大跨度超高空間曲面網(wǎng)架屋蓋整體液壓提升技術(shù)研究

張皓，李輝，徐浩峻，李世強(qiáng)

（中建二局第一建筑工程有限公司陜西分公司，西安 710000）

1 引言

大跨度大空間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是通過吊裝作業(yè)、滑移作業(yè)、整體提升等工序?qū)崿F(xiàn)，在實(shí)際施工過程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌事故，或者因局部強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞現(xiàn)象， 還有可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)架架構(gòu)施工完成后與設(shè)計(jì)圖紙存在較大的差異。 對(duì)此，施工人員應(yīng)詳細(xì)地掌握設(shè)計(jì)圖紙及結(jié)構(gòu)性能，選擇合適的施工方法進(jìn)行施工。 本文對(duì)液壓提升施工技術(shù)進(jìn)行分析與研究。

2 工程概況

本文以某大跨度超高空間機(jī)庫工程作為研究案例， 該項(xiàng)目的建筑總面積設(shè)計(jì)為21 836 m2，機(jī)庫建成交付后，能夠同步容納2 架波音747 飛機(jī)進(jìn)行檢修活動(dòng)。 其中，大廳區(qū)域的建筑面積設(shè)計(jì)為13 520 m2，大廳的跨度為148 m，進(jìn)深為90 m。 屋頂結(jié)構(gòu)可劃分為兩部分：一是大廳的屋頂結(jié)構(gòu)，該部分使用3層斜放焊接網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式， 網(wǎng)架的底部支座球節(jié)點(diǎn)的中心位置標(biāo)高為24.500 m；二是屋頂大門桁架結(jié)構(gòu)，該部分設(shè)計(jì)使用的是H 型鋼截面桁架，底部標(biāo)高設(shè)計(jì)為+22.000 m，頂部標(biāo)高為+36.000 m。 這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式屬于我國單跨結(jié)構(gòu)體系中面積最大的一種結(jié)構(gòu)形式。

該項(xiàng)目中的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架與鋼桁架可直接在地面拼裝成型，使用液壓同步進(jìn)行提升，吊運(yùn)至高空環(huán)境中時(shí)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)缺。 在經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，施工單位需要配置4 臺(tái)TJV-30 型液壓泵站， 每種泵站配置2臺(tái)主泵。

3 施工難點(diǎn)分析

該項(xiàng)目存在眾多施工難點(diǎn)，具體分析如下。

1）該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)跨度非常大，單個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量比較重，實(shí)際作業(yè)時(shí)的高度較高，附屬構(gòu)筑物的數(shù)量較多。 大門鋼桁架的跨度設(shè)計(jì)為148 m，屋蓋由鋼材質(zhì)材料加工而成，其質(zhì)量高達(dá)1 720 t，安裝高度約為+22~+36 m；附屬物包括掛架、馬道、屋面插條等。

2）該項(xiàng)目中的支座數(shù)量多，桁架支座部位的反力大。 結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙來看，總計(jì)需要設(shè)置30 個(gè)支座，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的自重影響下，支座的反力最大值為315 kN，中間部位的支座反力為2 506 kN，大門桁架部位的支座反力最大值為5 527 kN。

3）大跨度大門桁架的軸線高，且構(gòu)件的截面尺寸較大，梁體內(nèi)的加勁板數(shù)量較多。 大門部位的桁架軸線高度設(shè)計(jì)為14 m，其截面尺寸為500 mm×800 mm×35 mm，大門部位的掛架軸線高度為2.5 m。

4）結(jié)構(gòu)剛度小。 大門桁架部位的結(jié)構(gòu)體系整體剛度大，但是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體剛度較小。

5）整體結(jié)構(gòu)的焊接點(diǎn)數(shù)量比較多，實(shí)際焊接量大。 大門部位的鋼桁架使用的構(gòu)件全部為H 形截面形式， 結(jié)構(gòu)件應(yīng)分段進(jìn)行安裝，導(dǎo)致安裝作業(yè)量過大。

6）施工質(zhì)量要求非常高。 設(shè)計(jì)圖紙明確要求設(shè)置起拱度，促使每段桁架的支撐點(diǎn)高度保持一致，促使施工難度增大。

4 液壓同步提升系統(tǒng)的設(shè)置

液壓設(shè)備的選擇及布設(shè)必須滿足屋頂鋼結(jié)構(gòu)施工的管理要求，盡可能地保證液壓設(shè)備受力均勻；還應(yīng)該保證每臺(tái)泵站配備的液壓設(shè)備數(shù)量一致，這樣可以提高液壓泵站的施工效率。

4.1 液壓提升器的選擇

該項(xiàng)目中的體育管屋頂部分的質(zhì)量設(shè)計(jì)為340 t， 總計(jì)需要布設(shè)9 個(gè)提升點(diǎn)，通過詳細(xì)的計(jì)算得出，液壓提升設(shè)備的最大負(fù)荷為340/9=37.78 t，所以，施工單位選擇使用選TJJ-600型液壓同步提升器，單臺(tái)提升器的作用能力為60 t，由此可以計(jì)算出提升荷載儲(chǔ)備系數(shù)為60/37.78=1.59， 完全符合施工安全管理的要求。

4.2 泵源系統(tǒng)設(shè)置

該項(xiàng)目需要配備9 臺(tái)提升設(shè)備，每3 臺(tái)提升設(shè)備采用并聯(lián)方式進(jìn)行連接，并配備1 套泵源控制系統(tǒng)，每套泵源控制系統(tǒng)由液壓回路及TJD-15 型泵站構(gòu)成，9 臺(tái)液壓提升設(shè)備則需配置3 套泵源控制系統(tǒng)。 泵源控制系統(tǒng)的作業(yè)原理如圖1 所示。

我縣“漁光互補(bǔ)”光伏發(fā)電項(xiàng)目把漁業(yè)養(yǎng)殖、飼草種植與光伏發(fā)電相結(jié)合，充分利用現(xiàn)有池塘和塘壩資源，較好解決了發(fā)展新能源和大量占用土地的矛盾，同時(shí)極大地提高了水面資源利用效率、單位面積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和土地產(chǎn)出率。

圖1 泵源系統(tǒng)工作原理圖

5 液壓同步提升工藝

5.1 工藝流程

屋蓋結(jié)構(gòu)提升作業(yè)流程為： 屋蓋結(jié)構(gòu)提升技術(shù)參數(shù)計(jì)算→提升支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→制作、 安裝支架→安裝提升系統(tǒng)→調(diào)試提升系統(tǒng)→預(yù)提升作業(yè)→屋蓋結(jié)構(gòu)→提升設(shè)備性能檢查→屋蓋結(jié)構(gòu)提升→空中調(diào)整屋蓋結(jié)構(gòu)→節(jié)點(diǎn)連接及固定→液壓設(shè)備卸載→提升設(shè)備拆除。

5.2 工藝流程的實(shí)施

（1）設(shè)計(jì)人員結(jié)合屋蓋結(jié)構(gòu)的提升點(diǎn)布設(shè)情況，對(duì)提升作業(yè)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[1]，保證提升作業(yè)始終處于安全狀態(tài)，為后期屋蓋結(jié)構(gòu)安裝提供合理的依據(jù)。 （2）直接在地面拼裝屋蓋結(jié)構(gòu)。 （3）將屋蓋結(jié)構(gòu)的牛腿提升就位，提升高度大概為1.5 m。 （4）施工人員安裝液壓提升器、泵源系統(tǒng)。 （5）按照規(guī)范要求連接液壓管路及控制線路。 （6）對(duì)液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 （7）安裝提升吊點(diǎn)。 （8）安裝鋼絞線。 使用鋼絞線連接提升器、提升橫梁。 （9）對(duì)鋼絞線進(jìn)行拉緊，促使吊點(diǎn)受力均勻。（10）屋蓋結(jié)構(gòu)整體提升，提升的高度大概為200 mm。 （11）液壓提升系統(tǒng)暫停運(yùn)行，保證其處于空中回轉(zhuǎn)狀態(tài)。 施工人員觀測(cè)屋蓋結(jié)構(gòu)的吊點(diǎn)與變形狀況， 保證提升設(shè)備運(yùn)行過程中的安全性。 （12）在保證提升系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升施工，將其提升至待安裝部位的附近。 （13）利用提升設(shè)備對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，便于后期三角桁架安裝。 （14）安裝三角桁架及相關(guān)構(gòu)件。 （15）對(duì)液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行卸載，以鋼絞線處于松弛狀態(tài)為合格。 （16）拆除鋼絞線與液壓提升設(shè)備。（17）拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu)。 整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)提升作業(yè)完成。 屋蓋提升作業(yè)的具體情況可如圖2 所示。

圖2 屋蓋提升過程示意圖

6 液壓同步整體提升過程控制

6.1 同步提升控制方法

結(jié)合實(shí)際情況而言，在提升屋蓋結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)與桁架進(jìn)行多點(diǎn)對(duì)接施工，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)于連接質(zhì)量的要求非常高。 所以，為保證屋蓋結(jié)構(gòu)吊裝后不會(huì)出現(xiàn)較大的變形，或結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生永久性的破壞，在實(shí)際施工過程中應(yīng)采取以下控制措施：

1）將屋蓋結(jié)構(gòu)的吊點(diǎn)劃分為3 組，每組的提升設(shè)備以并聯(lián)方式連接；小型屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有4 個(gè)吊點(diǎn)，可將其劃分為2組，每組提升設(shè)備同樣按照并聯(lián)方式連接。

2）為保證施工安全及施工控制的便利性，可將其中一組設(shè)置為主吊點(diǎn)A，剩余兩組則為從令吊點(diǎn)B、C。

3）利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)吊裝作業(yè)進(jìn)行控制，通過從令吊點(diǎn)B、C 的高度差異對(duì)主令吊點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，確保提升作業(yè)過程中吊點(diǎn)始終處于同步提升狀態(tài)， 保證屋蓋結(jié)構(gòu)提升過程中始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.2 同步提升速度

6.3 系統(tǒng)調(diào)試

提升系統(tǒng)安裝完成以后， 應(yīng)嚴(yán)格按照以下流程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試[2-3]。 （1）施工人員嚴(yán)格檢查泵站內(nèi)的控制閥或管道接頭是否存在松動(dòng)現(xiàn)象，并檢查調(diào)壓彈簧的放松狀態(tài)。 （2）檢查泵站的啟動(dòng)柜與提升設(shè)備之間的連接線布設(shè)是否合理。 （3）檢查泵站與提升設(shè)備的油缸連接是否合理。 （4）檢查液壓泵的主軸運(yùn)行方向是否合理。 （5）當(dāng)泵站處于未運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，施工人員可通過操作控制柜中的控制按鈕， 對(duì)電池閥與截止閥的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查。 （6）檢查傳感器的2L、2L-、L+、L 的行程開關(guān)，保證控制柜內(nèi)的信號(hào)燈發(fā)布的信息具備合理性。 （7）提升檢查：泵站的壓力保持在5 MPa 左右；檢查油管連接是否合理；檢查截止閥的截止效果；檢查油缸的伸縮速度。 （8）提升預(yù)加載：壓力應(yīng)保持在2~3 MPa，保證各個(gè)提升設(shè)備的受力均勻。

6.4 分級(jí)加載提升

當(dāng)提升系統(tǒng)檢查合格后，施工人員即可正式進(jìn)行提升施工。 在經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算后，確定液壓設(shè)備的縮缸壓力與伸缸壓力。

屋蓋結(jié)構(gòu)同步提升過程中，兩端的伸缸壓力緩慢地提升，壓力上升依次為20%、40%、待提升作業(yè)穩(wěn)定后，才能夠加載到60%、80%、90%、100%。

6.5 同步提升的監(jiān)測(cè)

1）在同步提升施工時(shí)，可利用控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)提升吊點(diǎn)的荷載變化進(jìn)行觀測(cè)、記錄和分析。

2）利用專用設(shè)備對(duì)提升點(diǎn)的位移量、相鄰吊點(diǎn)的高度差異進(jìn)行對(duì)比和分析。

3）將支撐塔架的變形量與模擬值進(jìn)行對(duì)比和分析。

4）觀察提升設(shè)備、泵站、傳感器的工作狀況。

5）提升設(shè)備具備良好的自鎖性，該特點(diǎn)可有效保證提升作業(yè)的安全性，還能保證構(gòu)件在任意部位實(shí)現(xiàn)鎖定。 在提升過程中，桁架的兩側(cè)應(yīng)設(shè)置穩(wěn)定繩，保證鋼桁架不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，保證整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)提升的穩(wěn)定性。

6）當(dāng)網(wǎng)架達(dá)到整體提升的施工要求以后，應(yīng)分級(jí)對(duì)其加載。 同時(shí)加大提升過程中的觀測(cè)力度，保證技術(shù)參數(shù)滿足實(shí)際作業(yè)的需求，這是保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升作業(yè)安全性的基本要求。

7 結(jié)語

綜上所述， 將液壓整體提升工藝技術(shù)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)屋蓋提升活動(dòng)中，必須保證技術(shù)參數(shù)設(shè)置的合理性，保證提升結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)具備良好的安全性與穩(wěn)定性。 對(duì)支撐點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)局部區(qū)域的固結(jié)度。 結(jié)合整體情況而言，液壓整體提升工藝技術(shù)具備良好的應(yīng)用效果，值得在大范圍內(nèi)進(jìn)行宣傳推廣。