國家會展中心(天津)工程大跨度超重人行天橋高空散裝技術(shù)

張加鑫，魏 鵬，劉 飛，王 博，周志健

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200135)

1 工程概況

國家會展中心(天津)工程位于天津市津南區(qū)，是我國北方首個國家級超大型會展中心，總建筑面積138萬m2。本工程分兩期建設(shè)，一期展館區(qū)建筑面積47.86萬m2，二期建筑面積59.86萬m2，主要由展廳、交通連廊、中央大廳、人行天橋等組成(見圖1)。

圖1 人行天橋鋼結(jié)構(gòu)三維模型

該工程二期項目共2座人行天橋，位于國展一期和二期之間，南北跨越市政道路國展大道，主供國展一期和二期的參展人員相互觀展，兼供海沽道兩側(cè)行人使用，不考慮機動車輛通行。鋼結(jié)構(gòu)主要由主構(gòu)件(桁架)、次構(gòu)件(水平橫桿、水平斜撐、鋼次梁、平臺梁等)、樓梯等附屬結(jié)構(gòu)組成。橋長157.0m，其中1號人行天橋橫跨地鐵出入口，最大跨度90.2m，最大吊重約60t(下弦桿)。橋上部結(jié)構(gòu)為鋼桁架，橋凈寬10.0m，結(jié)構(gòu)高度6.25m，鋼結(jié)構(gòu)體量為4 600t， 材料等級Q345qD，個別構(gòu)件采用Q420qD，最大板厚50mm，橋每米結(jié)構(gòu)重達14.6t，弦桿均為箱型梁，桁架間設(shè)置水平構(gòu)件連接，并設(shè)置水平撐。

2 施工重難點

1)施工工期 人行天橋于2020年11月30日—2021年2月18日施工，整個施工階段均處于冬季。在負溫情況下，現(xiàn)場焊接要求工藝繁瑣，焊接質(zhì)量控制難度大。

2)構(gòu)件制作 人行天橋桁架橋桿件空間狹小，橋桁架桿件內(nèi)部由相對密集的通長加勁肋焊接在箱體翼緣板及腹板上，且加勁肋分段同箱體主體齊口斷開，并且過人孔與橋桁架形成方洞套圓洞，部分孔洞錯位排列。對接時加勁肋被箱體翼緣板及腹板封閉在箱體內(nèi)部，焊接難度大，難以控制焊接質(zhì)量。

3)施工安裝 人行天橋南北跨越市政道路，最大跨度90.2m，橋每米結(jié)構(gòu)重達14.6t，最大吊重約60t，采用支撐胎架體系應(yīng)用技術(shù)安裝大跨度超重人行天橋。最大箱體截面為1.2m，最大板厚50mm，現(xiàn)場焊接包含橫、平、立、仰形式，且存在不同板厚、不同材質(zhì)對接的情況。現(xiàn)場施工既不能影響市政道路通行，又要保證人行天橋安裝效率，縮短施工周期，減少占路時間。

4)安全防護 橋桁架桿件內(nèi)部空間狹小、構(gòu)造復(fù)雜，有限空間內(nèi)作業(yè)存在中毒、缺氧、燃爆等安全隱患。人行天橋分階段占路導(dǎo)行施工，車輛導(dǎo)行控制分區(qū)復(fù)雜，作業(yè)區(qū)需單獨設(shè)置人行通道保證行人安全。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類與安裝方法

3.1 人行天橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類

利用BIM技術(shù)，結(jié)合確定的施工方案與構(gòu)件運輸對長度、寬度、質(zhì)量的要求，將天橋結(jié)構(gòu)分為下弦桿、腹桿、上弦桿等主結(jié)構(gòu)，水平橫桿、鋼次梁、平臺板等次結(jié)構(gòu)，樓梯等附屬結(jié)構(gòu)，經(jīng)過分解避免運輸超載、超長、超寬現(xiàn)象(見圖2)。

圖2 人行天橋構(gòu)件分類

3.2 人行天橋安裝方法

人行天橋南北橫跨市政道路，為不影響市政道路通行，現(xiàn)場分為3個施工段，第1施工段處于一期正常施工，第2,3施工段的1，2號人行天橋同時施工，采用分段占路導(dǎo)行施工，既不影響市政道路通行，又提高人行天橋安裝效率，縮短施工周期，減少占路時間。施工占路導(dǎo)行控制區(qū)分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過渡區(qū)、終止區(qū)。作業(yè)區(qū)單獨設(shè)置人行通道保證行人安全。

第1施工段人行天橋施工區(qū)域位于市政道路以南，屬于一期施工現(xiàn)場用地。

第2施工段施工區(qū)域為市政道路主路中心線以北區(qū)域，占用一半道路，施工時進行車輛導(dǎo)行，西行車輛向左變道在原主路東行車道上行駛，東行車輛向右變道至輔路行駛，利用水馬、反光錐分隔車道。

第3施工段位于市政道路中心線以南的主路，占用一半道路，施工時進行車輛導(dǎo)行，西行車輛向右變道至輔路行駛。東行車輛向左變道在原主路西行車道上行駛。本階段車輛臨時動線位于天橋結(jié)構(gòu)下方，需設(shè)置4.5m限高桿及防砸措施。

經(jīng)過設(shè)計確認及現(xiàn)場指導(dǎo)取消所有桁架橋桿件上仰焊縫，并在橋桁架上開設(shè)蓋板，避免有限空間作業(yè)。上弦桿與腹桿拼裝成K字形構(gòu)件進行吊裝，與下弦桿焊接，減少現(xiàn)場焊接工序(見圖3)。

圖3 地面K形拼裝

4 施工流程及施工要點

4.1 施工流程

人行天橋高空散裝，施工流程如下(見圖4)：①第 1步 人行天橋第1段施工，第1段支撐胎架及主桁架下弦桿安裝；②第2步 第1段第1組主桁架K形吊裝單元同步安裝，同時連接桁架間次構(gòu)件，形成穩(wěn)定吊裝單元；③第3步 依次安裝第1段K形吊裝單元；④第4步 安裝第1段下橫桿等次構(gòu)件，主構(gòu)件繼續(xù)推進施工；⑤第5步 安裝第1段鋼板橋面、上橫桿等次構(gòu)件；⑥第6步 安裝第1段次構(gòu)件及樓梯、平臺等附屬構(gòu)件，完成人行天橋第1段主次構(gòu)件施工；⑦第7步 第2段封路、施工；⑧第 8步 第3段封路、施工。

圖4 施工流程

兩座橋同時同步分段施工完成，解除封路。

4.2 施工要點

1，2號人行天橋結(jié)構(gòu)形式一致，但1號人行天橋橫跨地鐵出入口，最大跨度90.2m，最大吊裝重約60t(下弦桿)，施工難度較大，故以1號人行天橋為例進行分析。

4.2.1構(gòu)件吊裝分段

圖5 軸分段及吊重布置

圖6 軸分段及吊重布置

4.2.2起重機選擇與占位

1)QY50t汽車式起重機 用于水平橫桿、水平斜撐等次構(gòu)件及附屬構(gòu)件吊裝，次構(gòu)件最重5.3t，選用33m長標準主臂工況，作業(yè)半徑15m時額定起重量為5.8t，滿足吊裝要求。

2)QY130Kt汽車式起重機 用于主桁架下弦桿及K形吊裝單元安裝，最大質(zhì)量39t，選用主臂工況，主臂長21.28m，作業(yè)半徑9m時，額定起重量為50t，故作業(yè)半徑≤9m時均滿足吊裝要求。

3)QAY400-XCMG400t汽車式起重機 在1號天橋2號橋墩附近安裝弦桿，最大質(zhì)量60t，選用100t配重主臂工況，主臂長31.2m，作業(yè)半徑14m時，額定起重量77t，故作業(yè)半徑≤14m時均滿足吊裝要求。

綜合考慮選型起重機起重能力及作業(yè)半徑，將人行天橋主構(gòu)件吊裝路線定于兩榀主桁架外側(cè)，次構(gòu)件吊裝路線以兩榀桁架內(nèi)側(cè)為主，按施工階段依次封路施工。

4.2.3臨時支撐工藝

人行天橋桁架噸位重、跨度大，現(xiàn)場安裝時在下弦桿分段位置設(shè)置臨時支撐胎架。通過計算天橋各胎架支撐點的內(nèi)力可知最大內(nèi)力TJ6為1 218.34kN。 胎架頂部內(nèi)力計算節(jié)點編號如圖7所示。

圖7 胎架頂部內(nèi)力計算節(jié)點編號

根據(jù)計算，選擇200t標準型鋼胎架(支撐高度40m時，承載力標準值為2 000kN)。其中每座天橋設(shè)置胎架24組，共48組胎架，胎架根據(jù)下弦桿分段長度進行設(shè)置(見圖8)。

圖8 天橋支撐胎架布置

由于市政道路地面高低不平，考慮胎架通用性原則，采用標準節(jié)+調(diào)整段形式，根據(jù)現(xiàn)場實際需求制作支撐胎架(見圖9,10)。胎架底部焊接在路基箱上，選用高3m、重200t標準節(jié)胎架，調(diào)整段采取現(xiàn)場制作形式調(diào)整高度。胎架底部與頂部構(gòu)造分別采用HW300×300×10×15和HW350×350×12×19截面型鋼，頂部承力梁為HW428×407×20×35，分配梁為HW350×350×12×19。調(diào)節(jié)段通過加勁刀板與上部支撐主梁進行臨時焊接固定，材質(zhì)均為Q235B。

圖9 支撐胎架節(jié)點

圖10 胎架模型

4.2.4卸載工藝

本工程卸載過程既是拆除支撐胎架的過程，又是結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換的過程。卸載過程中，結(jié)構(gòu)本身桿件內(nèi)力和臨時支撐受力均發(fā)生變化。卸載時，既要確保安全、方便施工，又不能改變設(shè)計意圖，對構(gòu)件力學(xué)性能產(chǎn)生較大影響。為保證卸載時相鄰支撐胎架受力不發(fā)生過大變化，同時保證結(jié)構(gòu)體系桿件內(nèi)力不超出規(guī)定容許應(yīng)力，避免支撐胎架內(nèi)力或結(jié)構(gòu)體系桿件內(nèi)力過大被破壞，保證結(jié)構(gòu)體系可靠、穩(wěn)步形成。卸載必須遵循以下原則：①確保結(jié)構(gòu)自身安全和變形協(xié)調(diào)；②確保支撐胎架安全；③以理論計算為依據(jù)、以變形控制為核心、以測量監(jiān)測為手段、以安全平穩(wěn)為目標。

胎架卸載應(yīng)根據(jù)變形協(xié)調(diào)、卸載均衡的原則，按先次后主的順序進行同步等比卸載，卸載時每座天橋的兩榀主桁架需同時同步。每榀桁架卸載順序如圖11所示。

圖11 桁架卸載順序

因卸載過程中每個卸載點豎向位移值不同，且根據(jù)計算機模擬結(jié)果，1號人行天橋最大卸載值為61.80mm，卸載方法如下。

1)步驟1 卸載前在各支撐胎架頂部設(shè)置卸載用工裝，并調(diào)試液壓千斤頂(見圖12)。

圖12 胎架卸載千斤頂設(shè)置

2)步驟2 根據(jù)各點分步卸載值，在鋼梁下部支撐板處由下而上依次畫好卸載分步切割線。

3)步驟3 啟動鋼梁兩側(cè)液壓千斤頂，使千斤頂緩慢受力，然后切割鋼梁下部支撐板根部。

4)步驟4 緩慢啟動液壓千斤頂，使液壓頂向下移動直至鋼梁下部支撐板接觸支撐胎架頂部，停止液壓千斤頂，待穩(wěn)定5min后，開始第2次卸載量切割。卸載過程中若某些節(jié)點提前完全脫開，應(yīng)暫停卸載，查看該節(jié)點處相關(guān)焊縫、連接接頭有無脫落，如無脫落，將實際情況在計算模型上進行模擬，得出后續(xù)卸載步驟及工況。

5)待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，重復(fù)步驟4的操作方法，依次進行第3～7次卸載量切割。

6)卸載過程中若提前脫落點號，應(yīng)測量實際卸載值，然后分析計算模型，核對剩余點號卸載值是否需要修正，如有修正，按照新計算結(jié)果進行卸載。

5 結(jié)語

1)人行天橋橫跨市政道路，且跨地鐵出入口，分段施工占路導(dǎo)行，能提升人行天橋的安裝效率，縮短施工周期，減少占路時間。

2)合理分解主體結(jié)構(gòu)，取消仰焊縫，通過天橋桁架開設(shè)蓋板，使桿件內(nèi)部構(gòu)造加勁板有足夠空間，可在室外環(huán)境下進行焊接作業(yè)，避免有限空間作業(yè)可能帶來的中毒、缺氧、燃爆等危害，消除安全隱患。

3)通過對超大跨度超重人行天橋采用格構(gòu)柱支撐體系應(yīng)用技術(shù)，解決大跨度超重人行天橋的安裝難題。