楔形軸線地鐵上跨鋼結(jié)構(gòu)頂推施工重難點(diǎn)研究

石瑛莉

（常泰建設(shè)集團(tuán)有限公司，常州213000）

0 引 言

近年來，為提高土地利用效率和提升土地價(jià)值，地鐵上跨建筑越來越多的出現(xiàn)在人們面前。受限于地鐵上跨結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對其上跨部分建筑的施工方案也作為新課題引起了人們的關(guān)注。作為橋梁上使用的頂推施工工法也因?yàn)槠鋵τ诮ㄖ徽加靡蟮?、原位支撐和大型機(jī)械使用程度低、工程質(zhì)量易控、占用場地少、不受季節(jié)影響［1］的特點(diǎn)逐漸出現(xiàn)在該類建筑施工中。

自1959 年萊昂哈特（Leonhardt）和鮑爾教授在奧地利的阿格爾橋首次使用頂推法以來［2］，頂推法施工已經(jīng)在橋梁工程中得到了應(yīng)用。頂推法施工是在沿建筑軸線方向設(shè)置預(yù)制場，設(shè)置鋼導(dǎo)梁和臨時(shí)支撐、滑道、水平千斤頂施力裝置，通過鋼絲繩牽引或步履式推進(jìn)裝置頂推主體結(jié)構(gòu)就位。大跨度空間結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場施工條件，可以采用高空散裝、分條分塊吊裝、滑移法和頂升法［3］，滑移法（頂推法）作為常規(guī)施工方法需要保證其導(dǎo)梁、滑道平行等高，主體自身剛度大，頂推位置節(jié)點(diǎn)處理好等方面要求。對于主體呈現(xiàn)楔形結(jié)構(gòu)且兩側(cè)及下部場地吊裝受限制情況下，如何安裝主體鋼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行專門的研究。本文以廣州凱達(dá)爾樞紐國際廣場宴會(huì)廳楔形鋼框架結(jié)構(gòu)頂推施工方案的研究，解決其實(shí)施需求。

凱達(dá)爾樞紐國際廣場宴會(huì)廳鋼結(jié)構(gòu)主要分布在5 層至9 層，其中5 層至7 層有7 榀巨型桁架，8層、9 層主要為H 型鋼梁和矩形鋼柱。桁架截面尺寸大，材料強(qiáng)度高，桁架上下弦中心高度為12.1 m，主要弦桿為箱形構(gòu)件，箱形截面最大規(guī)格為□2 000 mm×1 250 mm×70 mm×70 mm，主體結(jié)構(gòu)最大鋼板厚達(dá)80 mm，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。兩側(cè)塔樓建筑物呈現(xiàn)八字形夾角且已經(jīng)施工完成，宴會(huì)廳桁架在兩個(gè)塔樓之間，下部為地鐵施工區(qū)域，受上述場地限制要求，地下架空層實(shí)施吊裝的大噸位吊機(jī)無法靠近，以上特點(diǎn)給鋼結(jié)構(gòu)的安裝帶來了很大的難度。

具體詳見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)布置圖Fig.1 Structural layout

1 方案研究

1.1 難點(diǎn)分析

（1）本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高、大、重。主體桁架重量較重，且整榀桁架的外形尺寸很大，桁架的最大長度和高度分別達(dá)到53 m和12.2 m。

（2）異形結(jié)構(gòu)布局提升安裝難度。工程結(jié)構(gòu)平面布局兩側(cè)不對稱，呈不對稱八字形，桁架非平行布置，須采用特定的安裝方案，安裝難度大。

（3）鋼結(jié)構(gòu)安裝受土建結(jié)構(gòu)影響大。宴會(huì)廳下部為城市軌道交通結(jié)構(gòu)，而且均在鋼結(jié)構(gòu)安裝前已完成施工，原位或周邊鋼結(jié)構(gòu)拼裝場地和拼裝條件均不具備，大型機(jī)械也很難進(jìn)入其中。常規(guī)吊裝設(shè)備及方法無法滿足安裝要求。宴會(huì)廳兩側(cè)為混凝土結(jié)構(gòu)的主體塔樓，其主桁架的一側(cè)與主體塔樓混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部勁性柱連接，另一側(cè)與通過成品球鉸支座與勁性柱柱頂連接。桁架高度方向跨5～7層兩個(gè)樓層，塔樓土建已完成施工，鋼結(jié)構(gòu)施工只能局限在雙塔之間，猶如在混凝土的叢林中謹(jǐn)慎實(shí)施。

1.2 方案對比

1）方案一：整體提升安裝方法

在柱頂設(shè)置提升支架，鋼結(jié)構(gòu)在樓面或支架面進(jìn)行分層拼裝，拼裝完成后進(jìn)行整層提升，各層提升就位后吊裝次鋼梁和層間立柱。

優(yōu)點(diǎn)：提升施工技術(shù)成熟，提升速度快，可避免高空拼裝的風(fēng)險(xiǎn)，減少高空焊接工作量，提升架可減少大型機(jī)械的使用。

缺點(diǎn)：①主體結(jié)構(gòu)下部為軌道交通施工區(qū)域，場地條件限制大，拼裝機(jī)械很難進(jìn)入場地進(jìn)行拼裝；②由于涉及軌道交通和東西塔土建施工，交叉作業(yè)干涉環(huán)節(jié)多；③既有場地土建完成程度不一致造成拼裝層高不一致位置需要搭建拼裝平臺和措施支架；④提升跨度大，臨時(shí)措施如提升架等需要利用下部橋墩，牽涉多部門作業(yè)，環(huán)境影響因素多，措施費(fèi)用高，工期影響因素多。

圖2 整體提升示意圖Fig.2 Overall lifting chart

2）方案二：采用頂推滑移和退步軌道吊機(jī)吊裝相結(jié)合的安裝方法

第一步：將5～6層頂推滑移安裝到位，拆除頂推用臨時(shí)措施。

第二步：在6 層頂（標(biāo)高32.65 m 處）架設(shè)帶軌道架梁履帶吊，7～9層采用從南到北退步式拼裝。

第三步：拆除履帶吊和軌道梁等臨時(shí)措施。

具體步驟見圖3-圖5。

圖3 頂推作業(yè)示意圖Fig.3 Schematic diagram of jacking operation

該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用頂推滑移施工，可以解決現(xiàn)場無原位拼裝作業(yè)環(huán)境和大噸位吊車費(fèi)用高、功效低的問題。

（2）采用頂推滑移施工，施工操作有足夠的調(diào)整空間，所有拼裝都在總裝平臺上進(jìn)行，結(jié)構(gòu)整體線型精度和焊接質(zhì)量容易保證。

（3）滑道梁和總裝平臺是通過鋼柱牛腿和柱頂懸挑進(jìn)行連接，對原結(jié)構(gòu)混凝土梁板無接觸，可最大限度減少對原混凝土結(jié)構(gòu)的影響。

（4）總裝平臺可使拼裝構(gòu)件的工作半徑顯著減小，對垂直運(yùn)輸物料的大型吊車的選擇起到了極大的優(yōu)化，對于場地的配套加固措施費(fèi)用可以大大減小。

（5）工期不再受大型吊車工作吊裝效率影響，大型吊車僅承擔(dān)拼裝構(gòu)件的垂直運(yùn)輸，施工效率明顯增加。

圖4 完成后拆除措施示意圖Fig.4 Schematic diagram of demolition measures

圖5 退步吊裝示意圖Fig.5 Backward hoisting diagram

該方案具有以下缺點(diǎn)：需投入滑道梁、總裝平臺和牛腿支架，由于八字形頂推設(shè)計(jì)需要考慮滑道梁布置和換軌措施。對于頂推滑移和退步軌道吊機(jī)吊裝需要進(jìn)行大量的施工驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全。

選擇方案二作為實(shí)施方案，其主要施工難點(diǎn)在于非平行頂推作業(yè)的實(shí)施，下面對該部分重點(diǎn)進(jìn)行敘述。

2 頂推作業(yè)重點(diǎn)

2.1 滑道梁處理：階段平行化處理

由于主體結(jié)構(gòu)布置呈八字形口，各個(gè)桁架的長度不同，滑移軌道的設(shè)置比較復(fù)雜，根據(jù)柱的布置，考慮了變軌道滑移的方式，西側(cè)柱的位置設(shè)置整體一條軌道。東側(cè)根據(jù)柱位設(shè)置伸出牛腿，牛腿上連接軌道桁架，軌道桁架與西側(cè)的軌道梁平行布置，相鄰柱之間向內(nèi)整體進(jìn)行收縮布置，形成2 個(gè)平行的軌道，首桁架長度較小，制作時(shí)加長處理，滑移到變軌道位置，使用第二個(gè)平行的軌道進(jìn)行后續(xù)的滑移，桁架加長的部位進(jìn)行拆除處理。最終滑移完成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 八字滑道梁系統(tǒng)圖（俯視、軸側(cè)）Fig.6 System diagram of eight-character slide beam

2.2 變軌起落梁設(shè)置

由于在滑移過程中，東側(cè)鋼柱的牛腿在立柱外側(cè)，桁架滑移過程中為避免桁架的斜撐與鋼牛腿的碰撞，因此對于桁架斜撐需要到位后裝處理，滑塊位置需要設(shè)置延長支架和拼裝節(jié)點(diǎn)。同時(shí)由于采用變軌滑移，為防止結(jié)構(gòu)梁局部屈曲需要增設(shè)內(nèi)部加勁肋，對于已建好的西塔立柱頂部主結(jié)構(gòu)落梁需要加大水平和豎向觀測力度。

整體變軌起落梁流程如圖7所示。

3 結(jié)論與建議

（1）楔形軸線鋼結(jié)構(gòu)采用頂推滑移施工法主要是受到現(xiàn)場條件的影響，原位整體提升或小單元高空散裝無法實(shí)施造成的，其難點(diǎn)主要在對滑道梁、牛腿和變軌次數(shù)的選擇?；懒哼B續(xù)長度越長，變軌次數(shù)越少，施工簡單，但牛腿就越長對結(jié)構(gòu)立柱影響越大。反之滑道梁連續(xù)段越少，牛腿對立柱影響越小，變軌次數(shù)增多。

（2）采用頂推滑移工法必須加大監(jiān)測力度和完善的調(diào)差措施（水平、豎向）。對于施工過程也需嚴(yán)格管控。

頂推滑移施工采取的措施需要考慮負(fù)荷情況下的拆除工況，一般都可借用既有結(jié)構(gòu)立柱，對于主結(jié)構(gòu)的落梁拆除措施應(yīng)充分考慮。

圖7 落梁過程示意圖Fig.7 Schematic diagram of beam falling process