單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支撐提升安全技術(shù)

管 建 國

(天津軌道交通集團(tuán)有限公司,天津 300392)

單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支撐提升安全技術(shù)

管 建 國

(天津軌道交通集團(tuán)有限公司,天津 300392)

介紹了于家堡高鐵客站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升支撐準(zhǔn)備工作，闡述了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)預(yù)提升測(cè)試與正式提升的技術(shù)要點(diǎn)，并給出了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)控措施，解決了大跨度單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)難題。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，高鐵站房，提升方案，變形監(jiān)控

1 于家堡高鐵站概述

于家堡站是京津城際鐵路延伸至濱海新區(qū)的新建終點(diǎn)站。車站為地下高鐵站房，站房建筑面積為86 168 m2，站臺(tái)規(guī)模為3臺(tái)6線。于家堡車站為地下2層。地面層為“貝殼”型穹頂采光屋面，網(wǎng)殼外圍護(hù)系統(tǒng)采用三層ETFE膜材。穹頂鋼結(jié)構(gòu)跨度大142 m，寬度寬82 m，高度高24 m，結(jié)構(gòu)形式新穎，為單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其采用36根正螺旋和36根反螺旋變截面箱梁交織而成，結(jié)構(gòu)體系缺陷性敏感，施工難度大，技術(shù)含量高。經(jīng)過反復(fù)論證最終確定采用“外圍吊裝、中間提升”的安裝方案(見圖1)。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升支撐準(zhǔn)備

本工程屋面網(wǎng)架提升區(qū)需地面拼裝成提升分塊，拼裝區(qū)域共分為103個(gè)分塊單元，天窗11個(gè)分塊，外圍網(wǎng)架92個(gè)分塊。

2.1 提升區(qū)拼裝臨時(shí)支撐

1)中心部分提升區(qū)根據(jù)檢算，共安裝44個(gè)臨時(shí)支撐胎架作為網(wǎng)架支撐結(jié)構(gòu)，用于拼接網(wǎng)架箱梁焊接，胎架之間也用桁架彼此相互連接，構(gòu)成一個(gè)臨時(shí)支撐胎架結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示。

2)臨時(shí)支撐胎架與水平桁架桿連系圖及頂部吊點(diǎn)牛腿示意圖如圖3，圖4所示。

2.2 整個(gè)提升部分吊點(diǎn)及提升胎架布置情況

整個(gè)穹頂鋼結(jié)構(gòu)中心提升部分采取的提升方案，周邊提升架體由17榀胎架組成，頂部用鋼桁連接成封閉的環(huán)形，設(shè)17個(gè)吊點(diǎn)；穹頂結(jié)構(gòu)中心部分，設(shè)四榀中心提升胎架，胎架用鋼桁梁呈矩形連接，設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)，整體提升體系設(shè)21個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)頂部均設(shè)置作業(yè)平臺(tái)，便于操作人員設(shè)備操作、檢查和設(shè)備走行情況的觀測(cè)。站房整個(gè)網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)中心提升部分總重量為959 t。提升胎架體系設(shè)置如圖5所示。

2.3 提升胎架設(shè)計(jì)

提升胎架根據(jù)受力狀況，選擇1.5 m×1.5 m桁架作為提升胎架，組成胎架群。

2.4 液壓提升裝置配置情況

提升油缸為穿芯式結(jié)構(gòu)，行程均為250 mm，配置情況：四周17個(gè)吊點(diǎn)各配置1臺(tái)100 t提升油缸(如圖6所示)，共17臺(tái)；中心提升胎架4個(gè)吊點(diǎn)各配置1臺(tái)200 t油缸，共4臺(tái)。液壓泵站是提升油缸提供提升動(dòng)力的設(shè)備，為滿足現(xiàn)場(chǎng)操控?cái)?shù)量、提升速度、同步調(diào)節(jié)等性能要求，現(xiàn)場(chǎng)采用TX-80-P-D型號(hào)，流量為80 L/min，現(xiàn)場(chǎng)共準(zhǔn)備11臺(tái)，液壓泵站為雙泵、雙比例閥和雙路液壓泵站(如圖7所示)，既能夠獨(dú)立指揮，也能一起使用。

2.5 主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置

地面中心指揮控制室設(shè)置1臺(tái)主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)與所有比例閥、電磁閥及液壓泵站連接；油缸通信線與所有油缸連接。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置傳感器與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連接完成后，接通電源，進(jìn)行主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)測(cè)試(同步控制精度：小于±5 mm，滿足本工程要求)。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)預(yù)提升測(cè)試

為了整個(gè)提升過程能夠按預(yù)定方案順利進(jìn)行，在正式提升作業(yè)前，收集、獲得、檢驗(yàn)和測(cè)試整個(gè)提升系統(tǒng)的各種工況數(shù)據(jù)，組織進(jìn)行預(yù)提升測(cè)試工作。

3.1 準(zhǔn)備工作

進(jìn)行技術(shù)交底、鋼鉸線切割、動(dòng)力電源準(zhǔn)備、提升油缸準(zhǔn)備(密封圈、液壓鎖、溢流閥、節(jié)流閥檢查)；液壓油泵及主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)備，泵站與油缸油管連接，錨具換向閥，油缸換向閥、截止閥、比例閥動(dòng)作；液壓泵站系統(tǒng)壓力、錨具壓力調(diào)節(jié)測(cè)試；檢查各種管路、接頭、閥塊是否漏油；主控計(jì)算機(jī)開機(jī)聯(lián)測(cè)。

3.2 預(yù)提升測(cè)試

提升步驟：拆除網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與支撐胎架之間的連接，使提升網(wǎng)架與支撐胎架分離。按預(yù)提升測(cè)試方案進(jìn)行加載，加載順序分別為20%，40%，60%，70%，80%，90%，95%，100%共八個(gè)級(jí)別，逐級(jí)進(jìn)行加載，直至整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)全部脫離地面。整個(gè)加載過程中，各崗位操作人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員要認(rèn)真對(duì)各部胎架結(jié)構(gòu)、提升索具、提升設(shè)備、纜風(fēng)地錨進(jìn)行檢查。檢查比較各吊點(diǎn)實(shí)際受力情況與計(jì)算模型進(jìn)行比較，并根據(jù)實(shí)際的載荷情況及時(shí)調(diào)整參數(shù)。在預(yù)提升測(cè)試中，全部采用計(jì)算模擬程序自動(dòng)操作。地面中心指揮控制室主控計(jì)算機(jī)通過對(duì)所有21個(gè)吊點(diǎn)提升工作統(tǒng)一下達(dá)工作指令，并對(duì)提升數(shù)據(jù)變化進(jìn)行監(jiān)控；并指揮、掌握、調(diào)度各作業(yè)平臺(tái)液壓提升設(shè)備油缸走行情況及核對(duì)各點(diǎn)位工況、同步作業(yè)情況，做出調(diào)整，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的異常情況。整個(gè)網(wǎng)架提升結(jié)構(gòu)離開地面30 cm高左右，即停止提升作業(yè)。靜止?fàn)顟B(tài)持荷時(shí)間大于24 h，持荷過程中，要按方案規(guī)定每一小時(shí)對(duì)提升結(jié)構(gòu)、提升索具、提升油缸、閥門進(jìn)行檢查，同時(shí)檢查結(jié)構(gòu)自身變形情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)、描述當(dāng)前狀態(tài)情況。

3.3 預(yù)提升工作總結(jié)

預(yù)提升完成后，及時(shí)組織參加提升工作的全部人員進(jìn)行預(yù)提升工作分析總結(jié)。對(duì)過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常變化進(jìn)行分析；各吊點(diǎn)液壓油缸工作狀態(tài)情況統(tǒng)計(jì)分析；全部人員協(xié)同工作情況匯報(bào)；提升索具鋼鉸線變化統(tǒng)計(jì)情況；指揮信息傳遞系統(tǒng)是否清晰通暢；測(cè)量提升架體受力形變情況。整個(gè)預(yù)提過程相當(dāng)于一次提升演練，檢驗(yàn)預(yù)定方案的執(zhí)行情況，是否會(huì)出現(xiàn)其他未估計(jì)到的一些狀況，研究解決其他異常情況方案和對(duì)策。

4 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)正式提升

4.1 提升前的檢查驗(yàn)收

由建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工和專業(yè)分包方人員，以及技術(shù)專家組成的聯(lián)合檢查驗(yàn)收小組，對(duì)提升方案審批、應(yīng)急預(yù)案編制、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、提升設(shè)備、提升索具、中心指揮室計(jì)算操作系統(tǒng)、監(jiān)控量測(cè)設(shè)備、通訊設(shè)備配備溝通、初始數(shù)據(jù)采集、操作人員工作經(jīng)歷持證、應(yīng)急設(shè)備物資準(zhǔn)備、預(yù)提升測(cè)試等方面情況進(jìn)行周密細(xì)致的檢查驗(yàn)收，合格無誤后，各方人員代表簽字驗(yàn)收，同意可以進(jìn)行正式提升。

4.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)正式提升

按專項(xiàng)方案設(shè)定的程序，由九個(gè)專業(yè)小組(技術(shù)顧問組、結(jié)構(gòu)計(jì)算組、提升監(jiān)控組、控制操作組、提升油缸組、液壓油泵組、現(xiàn)場(chǎng)操作組、安全管理組、后勤保障組)按照分工情況進(jìn)入工作崗位，各崗位人員檢查確認(rèn)所屬設(shè)備、應(yīng)急備件、通訊工具?，F(xiàn)場(chǎng)總指揮宣布提升開始，正式提升過程中，按50%,80%,100%進(jìn)行加載提升，每一吊點(diǎn)下設(shè)一臺(tái)距離傳感器，隨時(shí)測(cè)量當(dāng)前的提升結(jié)構(gòu)件的高度，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主控計(jì)算機(jī)。距離傳感器顯示出每個(gè)吊點(diǎn)與主令吊點(diǎn)的高度差數(shù)據(jù)，主控計(jì)算機(jī)下達(dá)指令進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)同步提升。提升速度操作人員通過泵站的流量分配及液壓系統(tǒng)比例閥，控制主令吊點(diǎn)提升速度來控制整個(gè)網(wǎng)架的提升速度，一般控制在8 cm/min～13 cm/min。超載控制由主控計(jì)算機(jī)通過油壓傳感器監(jiān)測(cè)吊點(diǎn)載荷變化，如出現(xiàn)突變情況，則主控計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)鎖閉，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備鎖死停機(jī)。

4.3 穹頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合龍

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提升至預(yù)定高程后，要將全部荷載轉(zhuǎn)換到下錨段，上錨段設(shè)備鎖死。進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空間位置調(diào)整，與合龍龍口位置密貼，技術(shù)人員測(cè)量各龍口合龍高程和位移誤差，各點(diǎn)要滿足±15 mm的設(shè)計(jì)要求，空中用手動(dòng)葫蘆固定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，組織人員焊接選定的各龍口段。中部提升區(qū)鋼結(jié)構(gòu)與散拼區(qū)鋼結(jié)構(gòu)合龍焊接完成后，根據(jù)整體網(wǎng)架卸載方案，利用胎架頂部油缸開始同步卸載，分80%,60%,40%,30%,20%,10%,0%七級(jí)卸載。整個(gè)穹頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力體系由胎架支撐狀態(tài)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)自由受力狀態(tài)。

5 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形監(jiān)控

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的提升精度將直接影響穹頂結(jié)構(gòu)的拼裝精度，依據(jù)在提升、合龍及卸載各過程對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)安全順利完成各項(xiàng)工作，整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖8。

于家堡站房網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)跨度長、結(jié)構(gòu)重量大、結(jié)構(gòu)面積廣、安裝精度高的特點(diǎn)，在整個(gè)結(jié)構(gòu)提升、合龍、卸載過程中，項(xiàng)目采用徠卡TCRA1201智能全站儀，利用其PinPoint測(cè)量技術(shù)可對(duì)胎架結(jié)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。每次完成測(cè)量后，均要對(duì)結(jié)構(gòu)變形是否滿足規(guī)范要求進(jìn)行復(fù)核。

6 結(jié)語

通過對(duì)于家堡穹頂鋼結(jié)構(gòu)采用周圍散拼、頂部提升、中部嵌補(bǔ)的施工方法的技術(shù)研究，大量減少了高空作業(yè)量，避免了大型吊裝機(jī)械的使用，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工程參考價(jià)值，為復(fù)雜大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工提供了新的思路。通過多方案比選，確定了雙向螺旋單層網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)采用“中部提升、外圍吊裝”的施工方案并進(jìn)行了優(yōu)化，在安裝施工過程中進(jìn)行了相應(yīng)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決了大跨度單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)難題，具有創(chuàng)新性和顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

[1] 京津城際延伸線于家堡站站房網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)工程施工組織設(shè)計(jì)[Z].2013.

[2] 王光遠(yuǎn).論時(shí)變結(jié)構(gòu)力學(xué)[J].土木工程學(xué)報(bào),2000(2)：34-35.

[3] 崔曉強(qiáng)，郭彥林，葉可明.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程的結(jié)構(gòu)分析方法研究[J].工程力學(xué)，2006(3)：26-27.

The safety technology of single layer latticed shell structure promotion

Guan Jianguo

(TianjinRailTransitGroupLimitedCompany,Tianjin300392,China)

This paper introduced the preparatory work of Yujiabao high-speed rail station network structure promotion support, elaborated the technology key points of network structure pre promotion test and formal promotion, and gave the deformation monitoring measures of network structure, solved the technical problems of large span single layer latticed shell structure installation.

network structure, high speed rail station, lifting scheme, deformation monitoring

1009-6825(2017)01-0119-03

2016-10-26

管建國(1969- )，男，高級(jí)工程師

TU755.9

A