管桁架鋼結構屋蓋整體液壓剪切拆除技術

劉書冬 趙 健 嚴寶峰

中建八局第三建設有限公司 江蘇 南京 210046

隨著國內城市化進程的快速發展，交通設施的要求和需求量也越來越高，特別是隨著近些年民航交通的飛速發展，20世紀90年代的機場老航站樓已經不能滿足新時代下的功能使用要求。很多城市的機場航站樓都面臨著改建或擴建，原航站樓或指（連）廊的屋面基本都是鋼結構，當時管桁架鋼結構是比較盛行的，構件多、節點復雜，整個拆除面臨高空作業，安全隱患很大。如果夏季高溫拆除則安全隱患更大，拆除過程又不能影響到機場的正常運營，從而給拆除帶來了非常大的困難。原來的管桁架鋼結構拆除基本靠人工利用氧氣、丙烷氣割，從小構件到次梁、主梁，逐根氣割再利用汽車吊往下吊，然后在地面上再進行切割分解，具有工序復雜、施工人員多、安全隱患高、安全防護措施準備時間長、投入高等缺點，特別對夏季運營中的航站樓指廊拆除極不方便。因此，尋找一種新型、便捷、安全隱患少的拆除方法非常迫切，必須研制出一種新工藝解決以上問題。

在南京祿口國際機場T1航站樓改擴建工程北指廊管桁架鋼結構屋蓋拆除之前，針對以上難題，經過對類似拆除技術工藝的學習[1-2]，項目成立了攻關小組，總結形成了管桁架鋼結構屋蓋整體液壓剪切拆除施工技術，使整個管桁架鋼結構拆除過程安全穩定，保證了施工工期和施工安全，大大減少了施工成本，對鋼結構拆除技術的發展具有重大意義。

1 工程概況

1.1 工程建設概述

南京祿口國際機場T1航站樓工程建造于1997年，為提升航站區使用效能，優化旅客出行體驗，本工程對祿口國際機場T1航站樓、連廊及北指廊進行改擴建，同時配套進行陸側和站坪系列改造，總建筑面積161 244 m2，其中新建面積40 178 m2、改造面積121 066 m2（圖1）。地下設置人防地下室及交通換乘大廳，面積29 364 m2；地上為航站樓、北指（連）廊及南連廊3部分，面積131 880 m2。結構類型為框架結構，建筑設計使用年限50 a，結構安全等級一級，抗震設防烈度7度，抗震設防類別乙類。

圖1 工程效果圖

1.2 北指廊拆除概況

1）拆除北指廊地上部分全部建筑、結構、構筑物、附著物等（圖2）。

圖2 北指廊拆除范圍

4）拆除10條登機橋固定端及相應的活動端共12個，8個疏散鋼樓梯。

2 施工流程及工藝

2.1 施工流程

施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工流程

2.2 操作要點

2.2.1 熟悉原鋼結構類型

從檔案館中找出原管桁架鋼結構屋蓋結構圖紙，認真研閱后到現場進行查勘核對，將結構類型和傳力體系分析出來。

經過查閱相關圖紙，航站樓北指廊屋蓋為管桁架結構，長度為174 m，寬度為33 m。屋蓋面積5 742 m2。1層層高3.43 m，2層層高7.10 m，建筑高度16.807 m。結構形式為平面管桁架結構，包括主桁架、檁條、水平及斜支撐。鋼結構用鋼量約350 t，最大跨度9 m。主桁架上、下弦桿均為φ152 mm×10 mm無縫鋼管，腹桿為φ108 mm×8 mm無縫鋼管。檁條為平面桁架結構，結構為拱形，中間高、兩邊低，高度為1.35 m，長度為9.00 m，檁條上、下弦桿均為φ140 mm×8 mm無縫鋼管，腹桿為φ95 mm×6 mm無縫鋼管。檁條間用水平支撐及斜支撐連接，水平支撐為φ95 mm×6 mm無縫鋼管，斜支撐為φ68 mm×6 mm無縫鋼管。

2.2.2 SAP2000拆除模擬分析

利用SAP2000有限元分析軟件進行計算機模擬分析，找出傳力路徑，從而找出構件剪切方向和流程，避免拆除時失穩，出現整體坍塌的情況。

按照模擬分析結果，確定拆除順序。首先根據變形縫的位置將整個屋面鋼結構拆除分為3個區段進行（圖4）。

圖4 指廊拆除分區示意

管桁架鋼結構剪切順序為上弦桿、水平及斜支撐、檁條、下弦桿、主桁架。

2.2.3 劃分拆除標段和施工流程

考慮到北指廊區域為整體破壞性拆除，結合現場實際情況及與專業隊伍溝通，擬采用鋼筋雙杠液壓剪對指廊鋼結構屋蓋按照結構柱及變形縫位置進行分段分塊破壞性拆除。

考慮到拆除安全性，按照從外向內順序，以每一跨為一小塊拆除區域，按照先低跨后高跨原則進行拆除，拆除低跨鋼結構時，保留高跨結構兩側主桁架（圖5）。液壓剪對拆除的鋼構件直接剪碎后隨同主體混凝土結構共同拆除。

圖5 指廊拆除單元劃分示意

2.2.4 組裝一體化剪切工具

長臂挖機選用性能較高的日立ZX490LCH-5A挖掘機。拆除的剪刀選用鋼筋雙杠液壓剪，性能較好，可以直接將管桁架剪斷。由日立ZX490LCH-5A長臂挖機＋鋼筋雙杠液壓剪組成了一體化剪切拆除工具（圖6）。

圖6 一體化剪切拆除工具模型

2.2.5 清理和準備

1）劃分并做好拆除區域的警示線，防止無關人員及機械進入。

2）對指廊屋面的保溫棉等輕質材料和易燃物進行清理，防止指廊鋼結構拆除時漂浮物進入飛行區。

3）確定好消防水供應點，拆除時采用灑水車、霧炮機同時進行噴灑，防止揚塵。

4）拆除作業前對主要管理人員和作業人員做好安全技術交底。

5）機械、設備、特種人員等相關資質報審。

拆除前必須對屋面和樓層中的所有拆除垃圾進行一一排查，清理外運，重點對漂浮物進行清理打包和處理外運，防止飄到空側影響機場正常運營。各項清理和準備工作必須經過驗收合格后，方可進行管桁架鋼結構屋蓋的拆除。

2.2.6 拆除流程

第1步：按照由C區向A區的施工順序，先用液壓剪拆除影響液壓剪操作人員視線的混凝土構件梁、板，隨后對低跨單元的鋼構件進行剪切拆除（圖7、圖8）。

圖7 鋼屋蓋第1步拆除單元示意

圖8 鋼屋蓋第1步拆除單元模擬

第2步：C區第1塊單元拆除完成后，液壓剪移至C區另一側對應低跨單元區域按照第1步順序進行鋼屋蓋拆除，同時安排另一臺液壓剪對鋼屋蓋拆除完成區域進行混凝土結構破壞性拆除（圖9、圖10）。

圖9 鋼屋蓋第2步拆除單元示意

圖10 鋼屋蓋第2步拆除單元模擬

第3步：待兩側低跨單元鋼屋蓋拆除完成后，進行高跨單元鋼屋蓋拆除，另一臺液壓剪根據施工進度，按順序對鋼屋蓋拆除完成區域進行混凝土結構破壞性拆除（圖11、圖12）。

圖11 鋼屋蓋第3步拆除單元示意

圖12 鋼屋蓋第3步拆除單元模擬

其他各標段單元塊區域鋼屋蓋及混凝土結構破壞性拆除均按上述步驟進行。

2.2.7 管桁架構件拆除順序

管桁架鋼結構剪切順序為上弦桿、水平及斜支撐、檁條、下弦桿、主桁架。

第1步：首先利用液壓剪剪切管桁架的上弦桿，上弦桿剪切時根據操作位置和空間的關系，將每個上弦桿連接節點處剪斷，并將在視線范內將小小跨的上弦桿都剪切掉。

第2步：部分上弦桿剪切后留下了水平支撐和斜支撐，從一端往另一端依次把水平支撐和斜支撐剪斷。

第3步：水平支撐和斜支撐拆除后，開始拆除檁條和下弦桿。

第4步：最后拆除主桁架，由于主桁架上、下弦桿均為φ152 mm×10 mm無縫鋼管，構件相對而言比較大，拆除時先拆上弦桿后拆下弦桿，腹桿在拆除過程中穿插進行，一步步把主桁架全體拆除完。

標段單元塊區域管桁架構件先拆除小型鋼構件，主要為連系構件，然后拆除次管桁架梁，最后拆除主管桁架大梁，嚴格按照此拆除順序，保證每個標段單元塊內的拆除穩定且不破壞鄰近的鋼結構單元塊。

2.2.8 高壓水槍灑水

拆除過程中不管是鋼結構還是混凝土結構容易產生大量揚塵，現場必須配備足夠的灑水車和高壓水槍，基本1臺拆除機械配備1輛灑水車，根據揚塵控制情況，如果不滿足揚塵控制要求，則再增加灑水車車輛。

如果鋼結構拆除時伴隨著混凝土拆除，那必須提前對混凝土拆除區域進行灑水，避免后續拆除時揚塵過大。在夏季拆除管桁架時，灑水也是一種降溫的好辦法。

拆除區域范圍內還應配備足夠的霧炮機，以控制整個拆除區域的揚塵，控制揚塵在環保要求內。

2.2.9 清理外運

管桁架在剪切后落到混凝土樓層中，可以直接夾住擺放到地面上，如果距離夠，可以直接夾住裝車，有些構件落地后比較大，應在地面上利用液壓剪繼續剪切分解，分成小構件，以方便裝車。

運輸車輛均采用帶有拉桿圍護的大型渣土車進行外運，以避免運輸過程中拋灑。

3 安全控制措施

1）對拆除區域及機械作業半徑范圍內拉好警示線，防止無關人員及機械進入。

2）對指廊屋面的保溫棉等輕質材料和易燃物進行清理，防止指廊鋼結構拆除時漂浮物進入飛行區。

3）所有人員嚴禁進入拆除區域內，并做好警示標識及硬質隔離，以確保拆除安全。

4）機械拆除作業時應設專職指揮員，監視被拆除物的動向，及時用對講機指揮機械操作員進退。機械作業時，在其回旋半徑內不得有人員作業。機械禁止在有地下管線處作業，如果一定要作業時，必須在地面墊2～3 cm的整塊鋼板或走道板，保護地下管線安全。機械拆除在分段切割時，必須確保未拆除部分結構的整體完整和穩定。

5）在機械進行房屋拆除施工時，要做到一邊拆除一邊用灑水車灑水，將機械施工作業面澆滑澆透，盡可能使工地不發生揚塵現象。如遇灑水車車內水用完，則機械停止拆除，待灑水車注滿水后繼續施工。如揚塵大，則需停止施工直至無揚塵。

4 效益分析

4.1 社會效益

本技術解決了管桁架鋼結構切割吊裝拆除復雜難題、高空高溫拆除時的人員作業安全隱患較大難題、電焊切割工效低等問題，是一種高效、安全、機械代替人員拆除作業的新型技術方法。

利用本技術，不僅可以保證管桁架鋼結構屋蓋整體液壓剪拆除施工質量，還能提高施工效率，大大縮短工期，減少高空高溫作業的安全隱患，減少勞動力投入，而且符合國家的環保節地政策，在管桁架屋蓋整體拆除中的安全方面具有極好的推廣價值。

4.2 經濟效益

本技術在南京祿口國際機場T1航站樓改擴建工程和南京祿口國際機場T1北指廊拆除工程中成功運用，提前1個月完成了管桁架鋼結構屋蓋拆除，節省了機械租賃和項目管理成本，得到建設單位、監理單位、設計單位的一致好評。同時工字鋼定位架、澆搗架等都可以周轉利用，綠色施工，符合創建節約型工地的要求。綜合上述情況，該技術的成功實施可帶來經濟效益約299.5萬元。

5 結語

管桁架鋼結構屋蓋整體液壓剪切拆除施工技術采用大型長臂挖機＋鋼筋雙杠液壓剪組成一體化剪切拆除工具進行拆除，拆除前利用SAP2000有限元模擬軟件對整個模型進行拆除工況分析，確定剪切順序。

本文對南京祿口國際機場T1航站樓北指廊鋼結構屋蓋拆除的實施過程進行了分析和探究，實踐證明，本技術解決了管桁架鋼結構切割吊裝拆除煩瑣復雜難題、高空高溫拆除時的人員作業安全隱患較大難題、電焊切割工效低等問題，是一種高效、安全、機械代替人員拆除作業的新型技術方法。

與其他類似施工工藝相比，本技術具有機械化程度高、安全隱患低、施工高效、性價比更優等特點，適用于管桁架鋼結構屋蓋的大型場館和航站樓指（連）廊中或一些管桁架廠房中，具有良好的推廣應用價值。