高鐵站房大跨度鋼結構整體提升施工工藝

丁輝?任元柱?郝良慶?王英杰?陳文捷

摘 要：高鐵站房綜合候車大廳大跨度鋼結構屋蓋體系多為混合結構，節點復雜，單件重量大，施工難度大。采用大跨度鋼結構整體提升工藝進行施工，節約了人工費、材料費、機械費，降低了高空作業的風險、提高了經濟效益

關鍵詞：高鐵站房;鋼結構;大跨度;提升

一、高鐵站房大跨度鋼結構施工難點分析及解決方案

（一）施工重難點分析

1、大型高鐵站房工程按照施工組織，屋蓋施工時其下方土建結構已經施工完畢，吊裝機械難以在場內開展吊裝。方案選擇需要綜合考慮工期、經濟、安全、效率、質量控制等多方面因素。

2、屋蓋結構多為鋼結構，鋼拱跨度大，構件重量重，普通吊裝設備無法進行安裝。施工工藝，合理分段、臨時支撐需綜合考慮。

3、由于提升單元重量大，結構形式復雜，如何保證提升單元在整個提升過程中，結構整體受力狀態與設計狀態的一致性，以及如何保證提升點附近內力較大的結構桿件安全穩定是工程一大重點。

（二）施工重難點解決方案

1、前期組織專家對安裝方案進行論證，可以采用成熟的液壓提升施工工藝，并結合大型機械對不便提升的部分桁架進行分段整體吊裝。

2、優化各種施工臨時支撐措施，根據受力大小，配置不同形式的支撐體系（格構式支撐架、腳手架、拼裝胎架等），加快進度、節約成本。

3、對整個結構進行施工過程模擬分析，理清施工過程中的結構主次關系，做到測量、焊接、結構合攏、卸載等施工協調統一。

二、大跨度鋼結構整體提升適用范圍及工藝原理

（一）適用范圍

本工法適用于主體結構中需配置預應力的超大型車站、會展中心等大跨度（36m以上）、大噸位的鋼桁架結構工程。

（二）工藝原理

桁架提升是將主桁架結構在橫向指定位置處斷開，兩邊分段吊裝，并設置支撐架，中間部分在高架層地面拼裝。上吊點設置在原結構上弦上，并在此設置提升平臺;在正對應上吊點下方設置提升下吊點，中間提升部分的下弦上設置相應連接結構。上下吊點分別放置液壓提升器及提升地錨，兩者通過承重鋼絞線連接。利用超大型液壓多點同步提升技術，將結構一次性同步提升到位，多點液壓提升采用計算機控制系統，實現對系統中每一個液壓提升器的獨立實時監控和調整，為保證提升過程中結構安全性，嚴格控制提升同步引起的位移誤差，采用高精度全站儀，實時監測結構提升過程中關鍵測量點的相對位移變化，使提升同步性控制得到雙保險，從而達到鋼結構整體提升施工工藝中所需要的同步提升、姿態調整、單點毫米級微調。

三、大跨度鋼結構整體提升工藝流程及操作要點

（一）工藝流程

方案及計算模型制定→混凝土結構施工→結構核算及加固→桁架拼裝與支撐架設立→提升器及臨時措施安裝→桁架整體提升→桁架對接口桿件安裝、焊接→桁架提升部分分級卸載

（二）施工操作要點

1、桁架拼裝與提升支撐架立設

經過模型計算拼裝胎架搭、提升支撐架設形式。拼裝胎架用于鋼結構拼裝，提升胎架用于提升設備安裝以及提升輔助。

2、提升設備及臨時系桿安裝張拉

待桁架發散吊裝段和提升段施工完畢后進行提升設備的安裝。

2.1提升上吊點

采用液壓同步提升系統進行整體提升，需要設置專用提升平臺，即合理的提升上吊點，提升上吊點布置液壓提升器，提升器通過提升專用鋼絞線與待提升構件上的對應小吊具相連接。

2.2臨時系桿設置

原結構在指定位置斷開后，改變了受力形式，故須在拱結構下設置臨時系桿（也可稱為平衡拉索），用來控制、調整提升單元的形態。

2.3提升下吊點

中間部分采用分塊提升的方案安裝就位。下吊點設置在結構被提升段的下弦，在結構提升段的下弦上局部加固并設置L型耳板，兩端分別通過銷軸與吊具（籠）及臨時系桿相連。

2.4提升設備及鋼絞線的選擇

液壓提升系統主要由液壓提升器、泵源系統、傳感檢測及計算機同步控制系統組成。提升器的配置主要考慮吊點提升力及水平張拉力。根據拉力不同配置不同液壓提升器、鋼絞線。

3、桁架提升

3.1同步吊點設置

每臺液壓提升器處各設置一套行程傳感器，用以測量提升過程中各臺液壓提升器的提升位移同步性。

3.2提升分級加載

通過試提升過程中對桁架、提升臨時措施、提升設備系統的觀察和監測，確認符合模擬工況計算和設計條件，保證提升過程的安全。以計算機仿真計算的各提升吊點反力值為依據，對提升單元進行分級加載（試提升），依次為20%、40%、60%、70%、80%;在確認各部分無異常的情況下，可繼續加載到90%、95%、100%，直至桁架提升單元全部脫離拼裝胎架。

3.3結構離地檢查

提升單元離開拼裝胎架約100mm后，利用液壓提升系統設備鎖定，空中停留12小時后作全面檢查（包括吊點結構，承重體系和提升設備等），各項檢查正常無誤，再進行正式提升。

3.4姿態檢測調整

用測量儀器檢測各吊點的離地距離，計算出各吊點相對高差。通過液壓提升系統設備調整各吊點高度，使網架提升單元達到設計姿態。

3.5整體同步提升

以調整后的各吊點高度為新的起始位置，復位位移傳感器。在桁架整體提升過程中，保持該姿態直至提升到設計標高附近。

3.6提升過程中的微調

桁架結構在提升過程中，因為空中姿態調整和后裝桿件安裝等需要進行高度微調。根據需要，對整個液壓提升系統中各個吊點的液壓提升器進行同步微動（上升或下降），或者對單臺液壓提升器進行微動調整。微動即點動調整精度可以達到毫米級，完全可以滿足結構安裝的精度需要。

4、對接口焊接以及后裝桿件安裝

對整體結構進行測量，保證結構的水平位置、標高等達到要求后將首先將弦桿對接焊縫進行焊接，焊接完成后安裝對結構附近的腹桿、次桁架等后裝桿件。

5、設備拆除及桁架分級卸載

5.1設備拆除

拆卸控制系統→拆卸液壓系統→拆卸提升地錨→拆卸提升油缸→拆卸鋼絞線。

5.2提升支撐架卸載

卸載采用 “同步等距”卸載方式。即每個提升單元提升完成后，在支撐架頂部同時安排操作工人對支撐架進行切割、卸載。根據Sap2000模型計算結果，統計各個支撐點寫在前后的豎向位移，分幾次逐步卸載。

四、新建濟南至青島高速鐵路濟南東站站房及相關工程應用實例

（一）工程概況

工程總建筑面積17.48萬㎡，候車大廳屋蓋采用大型雙曲面鋼結構拱頂結構，其跨度為122～156m，拱高29～36m，南北方向長408.6m，拱頂為漸變式拋物線數學模型。結構形式采用大跨度空間桁架體系，20榀主桁架為空間倒三角管桁架;鋼屋蓋拱腳處結構體系采用：鋼筋混凝土承臺+連接承臺的預應力鋼拉索+鋼管混凝土斜柱+鋼管立柱。

（二）鋼結構提升工藝應用效果

采用桁架整體提升施工方法，屋蓋施工完成后經過測量、超聲波探傷等檢測滿足了相關施工質量驗收規范中適用條文規定要求。同時采用此工藝大大簡化了施工工序，有效的提高了施工效率，縮短了工期，減少了大量的措施費用，總體施工效果良好。提升示意如下圖：

（三）工期指標分析

采用提升方案施工，屋面檁條、吊頂龍骨可在拼裝時進行安裝，同桁架一起進行提升，降低施工高度、節約施工時間，濟南東站項目20榀桁架共計施工7個月，其中包含胎架的立設時間，待桁架提升完畢之后下部拼裝胎架即可拆除，工作量相對較小，其他單位可以穿插進行施工。根據胎架設立高度推算工程量，采用桁架原位拼裝的方法胎架用量將增加一倍左右，施工工期最少在8個月。故而，桁架提升發施工使工期縮短約30天。

五、 結語

當今社會許多超大型綜合體建筑設計成大跨度無中間支撐的結構形式來保證整體美觀性，而用鋼結構作為上部結構體系解決了跨度大、無支撐的結構難題，但跨度過大后就需要在下部基礎上增加設計預應力鋼索來平衡整體受力。其中大跨度鋼結構采用提升的施工方案對于質量、安全、工期來講比較適合，預應力結合上部結構施工的不同階段進行分級張拉施工。鋼桁架提升施工的方法，大大的提高了現場施工的速度，也保證了質量和安全。