大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)提升施工技術(shù)

中鐵建工集團(tuán)有限公司國(guó)際工程公司 北京 100160

1 工程概況

京津城際延伸線于家堡站房工程為全地下高鐵站房，地上部分為貝殼形穹頂采光屋面，結(jié)構(gòu)形式為大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，它是由72 根正反螺旋形鋼箱梁相互交叉編織而成，縱向跨度約142 m，橫向跨度約80 m，矢高約24 m。在網(wǎng)殼的頂部設(shè)置有頂環(huán)結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置有箱型環(huán)梁，分別對(duì)單層網(wǎng)殼頂端、底端起連接和約束作用。

2 穹頂安裝施工思路

穹頂外圍構(gòu)件密度較小，單根弦桿質(zhì)量較大，吊裝半徑較小，且結(jié)構(gòu)平緩，豎向剛度偏柔；中部構(gòu)件密度較大、吊裝半徑較大、豎向剛度較大。根據(jù)以上工程結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，選取“中部提升、外圍吊裝”的總體施工思路。中間穹頂提升分塊采用2 臺(tái)800 kN汽車吊進(jìn)行構(gòu)件的地面拼裝，然后用液壓提升設(shè)備同步提升；外圍吊裝分段在下部圈梁支座外側(cè)頂板混凝土板上采用2 臺(tái)2 500 kN履帶吊直接吊裝，如圖1所示。

圖1 吊裝方案

該施工方案避免了大型吊裝設(shè)備的應(yīng)用（4 500 kN履帶吊），占用施工場(chǎng)地少，節(jié)約安裝措施費(fèi)用。同時(shí)，中部提升區(qū)網(wǎng)格密度相當(dāng)大（網(wǎng)格跨度最小為700 mm），地面拼裝施工使網(wǎng)架拼裝、焊接質(zhì)量有更好的保證，增加了工人施工的安全度。

3 提升區(qū)域網(wǎng)架的拼裝

3.1 支撐胎架的設(shè)置[1-3]

根據(jù)網(wǎng)架分塊，提升區(qū)共設(shè)置44 個(gè)臨時(shí)支撐供結(jié)構(gòu)拼裝使用，為了保證支撐的穩(wěn)定，各支撐之間采用連系桁架連接成一個(gè)整體，支撐體系布置如圖2所示。設(shè)置臨時(shí)支撐架體過(guò)程中，首先務(wù)必確保支撐架體的穩(wěn)定性。支撐架體的整體穩(wěn)定性是確保鋼結(jié)構(gòu)能否順利提升的關(guān)鍵前提之一。本工程在進(jìn)行臨時(shí)支撐的固定過(guò)程中主要采用兩種方法：一是利用剛度較大的橫向桁架將44 個(gè)臨時(shí)支撐進(jìn)行水平連系，確保支撐架體的整體穩(wěn)定性。二是對(duì)單個(gè)支撐架體在安裝過(guò)程中通過(guò)纜風(fēng)繩將支撐架體臨時(shí)固定在結(jié)構(gòu)樓板上，如圖3所示。

圖2 臨時(shí)支撐布置

3.2 網(wǎng)架拼裝流程[4,5]

圖3 臨時(shí)支撐、臨時(shí)固定示意

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地情況，網(wǎng)架由中間向四周拼裝，2 臺(tái)履帶吊分別位于混凝土中板附近，從中間向兩端拼裝。具體拼裝流程如圖4所示。

圖4 網(wǎng)架拼裝流程

4 穹頂鋼結(jié)構(gòu)整體提升[6-8]

4.1 提升胎架的布置

穹頂鋼結(jié)構(gòu)拼裝完成后采用整體提升技術(shù)，提升點(diǎn)共設(shè)置21 個(gè)，其中外圍設(shè)置17 個(gè)提升塔架，每個(gè)塔架上設(shè)置1 臺(tái)1 000 kN油缸；網(wǎng)殼中間設(shè)置4 個(gè)提升塔架，每個(gè)塔架設(shè)置1臺(tái)2 000 kN油缸，塔架頂端用鋼梁進(jìn)行連接。外圍一圈下吊點(diǎn)采用原有網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)板焊接耳板作為錨固結(jié)構(gòu)；中間下吊點(diǎn)采用圈梁設(shè)置牛腿作為錨固結(jié)構(gòu)。于家堡站房屋蓋提升總質(zhì)量約959 t。塔架總體布置如圖5所示。

4.2 提升設(shè)備安裝

4.2.1 鋼絞線與油缸安裝

圖5 塔架整體布置

在安裝提升鋼絞線和油缸前，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，結(jié)合每一個(gè)提升點(diǎn)的實(shí)際高度進(jìn)行鋼絞線的精確切割。鋼絞線在安裝過(guò)程中，應(yīng)將鋼絞線穿在油缸中上下錨固一致。待穿好鋼絞線的油缸在提升平臺(tái)上安裝到位后使用4 只7形卡板固定，要求提升油缸安裝點(diǎn)與下部地錨支架投影誤差小于5 mm。另外，按照標(biāo)記安裝鋼絞線地錨。鋼絞線的安裝應(yīng)確保順直，避免鋼結(jié)構(gòu)提升行程中出現(xiàn)交叉、扭轉(zhuǎn)和鋼絞線纏繞的現(xiàn)象，確保提升安全。

4.2.2 液壓泵站和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安裝

液壓泵站和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在地面安裝，液壓泵站安裝時(shí)應(yīng)按照設(shè)備的特點(diǎn)正確連接液壓油管，同時(shí)要對(duì)液壓油進(jìn)行檢查。提升施工過(guò)程中，根據(jù)工程的實(shí)際情況，為確保提升設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需提前備好備用的液壓油。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)安裝后，要進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)提升系統(tǒng)的調(diào)試，提升系統(tǒng)的調(diào)試是確保鋼結(jié)構(gòu)順利提升的關(guān)鍵一環(huán)，要在此過(guò)程中詳細(xì)檢測(cè)提升設(shè)備的提升性能，觀測(cè)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，檢查提升設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與否，確認(rèn)是否滿足正常提升的需要。

4.3 結(jié)構(gòu)試提升

穹頂鋼結(jié)構(gòu)在正式提升之前進(jìn)行試提升，提升高度約30 cm。試提升時(shí)，提升系統(tǒng)的加載要嚴(yán)格按照規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，有步驟地分級(jí)加載，加載比例一般按照20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%進(jìn)行，直至鋼結(jié)構(gòu)提升區(qū)域全部脫離支撐架體。試提升分級(jí)加載的過(guò)程是鋼結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。應(yīng)重點(diǎn)做好對(duì)臨時(shí)支撐架體和提升鋼結(jié)構(gòu)的檢查。實(shí)施過(guò)程中在臨時(shí)支撐架體和提升區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)上布設(shè)了應(yīng)力計(jì)等檢測(cè)設(shè)備，以便在提升過(guò)程中對(duì)臨時(shí)支撐和提升區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

4.4 正式提升

在試提升完成后方可進(jìn)行正式提升。鋼結(jié)構(gòu)提升的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與自然天氣密切相關(guān)，一般而言提升時(shí)的天氣要求為2～3 d內(nèi)不下雨，風(fēng)力不大于5 級(jí)。正式提升過(guò)程中，需按要求進(jìn)行加載和提升。在穹頂鋼結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)提升過(guò)程的監(jiān)控，主要監(jiān)控兩個(gè)方面，一是提升過(guò)程的荷載同步，二是提升過(guò)程的位移同步，即不但要監(jiān)控各提升點(diǎn)位的負(fù)載（通過(guò)油壓控制每個(gè)點(diǎn)在提升過(guò)程中的荷載偏差在允許范圍內(nèi)），而且要監(jiān)控結(jié)構(gòu)的空中位置姿態(tài)（通過(guò)長(zhǎng)距離傳感器和全站儀等觀測(cè)設(shè)備觀察每個(gè)點(diǎn)位移是否同步）。通過(guò)比較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異，及時(shí)進(jìn)行分析，判斷是否可以繼續(xù)提升或進(jìn)行調(diào)整后再提升。

4.5 結(jié)構(gòu)就位

穹頂鋼結(jié)構(gòu)提升區(qū)域通過(guò)分級(jí)加載提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，需對(duì)提升區(qū)域的平面位置進(jìn)行精確測(cè)量。必要時(shí)，應(yīng)多設(shè)置幾個(gè)測(cè)站，進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的相互校核，確保提升區(qū)域定位準(zhǔn)確。提升區(qū)域通過(guò)定位調(diào)整至設(shè)計(jì)坐標(biāo)后，與外圍拼裝區(qū)段進(jìn)行嵌補(bǔ)桿件的焊接。在提升區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)就位調(diào)整時(shí)，需注意各點(diǎn)的負(fù)載和位移控制，油缸反力與提升時(shí)偏差不超過(guò)10%，提升點(diǎn)位移差不超過(guò)10 mm，確保提升平臺(tái)和結(jié)構(gòu)的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

于家堡屋面穹頂安裝已完成近半年時(shí)間，變形、內(nèi)力等各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，效果良好。大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)提升技術(shù)從根本上保證了施工時(shí)的質(zhì)量和安全，對(duì)今后類似工程具有一定的參考價(jià)值。