鄭州南站鋼質(zhì)防護棚拆除施工技術(shù)

李誼寧 楊石杰

1. 中國鐵路鄭州局集團有限公司鄭州南站工程建設(shè)指揮部 河南 鄭州 450000；2. 中鐵建工集團有限公司 廣東 深圳 518052

1 工程概況

鄭州南站采用高架站型（圖1），站房建筑面積約150 000 m2，建筑總規(guī)模約500 000 m2。工程規(guī)模為16臺32線，設(shè)置鄭萬場、鄭阜場、城際場3個站場。工程總體分為高架站房區(qū)、東西站房區(qū)、高架車道、站臺雨棚、橋下停車場及物流配餐作業(yè)區(qū)6個單元。

圖1 鄭州南站整體效果圖

本工程鄭萬正線計劃于2019年8月1日聯(lián)調(diào)聯(lián)試，承軌層結(jié)構(gòu)計劃在5月20日完成，按照正常施工順序應(yīng)為承軌層結(jié)構(gòu)完成→高架層結(jié)構(gòu)完成→橋面系施工→線路鋪軌搗渣→接觸網(wǎng)等四電施工→正線聯(lián)調(diào)聯(lián)試，但該順序無法保證聯(lián)調(diào)聯(lián)試的時間節(jié)點。為保證接觸網(wǎng)帶電前線下、線上及四電工程全部完成，采用在鄭萬正線及兩側(cè)5～8道范圍搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)防護棚，使下部橋面系、鋪軌作業(yè)和上部高架層鋼筋混凝土作業(yè)同時進行。

2 防護棚構(gòu)造和拆除方案選擇

2.1 鋼結(jié)構(gòu)防護棚結(jié)構(gòu)構(gòu)造

防護棚搭設(shè)部位包括高架候車層和高架車道兩大區(qū)域，主要覆蓋區(qū)域為2S—2U/10—31軸，總長264.8 m（高架候車層194.4 m，高架車道70.4 m），總寬度27.85 m，面積為7 375 m2，總質(zhì)量約970 t。

鋼結(jié)構(gòu)防護棚的基本構(gòu)造如圖2所示，其中主要包括：① 單立柱□300 mm×200 mm×8 mm；② 雙立柱2□300 mm×200 mm×8 mm；③ 正線6、7道上方鋼梁H588 mm×300 mm×12 mm×20 mm；④ 到發(fā)線5、8道上方鋼梁H588 mm×300 mm×12 mm×20 mm；⑤ 鋼次梁25a#工字鋼；⑥ 盤扣式鋼筋混凝土模架。

圖2 防護棚搭設(shè)結(jié)構(gòu)

2.2 拆除方案選擇

防護棚的搭設(shè)確保了承軌層和高架層兩層同時作業(yè)。其搭設(shè)較為簡單，但拆除時面臨的作業(yè)環(huán)境極為復(fù)雜。防護棚高度為滿足鐵路鋪軌車安全通行，其梁底距軌頂面要保證6 m的凈高；跨度跨越正線，梁跨達到12 m，梁頂面距高架設(shè)備夾層混凝土間距最低只有16 cm，且下部軌道已全部鋪設(shè)完畢。

通過對鋼結(jié)構(gòu)防護棚拆除時的作業(yè)環(huán)境和周邊條件進行分析[1-4]，我們選擇了起重機械、卷揚機與手拉葫蘆、自制軌道行走式升降拆除裝置等3種拆除方案進行比較，最終擇優(yōu)選用了軌道行走式升降拆除裝置來拆除鋼結(jié)構(gòu)防護棚的方案。該方案特點如下：

1）方案先進，可行性高。鋼結(jié)構(gòu)防護棚與高架候車層夾層混凝土結(jié)構(gòu)凈距很小，吊臂無法伸展，大部分區(qū)域無法采用吊車吊裝；采用軌道行走式升降拆除裝置的提升功能解決了起重機械吊臂不能伸展的問題。

2）節(jié)約工期，拆除效率高。采用吊裝機械或傳統(tǒng)的卷揚機、手拉葫蘆等拆除工具，只能單根零星拆除，拆除速度慢，軌道行走式升降拆除裝置承載平臺長度12 m，每次可拆除12 m長度范圍內(nèi)的主、次梁結(jié)構(gòu)，拆除速度快。

3）施工安全易保證。卷揚機、手拉葫蘆等傳統(tǒng)工具適用于零星輕構(gòu)件拆除，對于大批量的大質(zhì)量構(gòu)件，采用此工藝效率低、安全性差、構(gòu)件倒運不方便。而軌道行走式升降拆除裝置通過承載平臺將防護棚結(jié)構(gòu)提升5～10 cm，再平穩(wěn)拖行出站房區(qū)域，拆除安全性高。

3 拆除裝置工作原理

3.1 軌道行走式升降拆除裝置研發(fā)與制作

軌道行走式升降拆除裝置主要由軌道平板車和提升支架兩部分組成（圖3）。軌道平板車在工廠加工制作完成，上部提升支架在施工現(xiàn)場加工，并與軌道平板車以法蘭連接固定。

圖3 軌道行走式升降拆除裝置立面

軌道平板車寬2 m，長10 m，帶電動機驅(qū)動裝置，4個鋼軌輪在軌道上行走，載質(zhì)量為40 t。提升支架鋼管立柱高 度5.056 m，上部承載平臺寬3 m，長度12 m，采用6個3 t手拉葫蘆搭配，可提升高度為550 mm。提升支架每次提升的防護棚材料質(zhì)量約為10 t。

其提升裝置主要由6根φ351 mm×8 mm的鋼管立柱內(nèi)嵌套φ325 mm×8 mm的提升鋼管，在φ351 mm×8 mm的鋼管立柱底部開設(shè)寬40 mm、高550 mm的槽口，在距立柱底部2 000 mm的管身兩側(cè)焊接2塊PL30 mm×100 mm× 100 mm的固定吊耳，在φ325 mm×8 mm的提升鋼管底部焊接1塊PL30 mm×100 mm×538 mm的提升吊耳，將手拉葫蘆掛在外管固定吊耳上，拉鉤掛在內(nèi)管提升吊耳上，通過拉動手拉葫蘆，φ325 mm×8 mm內(nèi)管自然順著φ351 mm×8 mm外管抬高或降低，達到升降效果。

3.2 拆除工藝原理和工藝流程

采用軌道行走式升降拆除裝置來拆除鋼結(jié)構(gòu)防護棚的主要工藝原理為：

1）采用火車輪式軌道行走平板車，解決拆除裝置在鐵路軌道上行走的問題。

2）提升支架采用雙鋼管相套，在外部鋼管開槽并焊接固定吊耳、在內(nèi)部鋼管焊接提升吊耳，解決承載平臺升降的問題。

3）安裝電動機驅(qū)動裝置，解決拆除裝置水平行走的問題。

4）將防護棚主次梁結(jié)構(gòu)通過承載平臺抬升5～10 cm，使主梁與立柱之間脫空，整體拆除主次梁并拖行出站房區(qū)，采用25 t汽車吊在雨棚區(qū)進行分解吊運。

采用軌道行走式升降拆除裝置來拆除鋼結(jié)構(gòu)防護棚的主要工藝流程為：

1）軌道行走式升降拆除裝置在現(xiàn)有鐵路軌道上就位（圖4）。

2）將升降拆除裝置開到防護棚正下方（圖5）。

3）將主梁與立柱分開，次梁斷開，通過操作手拉葫蘆使承載平臺提升5～10 cm，直到將主梁與立柱脫空（圖6）。

圖4 裝置就位

4）將主次梁整體運出防護棚區(qū)域，再采用25 t汽車吊進行分解（圖7）。

圖7 將主次梁整體運出防護棚區(qū)域

4 防護棚拆除施工工藝

4.1 防護棚拆除整體思路

拆除時，運渣鋪軌和電氣化工程車已經(jīng)在線路上運行，必須分道進行封鎖拆除。對于如圖8所示的防護棚結(jié)構(gòu)，拆除順序為：先拆除6、7道防護棚，后拆除5、8道防護棚。6、7道先拆中間立柱、再拆主次鋼梁；5、8道先拆主次鋼梁、再拆兩側(cè)立柱。

圖8 鋼結(jié)構(gòu)防護棚拆除順序

1）在3號和4號站臺南北兩側(cè)端頭（450 m長站臺兩端頭），使用220 t汽車吊將軌道行走式升降拆除裝置吊裝到6、7道軌道上，將25 t汽車吊吊裝到3號和4號站臺板上。

2）從南北兩側(cè)向中間施工，用升降拆除裝置拆除防護棚主次梁，并將防護棚主次梁運輸?shù)秸九_端頭，使用25 t汽車吊將防護棚主次梁分解，并吊裝到地面。

3）待6、7道主次梁拆除完畢后，在3、4號站臺南北兩側(cè)端頭，使用220 t汽車吊將軌道平板車從6、7道轉(zhuǎn)移到5、8道軌道上，進行防護棚主次梁拆除。

4）在5、8道主次梁拆除完畢后，用軌道平板車拆除內(nèi)側(cè)雙立柱，外側(cè)單立柱在3、4號站臺板區(qū)域，采用卷揚機在站臺板上直接拆除。

4.2 主要構(gòu)件拆除工藝

4.2.1 防護棚立柱拆除工藝

防護棚立柱分為單柱和雙柱，單柱質(zhì)量0.45 t，雙柱質(zhì)量1.3 t，根據(jù)施工區(qū)域、拆除順序的不同，立柱采用不同的方法進行拆除。

1）6、7道防護棚立柱拆除。6、7道立柱拆除時，在主梁上方安裝單片滑輪，通過卷揚機直接將立柱吊下，放置在軌道平板車上，運出站房區(qū)域。

2）5、8道防護棚立柱拆除。5、8道立柱拆除時主次梁已經(jīng)拆除，內(nèi)側(cè)雙柱拆除采用軌道行走式升降拆除裝置，在提升支架側(cè)面設(shè)置吊耳，利用軌道車上的卷揚機將雙柱柱腳割開后懸掛在軌道車提升架側(cè)邊，運出站房區(qū)域。外側(cè)單立柱在3、4號站臺板區(qū)域，可參照6、7道中間立柱拆除方法，將單片滑輪掛在上部混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)留鋼筋上，將鋼柱割斷后直接放在站臺板上利用塔吊吊走。

4.2.2 主、次梁拆除

防護棚主梁為H588 mm×300 mm×12 mm×20 mm熱軋H型鋼，次梁為25a#工字鋼和28a#工字鋼，主次梁拆除的主要工作原理：將主梁通過提升支架抬升5～10 cm，使主梁與立柱之間脫空，保持主梁與立柱之間的間距，將主梁整體運出防護棚區(qū)域。

軌道平板車升降拆除裝置上的承載平臺長度為12 m，防護棚主梁間距為3～4 m，防護棚主梁拆除時，每次提升的主梁為3～4跨（最大質(zhì)量為7 t）。

1）6、7道主次梁的拆除。主梁長度10.2 m，設(shè)計時考慮拆除方便，主梁兩端距混凝土柱各100 mm，拆除時不需要火焰切割，只需松開主梁與托梁的連接螺栓即可。主梁橫跨6、7道兩個車道，拆除時需采用“雙車聯(lián)動”通過倒鏈提升鋼管立柱從而頂起主梁及其上次梁結(jié)構(gòu)5～10 cm，水平移動采用同功率的電動機驅(qū)動裝置，保持2臺軌道平板車運行速度一致，將鋼梁平穩(wěn)運出站房區(qū)域（圖9）。

2）5、8道主次梁的拆除。主梁長度7.025 m，主梁一端距混凝土柱100 mm，另一端無障礙，拆除時不需要火焰切割，只需松開主梁與托梁的連接螺栓即可。主梁中心與5、8道兩個車道中心不重合，采用單臺升降拆除裝置頂起主梁結(jié)構(gòu)時為偏心受壓，軌道平板車有傾倒的風(fēng)險，故通過計算主梁偏心質(zhì)量，將其上次梁統(tǒng)一堆碼到主梁一側(cè)，保證主梁結(jié)構(gòu)重心與軌道平板車結(jié)構(gòu)重心一致，保證結(jié)構(gòu)運行平穩(wěn)安全。

圖9 “雙車聯(lián)動”拆除主次梁示意

4.2.3 拆除構(gòu)件吊運

所有被拆除構(gòu)件由軌道行走式升降拆除裝置拖行出站房區(qū)域，到達雨棚端頭處，由停放在3、4號站臺板上的25 t汽車吊進行分解，并通過站臺端頭處的孔橋空隙吊裝至地面停放的平板汽車運走。

5 結(jié)語

1）為滿足線路通車和聯(lián)調(diào)聯(lián)試節(jié)點的工期需要，保證站房高架候車層混凝土結(jié)構(gòu)和承軌層橋面線路鋪軌上、下兩層作業(yè)同步完成，搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)防護棚架是一種高效可行的方案。

2）采用軌道行走式升降拆除裝置，解決了鐵路站房工程線范圍內(nèi)上下封閉空間中的鋼質(zhì)防護棚拆除問題。

3）采用升降裝置拆除鋼結(jié)構(gòu)防護棚，解決了有限空間吊車無法伸臂吊裝、傳統(tǒng)卷揚機只能慢速零星吊裝的問題，拆除作業(yè)快捷、高效安全。

4）采用升降裝置拆除鋼結(jié)構(gòu)防護棚，僅用7 d時間即完成970 t防護棚的拆除，為后續(xù)四電施工、聯(lián)調(diào)聯(lián)試和線路開通提供了保障條件。