跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架分段吊裝施工技術(shù)

李明坤，張建林，李辰旻

（中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

海外某高鐵車站高架站房跨5 條普速鐵路，作業(yè)場(chǎng)地狹小，臨近營業(yè)線施工，安全風(fēng)險(xiǎn)高，國內(nèi)外尚無類似案例。針對(duì)大跨度多層鋼桁架吊裝難題，對(duì)傳統(tǒng)施工技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，提出了跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架分段吊裝施工技術(shù)[1]。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

新建海外某高速鐵路工程換乘車站建筑面積9833m2，站房鋼結(jié)構(gòu)為2 層，建成后跨4 條高速鐵路和5 條普速鐵路，可以實(shí)現(xiàn)既有普速鐵路與高速鐵路的換乘。

站房7.902m（7.652m）標(biāo)高以下部位為內(nèi)置鋼骨柱，截面為圓鋼管，7.902m（7.652m）標(biāo)高以上部位為圓鋼管柱，截面規(guī)格主要為?600×30、?800×30、?800×40。

樓面為型鋼桁架，跨度為33.00m～33.66m，桁架弦桿頂標(biāo)高為7.727m、7.447m。桁架弦桿采用焊接H 型截面、焊接箱型截面，其最大規(guī)格分別為H500mm×500mm×26mm×35mm、H500mm×600mm×40mm×40mm，腹桿采用焊接H 型截面，其最大規(guī)格H500mm×500mm×26mm×26mm。2 層局部設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)夾層，夾層的鋼柱采用焊接箱型截面，鋼梁采用焊接H 型截面。

屋面為管桁架，跨度為（16.45m+33.00m）～（16.45m+33.66m），桁架上弦中心標(biāo)高為16.825～24.375m。桁架為鋼管桁架，鋼管截面規(guī)格為P203×10、P245×10、P350×14、P400×15、P450×15、P450×20、P450×25。

1.2 場(chǎng)地環(huán)境

場(chǎng)地環(huán)境較復(fù)雜，站房南側(cè)緊鄰市政道路，東側(cè)為既有普速鐵路車站，西側(cè)為既有民房（未拆遷），站房跨5 條既有普速線。

1.3 工程特點(diǎn)

新建站房涉及跨5 條營業(yè)線施工，高空作業(yè)影響列車運(yùn)行；場(chǎng)地周邊環(huán)境極為復(fù)雜，存在市政道路、既有建筑、既有車站等，站房A 軸線距離現(xiàn)有道路僅7.0m，場(chǎng)地狹小，鋼桁架堆放、拼裝以及吊裝空間非常受限；該工程僅有1 條進(jìn)出場(chǎng)道路，該道路為當(dāng)?shù)刂饕缆罚煌髁看螅牧线\(yùn)輸存在困難；C-D 軸樓面型鋼主桁架最大跨度33.66m，吊重59.5t，次桁架吊重9.2t。C-D 軸屋面鋼管主桁架最大跨度33.66m，吊重22.2t，次桁架吊重6.2t。吊裝荷載大、工況復(fù)雜。在保障施工安全的前提下，實(shí)現(xiàn)多層鋼桁架高質(zhì)量施工，是該站房工程亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 鋼桁架安裝方案選擇

C-D 軸桁架吊裝是本工程的重難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，分別對(duì)分段吊裝方案、滑移+吊裝方案進(jìn)行比選。采用滑移+吊裝方案，滑移拼裝平臺(tái)占用既有市政道路、緊靠既有站房，交叉干擾較大。采用分段吊裝方案更易實(shí)現(xiàn)多層鋼桁架安裝，工期可控性較高，工程造價(jià)優(yōu)于滑移方案，因此決定采用分段吊裝方案[2-3]。方案比選情況如表1 所示。

表1 方案比選

3 吊裝工況分析

擬選取C-D 軸樓面型鋼主桁架、C-D 軸樓面型鋼次桁架、C-D 軸屋面鋼管主桁架、C-D 軸屋面鋼管次桁架吊裝工況進(jìn)行分析，以驗(yàn)證方案的可行性，并采用有限元軟件對(duì)主要受力構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下。

3.1 C-D 軸樓面型鋼主桁架吊裝工況分析

C-D 軸樓面型鋼主桁架采用500t 履帶式起重機(jī)吊裝，由中部往兩端同時(shí)進(jìn)行吊裝。

3.2 C-D 軸樓面型鋼次桁架吊裝工況分析

C-D 軸樓面型鋼次桁架采用320t 性履帶式起重機(jī)吊裝，由中部向兩端同時(shí)進(jìn)行吊裝。

3.3 C-D 軸屋面鋼管主桁架吊裝工況分析

C-D 軸屋面鋼管主桁架采用320t 履帶式起重機(jī)吊裝，由中部向兩端同時(shí)進(jìn)行吊裝。

3.4 C-D 軸屋面鋼管次桁架吊裝工況分析

C-D 軸屋面鋼管次桁架采用320t 履帶式起重機(jī)吊裝，由中部向兩端同時(shí)進(jìn)行吊裝。

3.5 C-D 軸樓面型鋼主桁架吊裝吊耳板計(jì)算

根據(jù)吊裝工況分析計(jì)算吊裝耳板，均滿足要求。吊裝時(shí)履帶下墊厚度為20cm 路基板，尺寸為3.0m×6.0m，每側(cè)履帶設(shè)橫墊3 塊，同時(shí)對(duì)地基換填A(yù)B 料。實(shí)測(cè)承載力滿足設(shè)計(jì)要求。耳板位移云圖如圖1 所示，應(yīng)力云圖如圖2 所示。

圖1 位移云圖

圖2 應(yīng)力云圖

4 施工工藝流程

跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架分段吊裝施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架分段吊裝施工工藝流程

5 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

5.1 C-D 軸鋼柱分段吊裝

車站的二層樓面標(biāo)高以下部位為內(nèi)置鋼骨柱、截面為圓鋼管，二層樓面標(biāo)高以上部位為圓鋼管柱，截面規(guī)格主要為?600×30、?800×30、?800×40。

（1）C-D 軸的鋼柱分3 段進(jìn)行加工、安裝。第1 段和第2 段采用75t 汽車吊吊裝、第3 段采用320t 履帶式起重機(jī)吊裝。

（2）鋼柱對(duì)接固定。鋼柱對(duì)接過程中的臨時(shí)固定措施，將會(huì)直接影響吊裝安全以及整體結(jié)構(gòu)鋼柱的安裝質(zhì)量。擬在上下段鋼柱的四周提前焊接臨時(shí)定位耳板（其上帶有螺栓孔），鋼柱對(duì)接節(jié)點(diǎn)示意圖如圖4 所示。待鋼柱吊裝就位后，采用高強(qiáng)螺栓將上下兩段鋼柱進(jìn)行臨時(shí)固定，取掉臨時(shí)定位耳板的條件是鋼柱對(duì)接處焊接滿足其截面周長(zhǎng)的2/3。

圖4 鋼柱對(duì)接節(jié)點(diǎn)示意圖

（3）鋼柱穩(wěn)固。鋼柱安裝就位，并通過地腳錨栓進(jìn)行臨時(shí)固定，即拉設(shè)攬風(fēng)繩進(jìn)行穩(wěn)固，以更好地調(diào)整鋼柱的垂直度，并保證鋼柱安裝后的穩(wěn)定性與可靠性。攬風(fēng)繩拉設(shè)高度約在鋼柱高度的2/3 處，也可設(shè)置于上下柱相交節(jié)點(diǎn)的牛腿位置處。鋼柱的地面固定需要借助周邊基礎(chǔ)承臺(tái)和地梁，在無法實(shí)現(xiàn)借助地面結(jié)構(gòu)固定的場(chǎng)地，應(yīng)在地面上設(shè)置重物進(jìn)行固定。

5.2 C-D 軸樓面型鋼桁架現(xiàn)場(chǎng)拼裝

樓面型鋼桁架則采取散件方式進(jìn)場(chǎng)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后在A-C 軸區(qū)域地面搭設(shè)胎架進(jìn)行整榀拼裝。樓面型鋼桁架采用25t 汽車吊、120t 汽車吊進(jìn)行拼裝。

5.3 C-D 軸樓面型鋼桁架及鋼梁吊裝

（1）采用1 臺(tái)500t 履帶式起重機(jī)吊裝型鋼主桁架，用1 臺(tái)320t 履帶式起重機(jī)吊裝型鋼次桁架及相應(yīng)樓面鋼梁。

（2）為確保營業(yè)線施工安全，采用天窗點(diǎn)進(jìn)行吊裝。考慮海外營業(yè)線施工經(jīng)驗(yàn)缺乏，根據(jù)國內(nèi)營業(yè)線施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)配置施工員、安全員和防護(hù)員，整體施工現(xiàn)場(chǎng)服從一人指揮，做到傳遞信號(hào)唯一、迅速、正確。同時(shí)與所在國鐵路局積極溝通，爭(zhēng)取天窗點(diǎn)作業(yè)，可利用天窗100 余個(gè)。

（3）進(jìn)行吊裝單元的檢查，確保拼裝過程中的固定擋塊已全部割除，方可將吊裝單元脫離胎模。四周拉設(shè)安全警戒線，非吊裝作業(yè)人員不得入內(nèi)。

（4）進(jìn)行試吊，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)完全正常、安全情況可控后，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員方可發(fā)出試吊命令；構(gòu)件起吊高度0.50m 時(shí)，需要發(fā)出停止命令，對(duì)吊裝系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備、被吊裝構(gòu)件的狀態(tài)進(jìn)行再次檢查，以保證安全；現(xiàn)場(chǎng)各環(huán)節(jié)均確認(rèn)安全后，方可繼續(xù)進(jìn)行吊裝。

（5）正式吊裝需要在現(xiàn)場(chǎng)指揮人員發(fā)出指令后進(jìn)行，被吊裝構(gòu)件需要穩(wěn)定、緩慢上升，嚴(yán)禁與其他物體發(fā)生摩擦甚至碰撞。被吊裝構(gòu)件提升至一定高度后，開始同時(shí)旋轉(zhuǎn)吊機(jī)臂和被吊裝構(gòu)件，使鋼桁架與安裝方向垂直。被吊裝構(gòu)件處于安裝位置的上方時(shí)，發(fā)出指令開始緩慢下降構(gòu)件，進(jìn)行構(gòu)件的調(diào)整就位，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)實(shí)量滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行焊接固定后方可松鉤。現(xiàn)場(chǎng)具體吊裝情況如圖5 所示。

圖5 樓面型鋼桁架吊裝

（6）施工人員上、下需要通過鋼爬梯，爬梯每間隔約2m 與鋼柱固定，并在爬梯上部掛設(shè)防墜器。樓面型鋼桁架在地面拼裝時(shí)設(shè)置好安全生命線，便于后續(xù)次構(gòu)件安裝時(shí)施工作業(yè)人員操作。

5.4 C-D 軸屋面鋼管桁架吊裝

C-D 軸屋面鋼管桁架吊裝待樓承板施工完畢并完成混凝土混凝土澆筑、形成封閉空間后施工，減少營業(yè)線作業(yè)時(shí)間，用2 臺(tái)320t 履帶式起重機(jī)吊裝屋面桁架及相應(yīng)次構(gòu)件。

5.5 焊縫質(zhì)量控制

為確保現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，施焊完畢的焊縫待冷卻24h 后，按設(shè)計(jì)要求對(duì)全熔透一級(jí)焊縫進(jìn)行百分之百超聲波探傷檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)檢測(cè)全部合格[4-5]。

該站房多層鋼桁架的安裝焊接工程量較大，焊接難度高、完成周期長(zhǎng)，控制焊接變形、有效消除焊接應(yīng)力，才能夠保障工程結(jié)構(gòu)安全。焊接過程采取以下控制措施。

（1）考慮鋼結(jié)構(gòu)為國內(nèi)加工、國際運(yùn)輸，需對(duì)鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行合理分段，確保大量焊接作業(yè)在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。

（2）采用組合焊接的焊接方法，具體包括CO2氣體半自動(dòng)保護(hù)焊與藥芯焊絲及手工焊接；加大焊接能量密度，減少熱輸入；采用小電流，快速度、多層、多道焊接工藝措施；選用小直徑的焊條、焊絲；所使用的焊材具有在大電流密度下保持電弧持續(xù)穩(wěn)定的特性。

6 結(jié)語

本工程為跨4 條高速鐵路和5 條普速鐵路的換乘車站，其中普速鐵路已投入運(yùn)營，高速鐵路即將施工完成并進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，建設(shè)場(chǎng)地周邊環(huán)境極其復(fù)雜，國內(nèi)尚無相似案例可供參考；且工程地處海外，可利用的資源極度匱乏。通過研究形成跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架分段吊裝施工技術(shù)，解決了跨多條營業(yè)線大跨度多層鋼桁架吊裝難題。研發(fā)并形成該技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，有效保障多層鋼桁架的施工質(zhì)量、保證跨營業(yè)線施工的安全，確保作為“一帶一路”標(biāo)志性工程的海外高鐵線路如期通車，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。該技術(shù)更適合應(yīng)用于跨營業(yè)線、環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)地狹小情況下的鐵路工程站房、橋梁工程施工，具有廣泛、良好的推廣價(jià)值。