高鐵站房鋼結構整體頂升技術研究

董業廷 張龍海 許方輝 莊新龍 孫宇

在推動經濟發展進程中，建筑行業起到非常重要的作用，尤其是高鐵站房項目。其中鋼結構是相對常見的建筑結構之一。行業領域內鋼產量顯著增加，加上工程技術水平的提升，使得鋼結構在工程建設中逐漸得到普及。組織鋼結構施工，整體頂升技術是新型技術的一種，在工程質量、施工效率等多個方面均具有明顯優勢。在組織高鐵站房項目施工過程中，關于整體頂升技術的應用還存在一些問題，本文以實際項目為例展開討論。

1.工程概況

新建魯南高速鐵路菏澤至曲阜段站房及相關工程QHZF-1 標-濟寧北站項目位于山東省濟寧市，總建筑面積38384.34m2，其中站房面積29999m2。候車廳屋頂采用鋼網架結構。網架跨度約為60m，平面尺寸138m×75.5m，網架頂標高為26.2m，網架四周懸挑長9.8m，網架重696.49t。

本網架采用正放四角錐螺栓球節點網架型式，下弦多點支承。抗震設防烈度為7 度，基本地震加速度值為0.1g，網架結構抗震等級為二級。

圖1 單元網架地面拼裝示意圖

本工程建筑耐火等級為二級,耐火極限1.5h。檁條耐火極限1.0h。鋼結構部分的防火采用防火涂料工藝,防火涂料的選擇及施工工藝要求,須根據本工程建筑要求的耐火等級按《鋼結構防火涂料技術條件》(GB14907-2018)中的要求執行。

2.整體頂升技術原理

整體頂升技術與整體提升工藝的相似度比較高，是在高鐵站房施工現場的地面拼裝頂升結構，待拼裝結束后通過千斤頂頂升結構，到達指定位置后開始卸載安裝。該技術對比整體頂升工藝，兩者安裝千斤頂位置存在差別，以免頂升操作期間結構異常偏移，加強頂升結構穩定性[1]。

3.高鐵站房鋼結構施工整體頂升技術的應用

3.1 地面拼裝

高鐵站房鋼結構頂升必須保證穩定，針對被頂升結構地面拼接施工作業進行有效控制。地面拼裝是以所有不完整單元結構為對象，最終拼裝成為整體，頂升過程待頂升結構的平穩與安全非常重要[2]。控制焊接應力、變形力，以免影響結構頂升效果，還可以保證拼裝精度。實施地面拼裝時，提前拆除、替換構件，結合實際情況調整施工現場增設方案，確定拼焊順序后，分析起拱值是否合理。頂升點、頂升中心線之間不能有過大的垂直偏差，按照規范標準展開關鍵位置的探傷檢測，給后期焊接施工打下基礎。本次高鐵站房單元網架地面拼裝示意圖如圖1 所示。

3.2 準備工作

按照頂升點在施工現場布置情況，整體頂升施工需要用到的頂升千斤頂、支撐架、液壓泵站、鋼絞線等提前檢查、調試，下頂升點、千斤頂必須位于垂直軸線，縮小誤差不超過10mm。機器設備調試在通電之后進行，通過給油、收油等一系列操作，了解運行狀態。千斤頂的調試要先檢查油缸上下錨具緊錨狀態，將上錨打開開啟主泵運轉，伸缸接受指令后，若油缸停止運轉，代表動作正常；縮缸接受指令之后如果停止代表正常。反復動作檢查后油缸縮到底，同時上緊錨，經過檢查沒有失誤便可終止泵站運行。

分析頂升支撐架、下頂升點受力與變形，現場所有頂升點必須及時組織加載試驗，加載針對各個頂升點逐級加載，加載比例初次設置為20%，每次逐級頂升20%，直至加載至100%。在加載的同時分析受力、變形數據，經過評估判斷數據是否符合設計范圍要求，如果超出設計范圍，應該及時分析問題原因。

3.3 結構頂升

濟寧北站網架頂升區域重約440t，網架共設置16 套40T 系列頂升架，理論頂升重量640T，滿足安全系數。根據圖紙及現場情況，網架整體頂升分二個區域，即：一區為-0.3m 層A-D 軸/ 7-14軸網架整體拼裝單元；二區為站房2F（8.5m）層整體拼裝單元。首先進行一區頂升，頂升至8.5m 位置后進行二區的拼裝，拼裝完成后再進行二次的整體頂升。兩次頂升轉化過程設置臨時頂升點進行轉換。

頂升系統由頂升支架、液壓頂升千斤頂、頂升鏈接桿、液壓泵站、PLC 控制總臺等組成，每臺液壓泵站可以控制兩臺頂升千斤頂，PLC 總控制臺通過每臺千斤頂上的位移傳感器控制著該油路電磁閥的開通或關閉，通過泵站上的油壓表讀取該路的油壓，從而換算出該路頂升力值，千斤頂安裝在頂升支架的底部對角線交點上，通過頂升帽頂、連接拉桿和銷釘將千斤頂和頂升支架連接在一起，頂升支架的設計綜合借用了網架和塔吊的設計理念，千斤頂本體高度1.7m，一個行程最大1.25m。支架結構為格構式，平面尺寸1.0m×1.0m，以1.0m 為一個頂升行程標準節；總組合高度根據頂升高度確定，標準節與標準節間的連接采用螺栓球連接，拆卸十分方便。

3.4 對接與卸載

頂升系統這一環節完成后，可以實施頂升結構、支座之間的對接。要求對接過程中按照非頂升點支座、頂升點支座的順序進行。構件的對接達到最大限度之后，實時檢查對接質量、鋼結構穩定性，確定不存在問題即可以著手卸載。注意卸載之前采用測量儀器，檢測鋼結構穩定性，豎直與水平方向的鋼結構均不存在位移現象，這是開始卸載非常重要的條件。卸載時按照卸載工況模擬計算，得出的頂升反力結果按照從小到大順序依次卸載。卸載操作遵循“中間向四周，中心對稱”、“整體同步同比例下降”的基本原則，為了使鋼網架卸載更加安全，以免個別支撐點出現集中受力現象，高鐵站房施工現場采用“整體同步同比例下降”這一方法。卸載之前檢查所有臨時支撐點的坐標，采用測量復核、標高復核的方式。利用全站儀測量所有臨時支撐點焊接球頂標高、位置，詳細記錄數據，為后期調整提供依據。

所有可選擇的卸載方式當中，可以總結為同步卸載、多級循環卸載，對于高鐵站房鋼結構同步卸載，建議終態撓度要平均分配，所有支撐上部點支撐均勻降低，提高結構受力體系轉換的穩定性，即便內力方式變化，也可以總結規律，避免因沉降不均導致結構內力發生突變，或者臨時支撐上作用荷載異常增加破壞結構與支撐。采用同步卸載在操作過程中存在難度，鋼結構支撐點在高鐵站房施工現場的分布范圍比較大，卸載裝備選配也相對復雜，施工人員管理必須保證協調性、同步精度。若采用多級循環卸載，這是一種折中卸載方法，操作過程同樣比較復雜，需要分割卸載空間，各個區域卸載要獨立完成，無須考慮終態撓度，通過允許范圍內的千斤頂位移下降千斤頂。因為下降不對稱、不規律的特點，有可能會使總體內部力重分布缺乏均勻性。按照本次高鐵站房項目的施工現場環境、鋼結構形式，選擇實現度最高的卸載方法，針對卸載全過程展開應變監測、應力監測、變形監測。

待主體結構的各項作業結束，要從原本的施工階段過渡到實際使用階段，加強內力重分布均勻性與內力變化可控性。另外，卸載過程必須高效實施，減少卸載過程成本浪費。在選擇卸載方法時，重點考慮高鐵站房施工安全性與經濟性。

除了以往兩種方法外，采用同比例位移卸載法也比較常用，但該方法不適合在特大型鋼結構中使用。這一類結構支撐點數量較多，計算流程也相對復雜，各個環節千斤頂點需要下降位移均存在差異，施工人員無法保證完全按照位移卸載。組織卸載作業，通常會采用同位移卸載法，提前設定各個支撐桿卸載位移量，再按照要求實施卸載。這一卸載方式操作相對簡單，也可以保證精度。另外，同位移卸載法的應用過程中，如果所需時間過長，建議將鋼結構分區，撤銷分區部分支撐桿與后區撐桿，直到施工現場卸載工作結束。

3.5 拆除與模擬

頂升結構頂升往往需要臨時支撐構件，這些臨時支撐構件的頂升結構就位、卸載結束后，必須及時拆除。組織臨時支撐構件拆除，結構邊界可能會發生變化，結構內部內力在拆除支撐構件的同時也會發生改變。臨時構件拆除完全之后，結構受力狀態會快速恢復至設計階段受力狀態。此時施工人員對拆撐過程展開模擬、計算，采用生死單元法，在構件安裝、拆除過程中選擇添加、刪除模擬單元，便可以模擬構件安裝、拆除的過程，了解支撐構件拆除流程。

4.結束語

綜上所述，高鐵站房鋼結構施工采用整體頂升技術，施工現場的地面拼裝、結構頂升、構件卸載、臨時支撐構件拆除等，均需要按照技術規范、工程項目要求制定施工方案，發揮出整體頂升技術的作用，提高鋼結構整體穩定性，避免施工過程中出現偏差、失誤，影響到高鐵站房項目質量，也可以總結整體頂升技術應用經驗，為今后相關項目施工提供技術支持。