天橋下弦桿跨度增大，間距增大，結構受力發生變化。要想保證鋼結構的整體安全性，需加固此范圍內下弦桿下翼緣，具體步驟是：①由工廠預先制作底部加固構件；②部分構件由車間加工好運到現場，利用電動葫蘆將其提升到下弦桿底部就位（不焊接）；③當底部構件就位以后，下弦桿兩側加勁板安裝就位（電焊點焊）；④當下弦桿兩側加勁板就位以后，下弦桿兩側橫向加勁板安裝就位（電焊點焊）；⑤當下弦桿所有加固構件就位以后，考慮到焊接產生的焊接應力對下弦桿造成的影響，確定焊接順序為先豎向焊接后橫向焊接；⑥考慮到焊接產生的焊接應力對下弦桿造成的影響，對下弦桿底面和加固構件采取不焊接處理的方式。

2.6 新天橋支撐體系施工

根據圖紙設計要求進行立柱樁基和承臺基礎的施工，由于立柱施工精度要求高，基礎施工每一步都要嚴格控制并對其檢驗。基礎檢驗包括軸線誤差測量、支撐面和支座表面標高與水平度的檢驗、預埋螺栓的位置檢查等。

在吊裝新的支撐體系前，應根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205—2001）中有關的規定，仔細檢驗鋼構件的外形和幾何尺寸，如果有超出規定的偏差，在吊裝之前應設法消除，保證結構安裝順利進行。新鋼柱共計4根，高度約為11.2 m，每根重約3.5 t，為了滿足現場吊裝的要求，每根鋼柱等分成2段，先吊裝下段鋼柱，再吊裝上部鋼柱，鋼柱對接口處采用焊接固定器，拼接時按固定器校正鋼柱，對接焊縫達到一級焊縫。柱頂放置GPZ（Ⅱ）2.5GD支座，并與天橋下弦桿和下部結構用螺栓連接。

2.7 除臨時立柱人行天橋改造完成

新的天橋支撐體系施工完成后，需要拆除臨時支撐體系，先解除千斤頂保護環，然后開始卸載。卸載時，與分級加載的順序相反，分級卸載。分級減載落梁步驟是：3 mm→2 mm→1 mm→落梁完成，并使新支座表面與新支座上鋼板密貼，逐級拆除臨時支撐的薄鋼板和千斤頂保護環。初期落梁，位移比較小，可按照1 MPa油壓缷載。卸載臨界狀態基本在0.8T左右，當油壓卸載時，宜盡量減慢卸載速度，防止卸載位移過大，加劇梁間相對位移差異，破壞橋面系。處于卸載臨界狀態后，在后續卸載中，可適當加快卸載速度，具體需要根據卸載位移速度確定。卸載完成后，按照從上到下的順序依次拆除臨時支撐體系。至此，天橋改造工作完成。

3 施工監測

3.1 施工監測目的

施工監測的目的是及時了解和掌握人行天橋鋼結構及其鄰近屋架結構在施工過程中真實的受力和變形情況，必要時，為天橋改造施工方案提供技術參考，對鋼結構的對接焊縫進行超聲波檢測，保證鋼結構的施工質量，為后續工程施工積累經驗。

3.2 施工監測的范圍

衢州站人行天橋改建工程鋼結構的幾何變形和應力狀況，監測工況為：設置臨時支撐→拆除舊鋼柱→安裝新鋼柱→拆除臨時支撐。

監測檢測的范圍是整個衢州站人行天橋改建工程鋼結構施工影響區域。

3.3 施工監測的內容

施工監測的內容包括以下2點：①鋼結構的x和y向（即平面）位移監測，以及z向（即高程）位移監測；②鋼結構的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座的正彎矩和相應的負彎矩。

3.4 具體監測試驗方案

3．4．1 幾何變形監測試驗

3.4.1.1 監測技術方案

根據《鋼結構設計規范》（GB 50017—2014）、《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205—2012）、《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64—2015）、原設計圖紙和人行天橋改造施工方案，結合有限元模擬分析結果和施工現場的條件，確定監控報警值為：①應力監測報警值為276 Mpa；②立柱沉降報警值為3 mm/d，25 mm；③鋼立柱平移（傾斜）9 mm；④縱梁下撓值為100 mm；⑤橫梁下撓值為30 mm。

3.4.1.2 水平位移（x向和y向）監測

鋼結構的水平位移包括x向和y向。水平位移監測方法采用方向交會和距離交會，交會角控制在30°～150°之間，觀測數據整體構網平差。

3.4.1.3 豎向位移（z向）觀測

豎向位移觀測鋼結構的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座處的豎向位移觀測。

3.4.1.4 數據記錄和處理

所有的觀測數據由DINI 12（DINI 11）自動記錄，觀測過程中的各項限差完全按規范要求設置，并由DINI 12（DINI 11）自動控制。觀測完畢，將觀測數據傳入電腦，通過監測系統對觀測原始數據進行數據處理、平差計算、計算各點的高程及變化量、累積變化量和變形過程曲線圖。

3．4．2 應力應變等力學性能監測試驗

針對相應位置貼應變片，以監測上述結構的應力變化和分布情況，評估結構物的可靠度。

3.4.2.1 監測技術方案

日常1 d觀測2次，而在施工作業期間有以下幾種情況：①設置臨時支撐。臨時支撐施工期間，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。②拆除舊鋼柱。在拆除舊鋼柱時，每隔3 h觀測一次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。③安裝新鋼柱。在安裝新鋼柱期間，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。④拆除臨時支撐。拆除臨時支撐時，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。

在監測過程中，如果出現較大變形或異常情況，則相應加大觀測頻率；如果發生危險情況，則連續不間斷監測。當變形趨于穩定時，觀測頻率則適當降低。

3.4.2.2 布設位置

應變布設分扭矩、彎矩測試2種，其中，扭矩需在截面4面上對稱布設8片，彎矩測試需在截面上下或左右2面對稱布設4片，采用四芯屏蔽線、半橋測試法。

3．4．3 天橋鋼結構焊縫檢測試驗

3.4.3.1 焊縫檢測內容

焊縫檢測的內容是：①對天橋改造范圍內所有的焊縫進行探傷檢測；②柱的拼接焊縫為一級焊縫，梁的拼接焊縫為二級焊縫；③除特別說明外，坡口應達到二級焊縫；④角焊縫應為三級焊縫。

3.4.3.2 焊縫質量檢測方法

焊縫質量檢測方法是：①設計要求全焊透的一級、 二級焊縫，應采用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗。②一級、二級焊縫的質量等級和缺陷分級應符合表1的規定。③T形接頭、十字接頭、角接接頭等要求熔透的對接和角對接組合焊縫，其焊腳尺寸不應小于t/4.設計有疲勞驗算要求的吊車梁或類似構件的腹板與上翼緣連接焊縫的焊腳尺寸為t/2，且不應大于10 mm，則焊腳尺寸的允許偏差為0～4 mm。④焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷，且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。⑤二級、三級焊縫外觀質量標準應符合規定，三級對接焊縫應按照二級焊縫標準進行外觀質量檢驗。⑥焊成凹形的角焊縫，焊縫金屬與母材間應平緩過渡；加工成凹形的角焊縫，不得在其表面留下切痕。⑦焊縫感觀要外形均勻、成型較好，焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡較平滑，焊渣和飛濺物基本清除干凈。對焊縫磨平或磨光的具體要求由業主單位、設計單位、總包單位、監理單位和加工單位根據首批構件加工效果共同確認。打磨后的焊縫余高的允許偏差應符合國家標準的規定。

表1 一級、二級焊縫質量等級及缺陷分級

4 結束語

綜上所述，在前天橋改造的過程中，特別是在天橋正常運營的情況下進行立柱改移，最主要的工作就是施工前的方案論證。在施工過程中，天橋的受力監測和鋼結構焊接探傷檢測關系著施工安全，因為臨近營業線施工，每一個施工環節都存在一定的危險性，如果不做好安全技術管理工作，很容易引發安全事故。所以，在施工時做好安全技術管理工作是勢在必行的。

［1］建設綜合勘察研究設計院.JGJ 8—2007建筑變形測量規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［2］中國有色金屬工業協會.GB 50026—2007工程測量規范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［3］冶金工業部建筑研究總院.GB 50205—2012鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.北京：中國標準出版社，2012.

［4］任琨.土木工程建筑中混凝土結構的施工技術分析［J］.城市建設理論研究，2014（14）.

［5］鄭先元.鋼結構工程施工質量監督中的常見問題及應對措施［J］.工程質量，2010（09）.

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