襄陽東站站房屋蓋鋼網(wǎng)架施工分析

柳 強 喻明燈 武九鐵路客運專線湖北有限責任公司，武漢 430000

史 學 中鐵建工集團有限公司，北京 100160

1 工程概況

襄陽東站長450m寬360m（見圖1），是目前湖北省第二大高鐵站，采用“橋建合一”的結(jié)構(gòu)形式建設，地下2層，地上3層，主體結(jié)構(gòu)為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，主站房區(qū)屋蓋為大型鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

圖1 襄陽東站整體效果

鋼網(wǎng)架屋蓋長357m寬177m，投影面積56000m2，質(zhì)量5648t（網(wǎng)架特征見圖2），安裝最高點48.840m。為按期完成施工任務，經(jīng)方案比選，將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為4個提升區(qū)，分別為主站房提升T1、T2、T3、T4區(qū)（見圖3）。

圖2 站房屋面網(wǎng)架特征

圖3 屋面網(wǎng)架分區(qū)

網(wǎng)架主要在高度20.44m的混凝土樓面上按分區(qū)拼裝，之后采用計算機同步控制液壓提升系統(tǒng)按分區(qū)提升施工。

2 鋼網(wǎng)架提升施工分析

由圖2和圖3可知，T1區(qū)為站房核心區(qū)，T2、T3區(qū)為落客平臺區(qū)，T4區(qū)為T3區(qū)中部設置的下沉瀑布造型區(qū)，綜合考慮網(wǎng)架長寬比例、網(wǎng)架尺寸、施工進度、拼裝及提升過程中的變形等因素后，對網(wǎng)架進行了合理分塊，各分塊在樓面上拼裝完成后采用大量提升設備進行同步提升就位，拼裝場地在提升就位區(qū)正下方。

2.1 提升單元工況分析

根據(jù)圖3屋面網(wǎng)架分區(qū)，本工程T1區(qū)網(wǎng)架采用整體提升工藝進行安裝，設置50個提升點（見圖4），分別采用58臺100噸和200噸液壓油缸進行提升。

圖4 T1區(qū)提升點編號圖

2.2 網(wǎng)架分塊拼裝

在樓面上根據(jù)網(wǎng)架分塊整體的實際平面投影坐標，加放起拱值，劃出桿件的中心線。設立拼裝胎架（見圖5），樓面混凝土澆筑前放置拼裝胎架所需埋件，較高胎架加斜撐固定，胎架采用D102×5.5～D180×6鋼管。

網(wǎng)架拼裝時，為釋放焊接變形，根據(jù)軸線位置把T1區(qū)網(wǎng)架劃分為30個小拼單元，每個單元500至1000m2，小拼單元拼裝及驗收完成后嵌補小拼單元之間的桿件，使小拼單元合攏成大拼裝單元，最終形成T1區(qū)提升單元。

圖5 網(wǎng)架拼裝示意圖

小拼單元具體的拼裝方法和步驟為：①在樓面上測設x，y軸投影線、及支點位置，形成田字形控制網(wǎng)；②安裝胎架立桿、斜撐及球節(jié)點支托環(huán)，支托環(huán)標高及環(huán)的水平位置必須符合要求；③在支托環(huán)上安裝下弦焊接球；④在下弦球之間安裝下弦桿，桿件與球連接焊縫縫隙應均勻，根據(jù)桿件規(guī)格，縫隙寬度控制在5至35mm為宜；⑤安裝1個上弦球以及與之連接的4個斜腹桿；⑥安裝上弦球有關(guān)上弦桿；⑦依次從中部向四周安裝網(wǎng)架桿件直至完成小拼單元；⑧復測跨中及支座位置球節(jié)點，合格后開始焊接作業(yè)。

網(wǎng)架焊接采用二氧化碳氣體保護焊，焊接順序為：中部向四周依次焊接，同節(jié)間上、下弦桿件同時施焊以減少上、下弦收縮不平衡影響，小拼單元焊接完成后焊接各單元之間嵌補桿件；焊接完成后按照要求進行無損檢測及外觀檢測等。

2.3 網(wǎng)架提升仿真分析

T1區(qū)網(wǎng)架采用整體提升工藝施工，設置有50個提升點，58臺液壓油缸，為保證在提升過程中網(wǎng)架的應力和應變可控，確保提升作業(yè)安全和結(jié)構(gòu)安全，以T1區(qū)的21500m2網(wǎng)架為對象，采用MIDAS軟件進行了建模，采用3D3S軟件進行網(wǎng)架提升施工工況驗算；經(jīng)驗算，T1區(qū)網(wǎng)架施工階段最大撓度59mm，最大應力比0.47＜1，因此，在提升工況下，T1區(qū)網(wǎng)架的應力和應變處于可控狀態(tài)，符合相關(guān)要求。

2.4 網(wǎng)架提升同步率控制

相鄰每4臺液壓油缸一組通過一臺液壓油泵供油，共計采用15臺液壓油泵，液壓油泵電腦連接中央控制室主機，通過主機統(tǒng)一控制液壓油泵供油，監(jiān)控每個提升點的油缸行程，以控制提升速度，當發(fā)生突發(fā)事件時立即鎖定行程，排除問題后再繼續(xù)提升施工。

3 提升架設置

優(yōu)先選取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)柱作為提升點，有利于節(jié)約工期、控制成本和確保施工安全，因此先選取了現(xiàn)有T1區(qū)的40根鋼管混凝土柱子作為提升點（見圖6）；另外，因為T1區(qū)網(wǎng)架最小跨度73m、最大跨度達到86.2m，為控制施工期間網(wǎng)架撓度、防止T1分塊與其他分塊撓度不一致導致嵌補桿件無法安裝，在跨中三分點位置額外設置了10個臨時提升架（見圖7），臨時提升架支撐于結(jié)構(gòu)鋼骨混凝土梁上。

圖6 提升類型1 柱頂提升點大樣圖

圖7 提升類型2提升架提升點大樣圖

4 網(wǎng)架卸載工況分析

網(wǎng)架所有分區(qū)安裝完成后進行卸載，卸載過程是把網(wǎng)架荷載由提升架轉(zhuǎn)移至主體結(jié)構(gòu)的過程，是網(wǎng)架內(nèi)力重分布的過程。卸載后，網(wǎng)架荷載全部轉(zhuǎn)移至主體結(jié)構(gòu)柱，提升架卸載后會釋放網(wǎng)架的撓度變形和支座位置水平推力，其中的影響因素較多，選擇合適的方案使網(wǎng)架桿件應力變化和主體結(jié)構(gòu)變形達到最小是卸載成功的前提。

T1區(qū)網(wǎng)架卸荷流程：①完成柱頂球形支座與該支座周邊網(wǎng)架球節(jié)點之間的嵌補桿件安裝及焊接；②卸載柱頂提升點，完成提升架與結(jié)構(gòu)柱之間的荷載轉(zhuǎn)移；③解鎖球形支座使之可以轉(zhuǎn)動；④卸載跨中三分點提升點，釋放網(wǎng)架變形，最終完成網(wǎng)架內(nèi)力重分布和變形釋放。⑤拆除提升架。卸荷期間，全程采用全站儀進行網(wǎng)架支座位置、跨中撓度檢測，卸荷完成后進行復測，確保網(wǎng)架的安裝精度。網(wǎng)架卸載工況內(nèi)力及變形分析見下表：

整體卸載后網(wǎng)架最大應力比為0.63＜1，最大撓度為112.2mm＜292mm（撓度控制值=最小跨度L/250=73000/250=292mm）。

卸荷后釋放了網(wǎng)架的變形，網(wǎng)架產(chǎn)生了最大為8.4mm的水平位移和112.2mm的跨中撓度，卸荷前后網(wǎng)架撓度的區(qū)域始終為跨中區(qū)域，撓度分部范圍較卸荷前有所擴展，但均處于可控狀態(tài)。

根據(jù)以上模擬分析，本工程網(wǎng)架卸荷階段網(wǎng)架應力比及變形均滿足要求。

5 網(wǎng)架健康監(jiān)測

健康監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，網(wǎng)架提升完成后桿件最大應力89.16MP，桿件的內(nèi)力處于可控狀態(tài)。數(shù)據(jù)詳見下表。

網(wǎng)架內(nèi)力最大值（單位：MPa）