高鐵站房鋼結(jié)構(gòu)整體頂升技術(shù)研究

董業(yè)廷 張龍海 許方輝 莊新龍 孫宇

在推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，建筑行業(yè)起到非常重要的作用，尤其是高鐵站房項(xiàng)目。其中鋼結(jié)構(gòu)是相對常見的建筑結(jié)構(gòu)之一。行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)鋼產(chǎn)量顯著增加，加上工程技術(shù)水平的提升，使得鋼結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中逐漸得到普及。組織鋼結(jié)構(gòu)施工，整體頂升技術(shù)是新型技術(shù)的一種，在工程質(zhì)量、施工效率等多個(gè)方面均具有明顯優(yōu)勢。在組織高鐵站房項(xiàng)目施工過程中，關(guān)于整體頂升技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題，本文以實(shí)際項(xiàng)目為例展開討論。

1.工程概況

新建魯南高速鐵路菏澤至曲阜段站房及相關(guān)工程QHZF-1 標(biāo)-濟(jì)寧北站項(xiàng)目位于山東省濟(jì)寧市，總建筑面積38384.34m2，其中站房面積29999m2。候車廳屋頂采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架跨度約為60m，平面尺寸138m×75.5m，網(wǎng)架頂標(biāo)高為26.2m，網(wǎng)架四周懸挑長9.8m，網(wǎng)架重696.49t。

本網(wǎng)架采用正放四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架型式，下弦多點(diǎn)支承?？拐鹪O(shè)防烈度為7 度，基本地震加速度值為0.1g，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。

圖1 單元網(wǎng)架地面拼裝示意圖

本工程建筑耐火等級為二級,耐火極限1.5h。檁條耐火極限1.0h。鋼結(jié)構(gòu)部分的防火采用防火涂料工藝,防火涂料的選擇及施工工藝要求,須根據(jù)本工程建筑要求的耐火等級按《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)條件》(GB14907-2018)中的要求執(zhí)行。

2.整體頂升技術(shù)原理

整體頂升技術(shù)與整體提升工藝的相似度比較高，是在高鐵站房施工現(xiàn)場的地面拼裝頂升結(jié)構(gòu)，待拼裝結(jié)束后通過千斤頂頂升結(jié)構(gòu)，到達(dá)指定位置后開始卸載安裝。該技術(shù)對比整體頂升工藝，兩者安裝千斤頂位置存在差別，以免頂升操作期間結(jié)構(gòu)異常偏移，加強(qiáng)頂升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[1]。

3.高鐵站房鋼結(jié)構(gòu)施工整體頂升技術(shù)的應(yīng)用

3.1 地面拼裝

高鐵站房鋼結(jié)構(gòu)頂升必須保證穩(wěn)定，針對被頂升結(jié)構(gòu)地面拼接施工作業(yè)進(jìn)行有效控制。地面拼裝是以所有不完整單元結(jié)構(gòu)為對象，最終拼裝成為整體，頂升過程待頂升結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)與安全非常重要[2]?？刂坪附討?yīng)力、變形力，以免影響結(jié)構(gòu)頂升效果，還可以保證拼裝精度。實(shí)施地面拼裝時(shí)，提前拆除、替換構(gòu)件，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整施工現(xiàn)場增設(shè)方案，確定拼焊順序后，分析起拱值是否合理。頂升點(diǎn)、頂升中心線之間不能有過大的垂直偏差，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)展開關(guān)鍵位置的探傷檢測，給后期焊接施工打下基礎(chǔ)。本次高鐵站房單元網(wǎng)架地面拼裝示意圖如圖1 所示。

3.2 準(zhǔn)備工作

按照頂升點(diǎn)在施工現(xiàn)場布置情況，整體頂升施工需要用到的頂升千斤頂、支撐架、液壓泵站、鋼絞線等提前檢查、調(diào)試，下頂升點(diǎn)、千斤頂必須位于垂直軸線，縮小誤差不超過10mm。機(jī)器設(shè)備調(diào)試在通電之后進(jìn)行，通過給油、收油等一系列操作，了解運(yùn)行狀態(tài)。千斤頂?shù)恼{(diào)試要先檢查油缸上下錨具緊錨狀態(tài)，將上錨打開開啟主泵運(yùn)轉(zhuǎn)，伸缸接受指令后，若油缸停止運(yùn)轉(zhuǎn)，代表動作正常；縮缸接受指令之后如果停止代表正常。反復(fù)動作檢查后油缸縮到底，同時(shí)上緊錨，經(jīng)過檢查沒有失誤便可終止泵站運(yùn)行。

分析頂升支撐架、下頂升點(diǎn)受力與變形，現(xiàn)場所有頂升點(diǎn)必須及時(shí)組織加載試驗(yàn)，加載針對各個(gè)頂升點(diǎn)逐級加載，加載比例初次設(shè)置為20%，每次逐級頂升20%，直至加載至100%。在加載的同時(shí)分析受力、變形數(shù)據(jù)，經(jīng)過評估判斷數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計(jì)范圍要求，如果超出設(shè)計(jì)范圍，應(yīng)該及時(shí)分析問題原因。

3.3 結(jié)構(gòu)頂升

濟(jì)寧北站網(wǎng)架頂升區(qū)域重約440t，網(wǎng)架共設(shè)置16 套40T 系列頂升架，理論頂升重量640T，滿足安全系數(shù)。根據(jù)圖紙及現(xiàn)場情況，網(wǎng)架整體頂升分二個(gè)區(qū)域，即：一區(qū)為-0.3m 層A-D 軸/ 7-14軸網(wǎng)架整體拼裝單元；二區(qū)為站房2F（8.5m）層整體拼裝單元。首先進(jìn)行一區(qū)頂升，頂升至8.5m 位置后進(jìn)行二區(qū)的拼裝，拼裝完成后再進(jìn)行二次的整體頂升。兩次頂升轉(zhuǎn)化過程設(shè)置臨時(shí)頂升點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

頂升系統(tǒng)由頂升支架、液壓頂升千斤頂、頂升鏈接桿、液壓泵站、PLC 控制總臺等組成，每臺液壓泵站可以控制兩臺頂升千斤頂，PLC 總控制臺通過每臺千斤頂上的位移傳感器控制著該油路電磁閥的開通或關(guān)閉，通過泵站上的油壓表讀取該路的油壓，從而換算出該路頂升力值，千斤頂安裝在頂升支架的底部對角線交點(diǎn)上，通過頂升帽頂、連接拉桿和銷釘將千斤頂和頂升支架連接在一起，頂升支架的設(shè)計(jì)綜合借用了網(wǎng)架和塔吊的設(shè)計(jì)理念，千斤頂本體高度1.7m，一個(gè)行程最大1.25m。支架結(jié)構(gòu)為格構(gòu)式，平面尺寸1.0m×1.0m，以1.0m 為一個(gè)頂升行程標(biāo)準(zhǔn)節(jié)；總組合高度根據(jù)頂升高度確定，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間的連接采用螺栓球連接，拆卸十分方便。

3.4 對接與卸載

頂升系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)完成后，可以實(shí)施頂升結(jié)構(gòu)、支座之間的對接。要求對接過程中按照非頂升點(diǎn)支座、頂升點(diǎn)支座的順序進(jìn)行。構(gòu)件的對接達(dá)到最大限度之后，實(shí)時(shí)檢查對接質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確定不存在問題即可以著手卸載。注意卸載之前采用測量儀器，檢測鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，豎直與水平方向的鋼結(jié)構(gòu)均不存在位移現(xiàn)象，這是開始卸載非常重要的條件。卸載時(shí)按照卸載工況模擬計(jì)算，得出的頂升反力結(jié)果按照從小到大順序依次卸載。卸載操作遵循“中間向四周，中心對稱”、“整體同步同比例下降”的基本原則，為了使鋼網(wǎng)架卸載更加安全，以免個(gè)別支撐點(diǎn)出現(xiàn)集中受力現(xiàn)象，高鐵站房施工現(xiàn)場采用“整體同步同比例下降”這一方法。卸載之前檢查所有臨時(shí)支撐點(diǎn)的坐標(biāo)，采用測量復(fù)核、標(biāo)高復(fù)核的方式。利用全站儀測量所有臨時(shí)支撐點(diǎn)焊接球頂標(biāo)高、位置，詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，為后期調(diào)整提供依據(jù)。

所有可選擇的卸載方式當(dāng)中，可以總結(jié)為同步卸載、多級循環(huán)卸載，對于高鐵站房鋼結(jié)構(gòu)同步卸載，建議終態(tài)撓度要平均分配，所有支撐上部點(diǎn)支撐均勻降低，提高結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性，即便內(nèi)力方式變化，也可以總結(jié)規(guī)律，避免因沉降不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生突變，或者臨時(shí)支撐上作用荷載異常增加破壞結(jié)構(gòu)與支撐。采用同步卸載在操作過程中存在難度，鋼結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)在高鐵站房施工現(xiàn)場的分布范圍比較大，卸載裝備選配也相對復(fù)雜，施工人員管理必須保證協(xié)調(diào)性、同步精度。若采用多級循環(huán)卸載，這是一種折中卸載方法，操作過程同樣比較復(fù)雜，需要分割卸載空間，各個(gè)區(qū)域卸載要獨(dú)立完成，無須考慮終態(tài)撓度，通過允許范圍內(nèi)的千斤頂位移下降千斤頂。因?yàn)橄陆挡粚ΨQ、不規(guī)律的特點(diǎn)，有可能會使總體內(nèi)部力重分布缺乏均勻性。按照本次高鐵站房項(xiàng)目的施工現(xiàn)場環(huán)境、鋼結(jié)構(gòu)形式，選擇實(shí)現(xiàn)度最高的卸載方法，針對卸載全過程展開應(yīng)變監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測。

待主體結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)作業(yè)結(jié)束，要從原本的施工階段過渡到實(shí)際使用階段，加強(qiáng)內(nèi)力重分布均勻性與內(nèi)力變化可控性。另外，卸載過程必須高效實(shí)施，減少卸載過程成本浪費(fèi)。在選擇卸載方法時(shí)，重點(diǎn)考慮高鐵站房施工安全性與經(jīng)濟(jì)性。

除了以往兩種方法外，采用同比例位移卸載法也比較常用，但該方法不適合在特大型鋼結(jié)構(gòu)中使用。這一類結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)數(shù)量較多，計(jì)算流程也相對復(fù)雜，各個(gè)環(huán)節(jié)千斤頂點(diǎn)需要下降位移均存在差異，施工人員無法保證完全按照位移卸載。組織卸載作業(yè)，通常會采用同位移卸載法，提前設(shè)定各個(gè)支撐桿卸載位移量，再按照要求實(shí)施卸載。這一卸載方式操作相對簡單，也可以保證精度。另外，同位移卸載法的應(yīng)用過程中，如果所需時(shí)間過長，建議將鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)，撤銷分區(qū)部分支撐桿與后區(qū)撐桿，直到施工現(xiàn)場卸載工作結(jié)束。

3.5 拆除與模擬

頂升結(jié)構(gòu)頂升往往需要臨時(shí)支撐構(gòu)件，這些臨時(shí)支撐構(gòu)件的頂升結(jié)構(gòu)就位、卸載結(jié)束后，必須及時(shí)拆除。組織臨時(shí)支撐構(gòu)件拆除，結(jié)構(gòu)邊界可能會發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)部內(nèi)力在拆除支撐構(gòu)件的同時(shí)也會發(fā)生改變。臨時(shí)構(gòu)件拆除完全之后，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)會快速恢復(fù)至設(shè)計(jì)階段受力狀態(tài)。此時(shí)施工人員對拆撐過程展開模擬、計(jì)算，采用生死單元法，在構(gòu)件安裝、拆除過程中選擇添加、刪除模擬單元，便可以模擬構(gòu)件安裝、拆除的過程，了解支撐構(gòu)件拆除流程。

4.結(jié)束語

綜上所述，高鐵站房鋼結(jié)構(gòu)施工采用整體頂升技術(shù)，施工現(xiàn)場的地面拼裝、結(jié)構(gòu)頂升、構(gòu)件卸載、臨時(shí)支撐構(gòu)件拆除等，均需要按照技術(shù)規(guī)范、工程項(xiàng)目要求制定施工方案，發(fā)揮出整體頂升技術(shù)的作用，提高鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，避免施工過程中出現(xiàn)偏差、失誤，影響到高鐵站房項(xiàng)目質(zhì)量，也可以總結(jié)整體頂升技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為今后相關(guān)項(xiàng)目施工提供技術(shù)支持。