大型鋼結構滑移過程多點水平同步牽引施工技術分析

朱 丁 邢濟岐 徐飛飛 楊梓涵 李浩楠

大型鋼結構在施工過程中的難度較大，對質量與安全要求較高，采用常規起重設備會增加吊裝難度。為確保大型鋼結構施工活動能夠順利進行，必須結合項目實際情況，采取滑移施工技術，并通過大型鋼結構滑移過程多點水平同步牽引施工技術的應用，有效控制施工質量與效率，滿足項目工程施工的實際需求。

1 工程概述

西安市兒童醫院經開院區項目位于西安市經開區尚稷路與草灘八路十字東北角處，工程由2#門診樓、4-1#門診急診樓、3-1#住院樓、3-2#住院樓、3-5#醫技樓及7-1#地下車庫組成，占地面積133 333 m2，建筑面積20.48 萬m2，合同金額13.7 億元。其中，3-1#、3-2#住院樓之間有一個跨度24.3 m、高12.6 m、自重達200 t 的鋼結構大連廊。為確保鋼結構大連廊滑移施工的安全與穩定，采取同步牽引施工技術，下面對同步牽引施工技術的應用展開分析。

2 滑移施工方案

大型鋼結構桁架滑移所采取的施工工藝為“整體累計滑移”，在工藝確定前要按照桁架結構布置特征及滑移施工工藝要求進行仔細分析。拼接完成1 跨與2 跨后，整體向前滑移，在滑移到指定位置后開始拼裝第3 跨與第2 跨，以此類推進行整體滑移施工。在滑移區拼裝完成的主、次桁架可以按照“液壓同步頂推滑移”系統進行整體滑移。液壓頂推器是液壓同步頂推滑移技術所采用的滑移驅動設備。液壓頂推器在設計時，所采用的方案為組合式設計，后部為頂緊裝置，前部為銷軸與連接耳板，要求分別與滑道、被推移結構相連接，驅動頂推力由中間的主液壓缸產生[1]。

鋼結構在滑移過程中由于鋼結構的重量達到200 t，且跨度較大，滑移單元很容易受到牽引力不均勻及滑移位置不同步的影響發生單元偏扭。主桁架底部為頂推位置，主桁架上部節點會受到頂推力的影響產生彎矩，影響主桁架結構的穩定性[2]。因此，在滑移施工過程中必須對牽引力進行合理控制，且要合理確定拉索的預應力，確保滑移施工過程中結構的安全與穩定[3]。

3 滑移過程導致不同步的影響因素

3.1 牽引力的影響

鋼結構滑移時受到的力較多，有豎向方向的自重荷載、支座反力、頂推器的牽引力、滑靴與制作之間的摩擦力、不同步位移產生的內力等[4]。滑移工程中當牽引力F1、F2不均時就會讓位移不同步產生偏轉，對鋼結構產生附加力矩M。M與牽引力的差值、滑動摩擦系數、自身重量、鋼結構參數跨度等有關，當附加力矩M由牽引力產值產生時，與水平推力R形成平衡力矩[5]。ΔF為牽引力的不均勻差值，ΔF與R呈正比，在同步滑移過程中支座壓力增加，滑移會受到影響。

3.2 索預應力的影響

鋼結構的滑移全過程相對復雜，不同工況各點的應力也會發生一些變化，結構內部則會受到影響，會在桿件上產生附加力。主桁架會受到副桁架、檁條等影響，讓其穩定性下降，導致滑移過程出現不同步情況。

4 大型鋼結構滑移過程多點水平同步牽引施工技術控制要點

4.1 做好準備工作

連廊鋼結構拼裝在其安裝投影面的1層混凝土樓面上，拼裝時用2 臺70 t 履帶式起重機，在場外構件倒運使用1 臺100 t 履帶式起重機。為滿足構件堆放與起重機行走等需求，要求能通過專門的設計與計算，對拼裝場地進行加固，為開展拼裝工作奠定基礎。

桁架設置在安裝分段位置，是由于斜腹桿難以在之前施工環節進行完全安裝；主桁架下弦桿在分段處處于懸臂狀態，局部節點會在整個提升過程中出現強度不足、端部變形過大等情況。要對下弦桿吊點位置與斜腹桿分段進行連接加固，使用的方式為臨時加固桿，相鄰各層節點可以有來自下吊點的反力，同時也能讓端部具有良好的抗彎剛度。

4.2 豎向液壓提升平臺制作

三腿支撐式液壓平臺的焊接固定點可使用環形抱柱，液壓提升吊點平面布置如圖1 所示。采用坡口焊焊接H 型鋼兩端，周圈滿焊，焊工必須持證上崗。

圖1 液壓提升吊點平面布置（來源：作者自繪）

4.3 設備安裝及調試

在提前制作好的三腿支撐式鋼平臺上安裝液壓提升設備，將鋼絲繩穿好，并與液壓提升泵站及液壓提升控制系統進行連接，連接完成后按照要求進行調試，確保設備安全可靠。本項目運用的設備工具包括TLJ-600 液壓提升器、TLHPS60 液壓泵源系統、TL-CS 11.2 同步控制系統、液壓油管及TL-SL 傳感器等。

4.4 提升臨時措施的設置

本項目中同步提升設備的安裝十分重要，關系整個施工過程的安全與穩定。上吊點需合理安置，并將提升設備設置在上吊點上。整體提升結構可使用專用鋼絞線提升到上吊點，并與下吊點連接起來。支撐平臺使用塔樓上面部分的鋼桁架，將提升平臺安置在鋼桁架上，并添加臨時支撐。在提升平臺上設置整體提升的上吊點，在提升結構主桁架的上弦桿上設置下吊點。

4.5 同步吊點設置

本項目總共有6 組吊點，液壓提升器為6 臺。將一套同步傳感器設置在液壓提升器各處，同步測量吊裝過程中液壓提升器的位移。計算過程中可以使用SAPA 2000 軟件，確保計算的精準性與可靠性。鋼連廊總重為200 t，豎向約束及水平向的彈簧約束在吊點位置施加，彈簧剛度取值為0.001 kN/mm；恒荷載分項系數、動力系數、綜合桁架提升時荷載分項系數分別為1.5、1.15、1.5。

提升上吊點的設置：提升平臺選擇的平臺梁截面形式為B450×450×20 的箱型梁，立柱及斜支撐截面形式、拉缸截面形式分別為H450×450×18×20 的H型鋼與H400×400×20×20的H型鋼。提升下吊點的設置：拼裝完整的結構可以采用整體提升法，結構自重產生的豎向荷載是其承擔的主要荷載。在主桁架上弦桿翼緣上設置下吊點，專用的吊裝工具設置在上弦桿提升中心的位置。

4.6 拼裝及試提升

整個鋼結構可以分為兩層，吊裝與滑移需分段進行，在完成拼裝后可以整體提升。在第一段滑到設計位置后，要進行穩定提升，提升到第2 段頂標高處，為保證提升的有效性需留出足夠的空間，然后再將第2 段滑移至其正下方。在對提升進行測量與矯正之后開展拼裝與焊接工作，一級焊縫100%探傷檢測必須嚴格按照操作標準執行，在檢測符合要求后要試提升20 ～30 cm。

4.7 桁架控制

在牽引過程中要做好桁架控制，尤其在啟動與停止階段，張弦桁架間只有次桁架與檁條進行連接，下弦桿件位于中間區域，無法受到有效約束，且張拉索的跨度較大，具有較高的張弦桁架，兩邊牽引速度無法同步，就會引起桁架變形。所以為避免桁架發生變形，需做好桁架控制：對滑道進行嚴格控制，在施工結束后在滑道上涂抹黃油；為確保牽引的同步和負載均衡，可以使用計算器智能控制系統，提升控制精準度，降低位移偏差。

4.8 落地端滑移控制

提升過程中需做好落地端滑移控制。在主桁架提升過程中，當地端發生不動的情況時，就會讓鋼絞索出現偏斜，水平分力會在主桁架部分產生，可以讓主桁架繼續水平平移。摩擦阻力與水平分力呈正比，提升裝置的承重部件會受到影響。將滑移裝置設置在主桁架落地端，以此減小摩擦阻力，確保主桁架提升的穩定性與可靠性。滑移導軌、滑移拖板等共同組成滑移裝置，滑移拖板的材料為不銹鋼板，厚度為20 mm。在整個主桁架提升過程中，對垂直偏角進行有效控制，要求垂直偏角≤2°，垂直偏角需使用經緯儀進行監測，主桁架落地端的水平滑移位置需根據垂直偏角的大小與方向進行調整。

5 監測及質量控制要點

5.1 監測要點

整個滑移施工全過程相對比較復雜，振動由各種因素引起，從而讓主桁架發生變形，影響跨中撓度。所以對于跨中撓度的監測十分必要，能判斷主桁架結構在滑移過程中的受力狀態。監測結構單榀跨中下弦點位置，高差變化需依據施工過程進行確定，對測點撓度的變化進行科學計算；對水平推力進行監測，可以將電阻應變片貼在導向輪支架上，并且接入應變測試系統對水平推力進行監測。

使用傳感器對變形、受力狀態等進行監測，要求傳感器具有較小的體積與較高的靈敏度，滿足監測實際需求，確保監測數據的穩定性與精準度。按照收集到的數據信息，及時對危險位置進行調整，確保施工安全。

5.2 質量控制要點

大型鋼結構滑移過程多點水平同步牽引施工必須做好質量控制，質量控制要點如下。

第一，用測量儀器測量連廊整體的提升高度，在吊點位置布置測量點[6]。第二，各個吊點的初始位置要在正式提升前進行測量，各個吊點的鋼絲繩長度需要根據測量結果利用液壓提升控制系統進行調整，確保各個吊點保持在同一個高度。第三，各吊點的鋼絲繩長度需在每次測量結束后根據結果進行調整，確保各個吊點能保持在同一高度上。第四，在提升就位階段，各個吊點位置在鋼連廊提升至距設計高度約20 cm 左右時要進行對口測量，確保鋼連廊與隔震支座的對口保持精準。第五，為確保滑移施工的安全性與穩定性，當軌道表面出現平整度偏差且偏差值達到20 mm 時，需分析屋蓋的變形與內力；當爬行器失效或發生故障后，滑移會在短時間內出現不同步的情況，當不同步≥30 mm 時需分析屋蓋的變形與內力。第六，在完成主桁架的全部安裝后，需使用全站儀與經緯儀對就位后的精度進行測量，檢測主桁架各個節點在X、Y、Z軸上的坐標值，檢測結果出來后要對比實際值與理論值，詳細記錄二者的偏差，在后續安裝過程中要對照偏差值進行適當調整。第七，大型鋼結構滑移需采用重型軌道。軌道系統可以分為3 種，分別為槽鋼、H 型鋼與鋼軌。本項目選擇的是H 型鋼，適合滑動摩擦與滾動摩擦。為了施工的穩定性與安全性，要求對鋼軌剛度、強度進行驗算，確保各項參數符合實際要求。

6 結語

大型鋼結構滑移過程多點水平同步牽引施工過程中，為實現質量控制，必須嚴格按照施工工藝流程進行施工，做好施工重點環節的監測與質量控制，在提升施工質量與效率的同時，避免發生質量與安全問題。在我國建筑行業的快速發展過程中，各類大型鋼結構建筑不斷出現，大型鋼結構通常采用滑移施工方法進行吊裝，為確保整個施工過程的穩定可靠，要利用多點水平同步牽引施工技術，做好施工全過程的精細化管控，確保滑移施工的有效性。