步履式頂推平移技術(shù)在廈門后溪長途汽車站主站房平移中的應(yīng)用*

陳蕃鴻，董清崇，王依列，許錦林，邱會安

(1.中建一局華江建設(shè)有限公司，北京 100161； 2.上海天演建筑物移位工程股份有限公司，上海 200336)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟和城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市空間治理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為現(xiàn)代城市發(fā)展的必然趨勢。許多具有保留價值的既有建筑物可以通過整體平移搬遷到規(guī)劃新址。對有價值建筑采用整體平移技術(shù)替代拆后重建已經(jīng)成為城市規(guī)劃的發(fā)展趨勢，具有節(jié)省資金、對生活影響小、節(jié)省工期、保護環(huán)境等優(yōu)勢。

目前，建筑物平移或旋轉(zhuǎn)的牽引技術(shù)包括牽引機構(gòu)和牽引動力兩部分，施工程序較為復(fù)雜，且穩(wěn)定性不高，移動速度較為緩慢。因此對牽引技術(shù)進行改進是十分有必要的，本文以廈門后溪長途汽車站主站房平移項目為例，介紹一種新型建筑平移牽引技術(shù)——步履式頂推平移技術(shù)。

1 工程概況

廈門后溪長途汽車站主站房平移是目前全球最大帶整體地下室結(jié)構(gòu)的單體建筑旋轉(zhuǎn)平移工程，被平移建筑總建筑面積2.28萬m2，長162m，寬33.6m，重3.018萬t，整體旋轉(zhuǎn)90°、平移最長距離達288.3m。從地下2層進行切割分離并帶地下室進行，采用步履式連續(xù)頂推方式沿著建筑物外的虛擬圓心將建筑物一次性旋轉(zhuǎn)平移到新址，如圖1所示。

圖1 平移前后示意

常規(guī)建筑物的平移或旋轉(zhuǎn)采用千斤頂頂推或者牽拉的方式，無論是頂推還是牽拉，均需要在建筑物上做牽引點，并且需要對千斤頂設(shè)置反力支撐點，如果涉及旋轉(zhuǎn)施工的場合，則反力支撐點在設(shè)計和施工中均存在較大難點，平移或旋轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象，安全系數(shù)和施工效率均較低。根據(jù)不同的場合需求，建筑物底部采用固定滑靴或千斤頂懸浮支撐或滾軸滑動的方式，這幾種方式均對軌道的平整度和直線度具有非常高的要求，一旦軌道出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，在滑移副接縫處存在滑靴卡滯現(xiàn)象明顯，平移過程中軌道的不均勻沉降也給整體施工的滑行帶來安全隱患，如果在平移或旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)橫向偏移或扭轉(zhuǎn)的情況，系統(tǒng)糾偏也存在較大的施工難度和風(fēng)險，因此需要對傳統(tǒng)平移旋轉(zhuǎn)施工工藝進行改進。

2 步履行走器

為解決施工工藝繁瑣問題，提高效率，采用步履式頂推平移技術(shù)。平移設(shè)備包括：步履行走器、液壓控制系統(tǒng)、位移傳感器、壓力傳感器等。

2.1 工藝特點

步履行走器可自動行走，步履走行器上的懸浮千斤頂可自動伸長和收縮，降低對軌道面平整度的要求，提高了平移施工的安全性及現(xiàn)場工人的勞動效率。采用全自動智能化操作系統(tǒng)控制，可視化程度高，每個工況和每個受力點的位移和應(yīng)力自動顯示，達到了完全的步調(diào)一致，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證了平移建筑物的安全。

2.2 設(shè)備簡介

2.2.1步履行走器裝置

單個步履行走器裝置包括底座、滑移座、滑移副、懸掛輪、頂推油缸、頂升油缸、抱箍、頂部連接板、反鉤板、導(dǎo)向板和豎向?qū)О濉５鬃媳砻嫱ㄟ^螺釘固定有1個滑移副；滑移座滑動連接在滑移副上，滑移副一般為四氟乙烯板；頂推油缸為2個，均通過兩端鉸接的方式，一端連接在底座上，另外一端連接滑移座上；頂升油缸的底端通過螺釘固定連接在滑移座上；頂升油缸的頂端通過螺釘固定連接有1個頂部連接板；豎向?qū)О逋ㄟ^螺釘固定連接在頂部連接板上；頂升油缸的外表面上包覆連接有1個用于實現(xiàn)水平方向糾偏的抱箍，抱箍同時與豎向?qū)О暹B接在一起；底座上設(shè)有4個用于行走器脫空行走時懸掛行走的懸掛輪；反鉤板為2個，一端分別固定在底座兩側(cè)上，另外一端位于對應(yīng)的滑移座上方。導(dǎo)向板為2個，位于滑移座兩側(cè)，通過螺釘固定連接在底座上。具體結(jié)構(gòu)部件如圖2所示。

圖2 步履行走器

2.2.2液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)包括主控計算機、液壓總站、頂升位移控制系統(tǒng)和頂推位移控制系統(tǒng)，如圖3所示。主控計算機與液壓總站相連接；液壓總站分別與頂升位移控制系統(tǒng)和頂推位移控制系統(tǒng)連接；頂升位移控制系統(tǒng)分別與托盤梁和頂升油缸連接，并且利用豎向位移控制多個步履行走器上的頂升油缸進行同步頂升；頂推位移控制系統(tǒng)分別與下滑道梁和頂推油缸連接，并且利用橫向位移控制多個步履行走器上的頂推油缸進行同步頂推。

圖3 控制系統(tǒng)

頂升位移控制系統(tǒng)包括頂升液壓泵站、第1總油管、第1分配器、第1分油管、第1壓力傳感器和頂升位移傳感器。

頂推位移控制系統(tǒng)包括頂推液壓泵站、第2總油管、第2分配器、第2分油管、第2壓力傳感器和水平位移傳感器。

2.2.3PLC(programmable logic controller)同步控制系統(tǒng)

PLC同步控制系統(tǒng)是一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運算控制器，可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進行儲存與執(zhí)行。可編程控制器由CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。

平移過程中采集的數(shù)據(jù)，傳遞至PLC同步控制系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)處理計算，通過PLC同步控制系統(tǒng)及步履行走器實現(xiàn)平移全過程自動化控制，計算機自動糾偏，無需人為控制和糾偏。

2.3 平移原理

工作時，頂升油缸豎向頂起構(gòu)件，頂推油缸水平頂推，使滑移座帶著頂升油缸一起產(chǎn)生水平方向的移動，從而帶動構(gòu)件一起移動，實現(xiàn)平移的目的。其中單組有4個步履行走器，2個為一小組，每小組同步頂升及頂推，多組行走器裝置共同作用，循環(huán)交替頂升及頂推可以實現(xiàn)建筑物的整體平移或旋轉(zhuǎn)。

主控計算機通過液壓總站及多臺頂推位移控制系統(tǒng)，給多組步履行走器的頂推油缸發(fā)送指令，提供相應(yīng)的油壓和指定位移參數(shù)，多組步履行走器上的頂推油缸同步向前頂推指定位移，并帶動托盤梁及待平移建筑物沿既定軌道向前平移。具體步驟如下。

1)步驟1(見圖4a) ①A組懸浮頂升；②B組豎向縮缸。

2)步驟2(見圖4b) A組頂推。

3)步驟3(見圖4c) ①B組懸浮頂升；②A組豎向縮缸。

4)步驟4(見圖4d) A組水平縮回。

5)步驟5(見圖4e) B組頂推。

6)步驟6(見圖4f) ①A組懸浮支撐；②B組豎向縮缸

7)步驟7(見圖4g) B組橫向縮回150mm。

圖4 平移步驟

8)步驟8 重復(fù)步驟2～7，使每個步履行走裝置中A組步履行走器與B組步履行走器交替循環(huán)向前行走。

3 施工過程

3.1 施工準備

1)技術(shù)準備 形成技術(shù)方案，并進行交底，方案中應(yīng)著重對支撐點布設(shè)及平移速度進行驗算，確保平移安全，同時計算并調(diào)試待平移建筑物在每條下滑道梁上每步行走位移。

2)物資和材料準備 包括PLC同步控制系統(tǒng)、泵站、懸浮千斤頂、頂推千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器、油管、工業(yè)網(wǎng)線等設(shè)備已進場，設(shè)備參數(shù)符合要求。

3)過渡段施工 樁基施工、土方開挖、下滑梁施工，需滿足圖紙及規(guī)范要求。

4)新址施工 樁基施工、土方開挖、筏板基礎(chǔ)施工、下滑梁施工，需滿足圖紙及規(guī)范要求。

5)舊址施工 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)斷開并對薄弱環(huán)節(jié)進行加固，架設(shè)軌道梁及托盤梁，按圖紙及規(guī)范要求施工，且強度滿足要求。

6)平移設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備安裝及線路連接。

3.2 調(diào)試階段

1)調(diào)試 對液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查，確保安裝正確、線路連接可靠、信號傳輸無誤、設(shè)備運行正常。

2)試平移 為了觀察和考核整個平移施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)和可靠性，在正式頂升之前，應(yīng)進行試頂升和試平移。試頂升高度10mm，試平移完成一個單位的平移距離。檢驗基礎(chǔ)沉降、測點應(yīng)變、整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)變形等情況，為正式移位提供依據(jù)。

3.3 正式平移階段

1)將步履行走裝置中的1組4個步履行走器前后2個步履行走器設(shè)定為A組,中間2個步履行走器設(shè)定為B組。

2)在主控計算機中對每條下滑道梁上每個步履行走器的頂推位移和頂升位移進行設(shè)定；使同一下滑道梁上步履行走器的頂推位移相等，不同下滑道梁上步履行走器的頂推位移之比與對應(yīng)的2條下滑道梁的半徑之比相等(若為直線平移則所有步履行走器每一步行走位移均相等)。

3)操作液壓控制系統(tǒng)中主控計算機，使A，B組步履行走器交替循環(huán)行走，從而帶動上部建筑向前平移，具體位移步驟如圖4所示。

4)通過PLC系統(tǒng)實時監(jiān)控，自動化糾偏。

3.4 平移就位階段

1)基礎(chǔ)連接 結(jié)構(gòu)與新基礎(chǔ)進行淺留筋法結(jié)構(gòu)柱連接。

2)拆除設(shè)備 待新舊墻柱已連接完成，且混凝土強度滿足上部建筑承載力要求后，拆除設(shè)備及線路。

3)場地恢復(fù) 軌道拆除，土方回填。

4 監(jiān)測分析

為對平移效果進行驗證，對建筑結(jié)構(gòu)薄弱部位以及受力較大部位進行應(yīng)變監(jiān)測，以了解在平移頂推時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變是否在要求范圍內(nèi)，是否對建筑物造成破壞，驗證步履式頂推平移技術(shù)的安全可靠性。

采用應(yīng)變片監(jiān)測，對計算的結(jié)構(gòu)受力較大部位安裝應(yīng)變片，實時監(jiān)測平移過程中產(chǎn)生的應(yīng)變大小。

在結(jié)構(gòu)計算過程中，發(fā)現(xiàn)下部托盤梁部位受力較大，需進行應(yīng)變檢測。根據(jù)以往工程經(jīng)驗以及對車站的模型分析，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，可明確應(yīng)變最大值不得超過150 με。根據(jù)實時監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，選取每個應(yīng)變片測得的最大數(shù)值進行分析(見表1)。

表1 應(yīng)變數(shù)值 με

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在平移時所產(chǎn)生的應(yīng)變較小，遠小于應(yīng)變規(guī)定的最大值，因此可以判斷使用步履式頂推平移技術(shù)的穩(wěn)定性較好，不會對上部建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。

5 結(jié)語

相較于傳統(tǒng)的平移技術(shù)，步履式頂推平移技術(shù)具有以下優(yōu)點。

1)不需要設(shè)置牽引點及反力支撐點 傳統(tǒng)的通過頂推或牽拉的牽引方式需要在地面設(shè)置牽引點及反力支撐點，且在旋轉(zhuǎn)工程中存在點位設(shè)置困難、需要多次設(shè)置點位的問題。相較于傳統(tǒng)牽引方式，步履式頂推平移技術(shù)略去牽引點及反力支撐點的設(shè)置，簡化施工流程，降低施工難度，提高施工效率。

2)施工安全性能提升 傳統(tǒng)牽引方式需在結(jié)構(gòu)上部布設(shè)作用點，牽引時會產(chǎn)生較大局部應(yīng)力，需對建筑物采取局部強化措施才能防止出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象，而步履式牽引方式不需要對結(jié)構(gòu)設(shè)置牽引點，不會對結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，避免出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象。

3)降低基礎(chǔ)軌道剛度要求 傳統(tǒng)平移技術(shù)平移過程中對基礎(chǔ)剛度要求較高，對軌道不均勻沉降十分敏感，軌道不平整將會導(dǎo)致較大安全隱患影響平移，采用步履式平移技術(shù)則可通過步履行走器調(diào)整升降高度，克服軌道的不平整問題，降低對基礎(chǔ)軌道剛度的要求。

4)自動化控制提高勞動效率 步履式頂推技術(shù)采用PLC同步控制系統(tǒng)，有別于傳統(tǒng)工人現(xiàn)場施工控制平移，采用全自動化的管理方式，實時采集、分析、監(jiān)控數(shù)據(jù)，自動控制步履行走器的工作，并能進行自動糾偏，提高勞動效率，更加適用于施工趨向自動化、智能化的今天。

步履行走器在施工過程中仍存在以下不足之處。

1)結(jié)構(gòu)底部局部應(yīng)力問題 采用步履行走器方式頂升建筑，液壓頂升與建筑底部接觸部位產(chǎn)生較大局部應(yīng)力，因此需要對結(jié)構(gòu)薄弱部位采取強化措施。

2)連續(xù)性不足，產(chǎn)生慣性力影響結(jié)構(gòu)安全 2組步履行走器交替行走之間的間隔，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)下部產(chǎn)生橫向慣性力，容易對結(jié)構(gòu)安全性能產(chǎn)生影響。

未來步履行走器的研究方向應(yīng)集中于克服建筑底部局部應(yīng)力，以及控制系統(tǒng)算法改進，提高步履行走器交替工作的連續(xù)性，減小慣性力的影響。步履式頂推平移技術(shù)作為傳統(tǒng)平移技術(shù)的改良，能夠很好地解決傳統(tǒng)平移施工中產(chǎn)生的一些問題，尤其適用于建筑旋轉(zhuǎn)平移工程，為未來建筑平移技術(shù)研究提供了新的方向和參考。