81 米亞洲第一單體超大跨度鋼結構廊橋整體提升施工關鍵技術

沙峰峰，朱偉明，焦國民，彭 平，胡倩茜

（1.江蘇省建筑工程集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇省建筑工程集團有限公司，江蘇 南京 210000；3.蘇州環秀湖旅游發展有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著公共建筑的高速發展，鋼結構與鋼筋混凝土結構由于都具有本身較為明顯的優勢，為滿足建筑設計美觀與結構安全性，常常會將兩種新的結構形式相組合，將空中鋼結構連廊作為連接相鄰兩座鋼筋混凝土塔樓的建筑形態就是典型的組合結構形式。蘇州陽澄湖景區配套酒店項目作為蘇州市相城區標志性的建筑工程，鋼廊橋也被應用其中，作為亞洲第一單體的鋼連廊，不管是在結構本身跨度、重量以及提升高度，對傳統的鋼結構連廊施工來說，無疑是較大的挑戰。因此，在汲取類似工程施工經驗后總結出錯位整體地面拼裝技術、液壓提升滑移技術、高精度計算機輔助控制技術［1］，在滿足實際施工要求的同時，能夠有效提升高空大跨度鋼結構的安全性，取得了顯著的經濟效益和社會效益［2］。

1 工程概況

蘇州陽澄湖景區配套酒店項目位于蘇州市相城區相融路西側，背靠環秀湖，地理位置優越。建筑總用地面積：164 832 m2；占地面積：31 652 m2；總建筑面積：105 779 m2；其中地上建筑面積 197 730 m2，地下建筑面積 108 178 m2，項目效果圖如圖 1 所示。

圖1 蘇州陽澄湖景區配套酒店項目效果圖

兩棟塔樓頂部通過廊橋連接，如圖 2 所示，其中鋼連廊的寬度為 22 m，跨度 81 m；其底部標高+79.7 m，頂部標高+94.75 m；桁架結構由 4 榀主桁架及次聯系結構組成，自身高度 16.18 m，提升重量 2 600 t，屬于全國最大跨度的鋼結構吊掛式連廊。

圖2 蘇州陽澄湖景區配套酒店項目效果圖

2 工藝特點

由于工程中的鋼結構連廊超大跨度、超高安裝高度、超大噸位對其在施工過程中的地面拼裝、液壓提升、高空對接安裝提出了巨大的挑戰，針對施工過程中的重難點，采用 10 個 TJJ-5000 型液壓提升器和 10 個 TJG-1000 型液壓爬行器，配備 1 臺 YT-1 型計算機同步輔助控制，各臺液壓提升器配備一套行程傳感器進行監測，保證其工作過程中位移的同一致性。鋼連廊經過提升、滑移、下降后，使得廊橋落在鋼支座上。計算機控制技術可對鋼結構廊橋安裝過程提供精度調整、應力應變控制、過程記錄等全方位功能需求［3］。運用 BIM 技術對鋼結構廊橋進行深化設計，可以真實地模擬其從地面拼裝、提升、滑移、對接等施工過程，起到指導現場施工的作用。

3 工藝原理

考慮到超大跨度鋼結構廊橋整體提升施工難度大，其中鋼結構拼裝、提升方案、精度控制這三大方面最為重要。經過專家對各種施工方案的必選，最終采用地面整體錯位拼裝技術、液壓同步提升滑移技術和計算機高精度同步輔助控制技術來滿足本工程的施工要求。

3.1 地面整體錯位拼裝技術

鋼連廊的地面拼裝，考慮到原位拼裝提升與鋼支腿相碰，故需在地面錯位拼裝［4］，結合鋼支腿的寬度，需錯位 2.0 m 在胎架上進行拼裝，胎架布置完成，開始主體結構拼裝，在胎架上按空中廊橋的主控尺寸的正投影地面位置，向東側偏離 2.0 m 定位，安裝 79.7 m 平面梁。因 79.7 m 框架非主要受力梁，主要受力為上部桁架梁，為了減少底部梁應力，分段點采取臨時固定后焊接，后焊點在試提升卸載后進行焊接。后焊點如圖 3 所示的 4 個圈點部位。

圖3 79.7 m 層后焊點布置圖

3.2 液壓同步提升滑移技術

鋼連廊采用 10 個 TJJ-5000 型液壓提升器作為提升設備，液壓提升器為穿芯式結構，中間穿鋼絞線，兩端有主動錨具，利用鍥形錨片的逆向運動自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升，可將主體結構提升至原設計標高以上的位置，再通過 TJG-1000 型液壓爬行器對整體施加水平力，實現鋼連廊頂推至設計水平位置，最后將結構整體下降至設計標高，此時鋼連廊落在鋼支座上，即完成了鋼結構的提升作業［5］，液壓提升詳細原理如圖 4 所示。

3.3 計算機高精度同步輔助控制技術

整個過程通過傳感器監測數據，并反饋至集中控制系統，控制系統對數據進行處理與分析，可發出指令來指導鋼連廊提升過程。

鋼結構廊橋的提升過程分三級進行控制：CAN 總線控制→主控制器→液壓提升器，實現每一級的獨立控制，從而達到實時監控與高精度控制的效果。

圖4 液壓提升詳細原理圖

現場技術人員在控制室通過中央控制系統遠程對液壓提升器發出指令，同時中央控制系統帶有可視化界面，方便技術人員觀察數據變化。計算機高精度同步輔助控制技術可對鋼結構廊橋提升過程的自動及手動控制與單臺提升器的獨立微調操作。

4 工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工準備→胎架布置安裝→鋼結構拼裝、焊接→提升吊點設置→液壓提升設備安裝→鋼結構廊橋預提升→姿態動作檢測及校正→鋼結構廊橋提升→微調→高空滑移→鋼廊橋支座端就位→拆除提升系統、控制系統等。

4.2 操作要點

4.2.1 胎架布置安裝

在本區域所有地下有柱的位置頂端預埋埋件，橫向 4 道鋼梁采用工字鋼 500×158×12×20 雙拼在預埋件上安裝焊接布置，有勁性柱超出地面的與勁性柱（報告廳勁性柱）直接焊接固定，有負下區域的采取直徑 245 mm 的鋼管做立柱進行頂撐，兩端靠近A/B主樓結構是空洞，在 17 軸和 26 軸的 8 根主立柱側面預埋鋼牛腿，上方各橫擔 800×300×14×26H 型鋼，與工字鋼500×158×12×20 的雙拼梁連接，有效將空中連廊的重量通過加固梁傳至地下立柱。

拼裝區域采用 H 型鋼梁及雙拼工字鋼梁架空做法，局部降板位置采用鋼立柱。鋼立柱及鋼梁受力點均作用在地庫混凝土柱頭位置。

4.2.2 鋼結構拼裝、焊接

鋼廊橋為 A、B 樓之間鋼桁架廊橋結構，鋼桁架廊橋頂標高 94.75 m，底標高 79.7 m，高度為 16.18 m。長度 81 m、寬度 22 m。本結構由 4 榀主鋼桁架與箱型梁及 H 型鋼梁組成，總重約 2 600 t。由于單根主構件較重，分段現場組拼無法運輸，故采取單根構件進場，利用 200 t 履帶吊現場組拼。

1）在 4 根加固梁雙拼工字鋼 500×158×12×20上方安裝 10 根輔助廊橋結構安裝的擱置梁 HN700× 3 0 0×1 3×2 4，位置根據主梁分段位置確定，便于 79.7 m 面主梁、次梁拼裝。

2）在擱置梁上進行拼裝，先安裝 79.7 m 面的主梁，再安裝次梁。拼裝需在原位的基礎上偏東側 1.5 m 進行，特別是主梁兩端的底平面必須在同一水平標高位置，確保提升就位與支座的緊密配合。

3）在擱置梁 HN700×300×13×24 上安裝輔助胎架，主要為了輔助中間兩榀桁架梁的安裝，其水平頂高度必須與兩側桁架梁底標高一致。2 層胎架必須要保證自身結構的穩定性，連接胎架之間的斜撐和連系梁。

4）在主橫梁上安裝立柱（主桁架梁下方的吊掛柱），立柱需定位準確，左右前后垂直偏差在規范允許范圍內。

5）安裝 2 層梁實際為 87.75 m 標高的主次梁，先拼裝主梁再拼裝次梁，必須保證 4 根主梁的兩端下部在同一水平標高，同時與下部主梁垂直。

6）2 層柱（87.75～94.75 m 之間立柱）安裝需及時安裝柱間的斜撐，確保每個立柱的穩定。垂直度＜2 mm。

7）安裝 3 層主次梁（94.75 m），必須保證 4 根主梁的兩端下部在同一水平標高，同時與下部主梁垂直。

8）安裝 2 層斜撐梁，拼裝必須要主框架梁完成，斜撐梁與主框架梁之間的切口需順滑，端面齊整，現場拼裝完成，如圖 5 所示。

圖5 2 層斜撐梁安裝

桁架與連系梁組裝完成后，復測幾何尺寸，無誤后開始焊接。焊接時必須按照焊接工藝要求對稱施焊，探傷合格后進行驗收交接，進行油漆補涂和防火涂料施工。

4.2.3 提升吊點設置

1）廊橋提升吊點設置總體原則。桁架結構提升吊點的設置以盡量接近結構原有受力體系為原則，但桁架安裝提升工況與結構設計工況有一定區別，加之桁架結構投影面積較大、承受原結構自重荷載的支座較多，考慮到提升方案的經濟性指標，在保證提升安全的情況下，盡量減少提升吊點的數量和提升臨時設施的用鋼量。廊橋提升共設置 10 個提升吊點。

2）廊橋提升吊點的布置。桁架結構提升吊點的設置需同時兼顧經濟性、安全性的要求，經過對架結構建模分析，反復比對各種吊點設置情況，利用 SAP2000 軟件對提升工況的反復模擬分析得出提升吊點的布置方案，綜合考慮桁架結構安裝的安全性和經濟性因素，確定較優的提升吊點布置方案。

4.2.4 液壓提升設備安裝

1）液壓提升器。吊機將每臺提升器（含導向架）分別吊裝在各吊點位置，依液壓鎖方位來調整放置角度，便于與液壓泵站之間的油管裝拆。焊機配合用壓板將提升器臨時焊接固定于上吊點平臺，每臺提升器底部采用 4 塊壓板固定，如圖 6 所示。

圖6 液壓提升器固定示意圖（每提升器 4 塊，對稱布置）（單位：mm）

2）承重鋼絞線。鋼絞線的安裝根據實際情況選取不同的方法，鋼絞線穿過提升器下端并與底錨固定。

3）導向架。導向架位于液壓提升器附近，其頂部的橫桿高于天錨高約 1.5～2 m（總高約 3.5 m），偏離提升器 0.4 m 為宜，保證鋼絞線垂直導出，延導向架順利移動。

4）液壓管路的連接。管路連接順序由低往高，逐根進行。取下油管接頭內部原有的墊圈與對接頭的 O 形圈連接。

5）液壓泵源系統連接。泵源布置以靠近提升器為原則，使提升器與泵源間的液壓油管盡可能短，具體布置依據場地情況。

6）計算機同步控制系統的布置。型號為 YT-1 型的同步控制系統布置時盡可能與液壓提升器和泵源系統相接近，需置于可避雨且安靜的環境內。

4.2.5 鋼結構廊橋預提升

預提升過程可模擬后期正式提升時的工況，保證施工安全性。

依托于計算機全仿真得到的各吊點的提升反力值，采用逐級加載，首先以每級為 20 % 的增幅，由 20 %～ 60 %；再以 10 % 的增幅加載至 80 %；確認正常后，最后以 5 % 的增幅加載至 100 %，此時鋼桁架已脫離臨時支撐胎架，如圖 7 所示。

圖7 鋼結構預提升

持載過程要對各吊點、鋼連廊的變形、相鄰塔樓的穩定性進行監測與觀察，所有數據正常的情況下，方可繼續加載。

4.2.6 姿態動作檢測及校正

用全站儀測量各吊點與地面的垂直高度，并得到各吊點的相對高差。通過提升器來調整各吊點的相對差，保證鋼連廊進入設計姿態，如圖 8 所示。

圖8 姿態檢測

4.2.7 鋼結構廊橋提升

姿態調整后的位置為初始提升點，位移傳感器恢復到初始位置，提升鋼連廊至設計標高處［6］。

4.2.8 微調

計算機同步控制系統改為手動模式后，通過調節安裝在每個吊點的液壓提升器來實現整個鋼廊橋的微調，由于提升器的提升高度控制精度能達到 0.001 m，因此可以完全滿足空中姿態調整與后期桿件安裝的微調。

4.2.9 高空滑移

啟動液壓爬行器，使得連廊沿著軸線被頂推至設計水平面。

4.2.10 鋼廊橋支座端就位

在鋼廊橋到達設計標高的 500 mm 位置時，提升過程暫停，改為各吊點的微調，使得鋼連廊平穩地落在支座上，這時仍保持空中姿態，待完成后期各桿件的焊接安裝后，對提升系統進行卸載減壓，鋼絞線最終達到完全松弛的狀態。鋼廊橋的安裝則結束，如圖 9 所示。

圖9 鋼連廊安裝就位

5 結論

1）大跨度鋼架連廊為滿足后期提升滑移施工的需求，采用地面整體錯位拼裝作業，施工效率較高，質量易于保證。

2）與同類大跨鋼連廊的先提升至設計標高，再進行端部高空對焊的施工技術，本技術采用先提升后滑移的過程，可有效降低高空的作業時間與作業量，并且安裝效率可提升 3 倍以上。

3）采用“液壓同步提升施工技術”吊裝大跨度鋼架連廊，技術較為先進，安全性有保證；同時，為大跨度鋼架連廊提升滑移的施工應用提供參考。Q