采用液壓千斤頂分級同步卸載工藝的實踐應用

楊雪坡，李兆準，孫俊峰，朱學藝，郭 營

（中機建（上海）鋼結構股份有限公司，上海 200001）

為解決懸挑結構卸載過程局部受力過大出現事故，同時為驗證分級同步卸載工藝在工程中的安全及實用性,對同類工廠提供數據參考。

1 項目簡介

地上輔樓大懸挑,位于主體結構西北側,下方為運行中的地鐵線路，采用桁架結構懸挑寬度55 m，總懸挑長度27.7 m,總高度21.2 m。鋼梁材質主要為Q355B和Q355GJB，大懸挑結構用鋼量約1 500 t。

本項目懸挑結構施工階段設置六組綴條型格構柱組成支撐體系（圖1）,其ABCD支撐設置在地鐵頂板橫梁上，EF支撐設置在輔樓地下室頂板及地下連續(xù)墻上。為保護地鐵車站主體,采用分級同步卸載通過控制每步的卸載量,最大程度減少地鐵頂板受力,以達到保護地鐵的目的。

圖1 項目施工階段圖

2 分級同步卸載的特點

通過Midas軟件將每個支撐點的最大頂升力和最大卸載量計算出，通過此方式選配合適噸位的液壓千斤頂、設計卸載工裝（圖2）、設計分級卸載次數等。同時通過對卸載工裝的優(yōu)化設計，保證卸載支點的主體鋼結構在卸載過程，在受控狀態(tài)下既能夠實現豎直下降，又能實現水平位移的釋放，工裝只是上下移動不存在水平位移，結構與工裝之間通過PTFE板和不銹鋼板進行滑動保證卸載過程中的臨時支撐與主體鋼結構的安全，并能夠在受控狀態(tài)下實現主體結構的受力體系的轉換。

3 卸載的工藝及流程

3.1 卸載工藝

在每個卸載點布置一臺200 t液壓千斤頂，通過控制多個液壓千斤頂，實現分級同步卸載的目的。同時為保護地鐵風井及地鐵頂板結構，避免在卸載過程中單點受力過大造成結構的破壞，經計算優(yōu)化卸載順序和卸載量，卸載過程共分為三個循環(huán)，每個循環(huán)首先卸載靠內側的支撐，然后同步卸載外側的支撐。各支撐點最大豎向位移值和每一循環(huán)的計劃卸載量如表1：

表1 各支撐分步卸載量

3.2 卸載部署

在支撐頂部設置千斤頂，通過油管與泵站分別連接。1#泵站控制支撐B和支撐D的卸載千斤頂，2#泵站控制支撐A和支撐C的卸載千斤頂，3#泵站控制支撐E和支撐F的卸載千斤頂。在限位柱側面粘貼刻度尺以便時刻關注卸載量，并通過支撐應力監(jiān)測儀測定出千斤頂受力。在卸載中首先通過千斤頂加壓使抄墊板松動，根據模擬計算的卸載量，替換薄型墊板，其總體抄墊替換原則如下：

當卸載量≤5 mm時，抽掉原10 mm抄墊，替換2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm。

當卸載量＞5 mm且≤10 mm時，抽掉原20 mm抄墊，替換10 mm+2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm后抽掉10 mm抄墊，再次卸載5 mm。

當卸載量＞10 mm時，抽掉原20 mm抄墊，替換10 mm+2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm后抽掉10 mm抄墊，再次卸載5 mm，后續(xù)卸載原則依據卸載量≤5 mm時操作。

3.3 卸載流程

3.3.1 卸載步驟一

首先需完成受力體系轉換，B支撐和D支撐分別抽出10 mm抄墊板，換入2 mm×2+1 mm×1抄墊板。A支撐C支撐E支撐分別抽出20 mm抄墊板，換入10 mm+2 mm×2+1 mm×1。執(zhí)行卸載步驟1-1,支撐B和支撐D回落5 mm，卸載完成軸壓力分別為167.9 KN、-555.6 KN。之后執(zhí)行卸載步驟1-2，外側支撐ACEF分別回落10 mm、10 mm、10 mm、5 mm，控制其卸載完成軸壓力分別為297.8 KN、605.9 KN、374.6 KN、298.7 KN。

3.3.2 卸載步驟二

在第一個卸載循環(huán)完成后,檢查主體結構無異常后,開始第二卸載循環(huán)。首先執(zhí)行卸載步驟2-1，同時回落支撐B和D的液壓千斤頂,卸載量分別為9 mm、15 mm，此操作完成后B支撐已和主結構脫離，處于不受力狀態(tài)，D支撐軸壓力為711KN。之后執(zhí)行卸載步驟2-2，同時回落支撐A、C、E、F液壓千斤頂，卸載量分別為15 mm、15 mm、14 mm、12 mm，控制其卸載完成軸壓力分別為332.7 KN、650.5 KN、0 KN、0 KN。此時支撐E和支撐F已和主結構脫離，處于不受力狀態(tài)。

3.3.3 卸載步驟三

在第二個卸載循環(huán)完成后，再次檢查主體結構無異常后開始第三個卸載循環(huán)。首先執(zhí)行卸載步驟3-1，回落支撐D液壓千斤頂,卸載量為10 mm，此時支撐B、D、E、F均已和主結構脫離。隨后執(zhí)行卸載步驟3-2，回落支撐A、支撐C的液壓千斤頂，卸載量分別4 mm、12 mm，并與主結脫離卸載完成。

4 卸載過程中可能遇到的問題及處理措施

4.1 動力故障

千斤頂未能提供預測的頂升力或者千斤頂油路不暢,需更換千斤頂或更換油管。

4.2 計算差異

頂升過程中頂起2 mm個別卸載點墊片與結構表面未脫離，需確認是否繼續(xù)頂升或敲出墊片；卸載過程中未達到卸載量單點失去支撐力，需回頂一次接觸為止，隨下步卸載至再次脫離為止；卸載過程中達到計算位移量單點支撐力仍然較大時，需全面檢查結構狀態(tài)，確定是否繼續(xù)卸載或給定下一個位移值，修正卸載順序；卸載中支撐小立柱水平位移過大與擋板沖突，需割除擋板繼續(xù)卸載并實時監(jiān)控；卸載過程中主體結構應力監(jiān)測點局部應力過大，需立即暫停卸載與設計方研究卸載方案和加固方案。

4.3 結構變形

鋼結構主體出現異常響聲，需暫停卸載對出現異常部位進行檢查，確認無誤后繼續(xù)卸載，否則進行加固處理。

4.4 支撐體系變形

支撐體系變形過大，需調整千斤頂位置確保最小的偏心作用，調整臨近的千斤頂頂升力，加固支撐。

4.5 氣候異常

出現惡劣天氣需立即停止卸載，用墊片將支撐點楔緊使各點保持到原支撐狀態(tài)。

4.6 電力故障

突發(fā)停電，需立即停止卸載用墊片將支撐點楔緊使各點保持到原支撐狀態(tài)，查明原因緊急搶修。

5 分級同步卸載安全措施

卸載時要統(tǒng)一指揮保證卸載同步，并且嚴格按照分批和分級大小進行，在卸載全過程進行監(jiān)測并與計算結果對照。

卸載前應監(jiān)測溫度對支撐結構影響及規(guī)律，預先計算好支撐點處的鋼結構變形量，檢查千斤頂的下降行程量是否符合該點撓度值的要求，以便確定液壓千斤頂的行程，計算千斤頂行程時需同時考慮由于支撐下沉而引起行程增大的值，如變形量超出千斤頂的最大行程，則要在卸載過程中更換千斤頂，或者卸載到一定的位置時，待更換千斤頂位置后繼續(xù)卸載。

整個卸載過程在現場負責人統(tǒng)一指揮下進行，操作人員要明確各自崗位職責，發(fā)現問題及時報告，卸載應配備通訊設備，如果出現卸載不同步或卸載不到位等現象由總指揮統(tǒng)一處理。卸載過程中嚴格進行位移監(jiān)測應力監(jiān)測，如發(fā)現位移偏差和應力數據超過施工驗算數據，立即停止卸載。

必須保證現場負責人、監(jiān)理安全管理人員都在現場及現場安全防護措施齊全監(jiān)護人員到位，以確保盡快及時處理各類問題。

在卸載之前需要清理結構上的雜物和無關荷載，在施工過程中，鋼結構施工范圍不得進行其他的作業(yè)。

6 通過Midas軟件計算卸載過程中的結構應力及結構變形量

6.1 懸挑結構在施工各階段變形情況

主結構安裝完成,卸載前主結構變形量:Dx最大為-8 mm,Dy最大為-9 mm,Dz最大為-37 mm。

主結構安裝完成，卸載后主結構變形量：Dx最大-19 mm，Dy最大-13 mm，桁架豎向最大變形-37 mm。

6.2 懸挑結構在施工各階段應力情況

主結構安裝完成,卸載前主結構最大組合應力-52.1 MPa。主結構安裝完成，卸載后主結構最大組合應力150 MPa。

7 卸載過程中同步變形及應力監(jiān)測

7.1 分級同步卸載過程變形監(jiān)測

分級同步卸載另外一個關鍵要點就是測量工作，每一階段，每一步卸載完成后需要對懸挑桁架進行整體測量。測量員將數據反饋辦公室，技術信息中心進行數據分析，與設計值進行數據對比分析。符合設計計算值后，進行下一階段下一步的操作。

7.2 分級同步卸載應力監(jiān)測

同步卸載過程中，設置應力監(jiān)測系統(tǒng)進行桁架全卸載周期的應力監(jiān)測工作，通過此應力監(jiān)測，確保了全周期卸載過程中結構應力不超設計值，滿足結構質量和設計要求。

7.2.1 監(jiān)測點優(yōu)化布設的原則

應能反映懸挑鋼結構的結構形態(tài)和關鍵構件的應力變化情況，應易于布設，施測方便，以充分發(fā)揮施工監(jiān)測精度高、速度快、及時指導決策的作用。

7.2.2 測點選擇原則

依據杭州中心懸挑區(qū)鋼結構施工過程計算書與結構設計計算書，確定監(jiān)測桿件或部位，選擇主結構和支撐中應力較大和位移較大的區(qū)域；臨時支撐的監(jiān)測點布置在傳力相對集中的構件處。

7.2.3 監(jiān)測總體原則

監(jiān)測施工過程中各安裝階段監(jiān)測點位移和應力數據，并與理論施工階段分析進行比對，以保證地鐵車站主體及支撐體系整體穩(wěn)定，內力狀態(tài)符合設計及相關規(guī)范規(guī)程要求。

7.2.4 變形監(jiān)測的頻率

懸挑區(qū)鋼結構卸載時，應每個卸載流程各觀測1次，并填寫記錄表。當地鐵車站主體或主結構及格構柱支撐觀測過程中出現異常，立即啟動實施安全預案，采用暫停施工、調整卸載量等降低支撐受力的措施，確保不超過地鐵上方允許的最大承載，并應增加監(jiān)測頻率和內容。

8 分級同步卸載實施結果

8.1 主體結構應力監(jiān)測情況

在結構卸載完成后，主體結構應力最大累計變化量為-20.81 MPa，測點為YB-XT-HJ7-2-B；卸載階段最大變化量為-3.55 MPa，測點為YB-XT-HJ7-1-A，累計變化量小于設計控制標準值，無報警情況。

8.2 主體結構位移監(jiān)測情況

通過卸載階段對懸挑主體結構的持續(xù)測量監(jiān)測，主體懸挑結構豎向最大位移-6 mm，測定位置在HJ6上中下三個測點，X向最大水平位移13 mm，Y向最大水平位移-12 mm，變形量均未超過卸載前的計算值。

9 結語

綜上，卸載完成后結合應力及位移數據和本項目地鐵周邊監(jiān)測表明，分級同步卸載過程的模擬計算與實際施工狀態(tài)基本相符，地鐵主體沉降與項目安評報告吻合，支撐體系及主體結構受力轉換穩(wěn)定結構未出現異常情況，采用的卸載技術安全可靠，滿足施工作業(yè)需求，可為之后類似工程提供借鑒。