分段拼裝及步履式頂推施工技術(shù)在站改項(xiàng)目的應(yīng)用探究

陳劍溪CHEN Jian-xi

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300000）

0 引言

天橋等大型鋼構(gòu)一般采用汽車吊等起重設(shè)備將單個(gè)構(gòu)件（或少數(shù)構(gòu)件組成的單元部品）吊起至設(shè)計(jì)位置直接進(jìn)行高空拼裝，或借助臨時(shí)支撐平臺(tái)進(jìn)行拼裝，此類工藝工法已十分成熟，操作簡(jiǎn)易，進(jìn)度可控，安全性也較好[1]。而杭紹臺(tái)鐵路臨海站站房項(xiàng)目涉及三座跨營(yíng)業(yè)線鋼構(gòu)天橋，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地十分有限，其建設(shè)過(guò)程涉及橫跨高鐵線路（杭深線），采用常規(guī)吊裝、散拼等工藝安全風(fēng)險(xiǎn)極大，且需要相關(guān)站點(diǎn)長(zhǎng)期停辦客運(yùn)以創(chuàng)造施工條件，不僅工程成本巨大，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷娜粘３鲂性斐勺璧K，社會(huì)影響極大。如何有效減少對(duì)作業(yè)場(chǎng)地的要求和后續(xù)跨線作業(yè)量，減少對(duì)既有杭深高鐵運(yùn)營(yíng)的影響，同時(shí)做到進(jìn)度可控、安全可靠，是該項(xiàng)目的一大難點(diǎn)，但目前行業(yè)內(nèi)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)較少，迫切需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)、引入新工藝。

1 難點(diǎn)分析及研究思路

在臨海站三座天橋正式施工前，組織各方人員反復(fù)踏勘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件：現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄，作為拼裝平臺(tái)的高架站房部分樓板，其寬度33m，無(wú)法完成總長(zhǎng)度58.25m 的天橋結(jié)構(gòu)拼裝；橫跨的杭深線無(wú)法停止行車，僅可利用天窗封鎖的短暫時(shí)間進(jìn)行頂推作業(yè)；在既有站臺(tái)內(nèi)設(shè)置小范圍的臨時(shí)支撐，支撐間距較大，頂推過(guò)程中最大將有25.7m 結(jié)構(gòu)處于懸挑狀態(tài)，整體穩(wěn)定性較差；結(jié)構(gòu)施工完成后還需進(jìn)行屋面和幕墻的施工，涉及大量焊接作業(yè)，危及下方接觸網(wǎng)等線路設(shè)備[2]。在對(duì)施工方案進(jìn)行了多輪論證并在過(guò)程中持續(xù)優(yōu)化后，逐漸形成以下研究思路：①分析構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，合理進(jìn)行分段。在確保各節(jié)段自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，將天橋主體劃分為5 個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段既可以單獨(dú)升降、移動(dòng)，也能與后續(xù)節(jié)段繼續(xù)組合。一個(gè)節(jié)段拼裝完成后將其頂推前移，空出場(chǎng)地以便下一節(jié)段的拼裝，循環(huán)步驟直至所有節(jié)段全部完成。通過(guò)這一循環(huán)，實(shí)現(xiàn)在較小區(qū)域內(nèi)完成整座鋼構(gòu)天橋的拼裝。②采用步履機(jī)系統(tǒng)，豎向千斤頂頂起構(gòu)件，水平千斤頂向前頂推，就位后豎向千斤頂收缸，至此完成一個(gè)頂推行程。重復(fù)多個(gè)頂推行程，最終將整個(gè)天橋推移至設(shè)計(jì)位置。由于步履機(jī)系統(tǒng)頂推過(guò)程大部分作用力存在于系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)外影響較小，可以大幅減小頂推過(guò)程對(duì)支撐系統(tǒng)的反力，支撐系統(tǒng)的設(shè)置更加方便，也更加安全[3]。③在構(gòu)件前端加設(shè)截面較小且略作上揚(yáng)的鋼構(gòu)導(dǎo)梁，大幅減少其懸挑端荷載，從而減少端部下沉量，使得前端能更快地完成跨線并到達(dá)支墩位置，整體形態(tài)從懸挑轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)支，滿足了“正線上方無(wú)懸挑，行車安全有保障”的規(guī)定條件。④在天橋主體拼裝階段同步進(jìn)行裝修龍骨的安裝，通過(guò)改變施工節(jié)點(diǎn)做法形成自由端，結(jié)合頂推完成后的二次矯正技術(shù)，使得龍骨安裝質(zhì)量滿足后期裝修標(biāo)準(zhǔn)，大幅減少跨線裝修安裝作業(yè)量。

2 應(yīng)用操作要點(diǎn)

分段拼裝及步履式頂推施工是結(jié)合了頂升、頂推、拼裝等工序的復(fù)合過(guò)程，主要施工步驟如下：

2.1 安裝步履機(jī)與平臺(tái)

①根據(jù)構(gòu)件尺寸、重量等參數(shù)，通過(guò)建模驗(yàn)算，確定步履機(jī)的型號(hào)、數(shù)量以及布設(shè)位置，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣出平面位置線，注明頂推方向線，為搭設(shè)步履機(jī)安裝平臺(tái)做好準(zhǔn)備。②根據(jù)步履機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用擱放平臺(tái)支架方式搭設(shè)步履機(jī)安裝平臺(tái)。平臺(tái)包括一個(gè)擱墩、一臺(tái)步履機(jī)、分配梁及墊塊若干以及一個(gè)擱放平臺(tái)組成，分配梁和擱放平臺(tái)采用多塊H 型鋼拼接而成。通過(guò)調(diào)整擱放平臺(tái)高度，可調(diào)節(jié)整個(gè)構(gòu)件拼裝平臺(tái)高度，為最后的落梁步驟提供條件（見(jiàn)圖1）。

圖1 擱放平臺(tái)支架方式

2.2 拼裝第一節(jié)段

將第一節(jié)段下弦桿放置在布設(shè)完畢的步履機(jī)上，然后進(jìn)行斜桿、上弦桿等其余構(gòu)件的拼裝。在此階段同步完成導(dǎo)梁的拼裝，將其與天橋主體進(jìn)行可靠連接（見(jiàn)圖2）。

圖2 拼裝結(jié)構(gòu)主體第一節(jié)段

2.3 頂升構(gòu)件

通過(guò)集中控制系統(tǒng)控制豎向千斤頂將拼裝完成的天橋節(jié)段頂起，使其離開(kāi)擱墩30mm 左右。這一過(guò)程用時(shí)20秒左右（見(jiàn)圖3）。

圖3 頂升千斤頂升梁

2.4 前移構(gòu)件

節(jié)段頂升就位后略作靜置，迅速檢查各部位狀態(tài)，確保構(gòu)件無(wú)形變、側(cè)翻等安全隱患，并確認(rèn)各步履機(jī)狀態(tài)正常。然后通過(guò)控制系統(tǒng)控制步履機(jī)的水平千斤頂伸缸，使天橋節(jié)段前移（見(jiàn)圖4），通過(guò)位移傳感器反饋到控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確定推移量符合設(shè)定（約600mm）。這一過(guò)程用時(shí)40 秒左右。

圖4 水平千斤頂前移

2.5 水平千斤頂收缸回程

水平千斤頂頂推就位后，迅速對(duì)整個(gè)系統(tǒng)再次檢查，確認(rèn)正常后控制各步履機(jī)水平千斤頂收缸回程600mm（見(jiàn)圖5），此過(guò)程用時(shí)40 秒左右。

圖5 水平千斤頂收缸回程

隨著水平千斤頂恢復(fù)原始狀態(tài)，一個(gè)完整頂推行程完成，循環(huán)這一行程，將第一節(jié)段頂推至預(yù)定位置。每循環(huán)5個(gè)行程，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行一次觀測(cè)，確認(rèn)其端部下沉是否超限、水平偏移是否超限等，確保符合要求后方可繼續(xù)頂推。

2.6 豎向千斤頂收缸回程

當(dāng)水平千斤頂恢復(fù)原始狀態(tài)后，控制各步履機(jī)豎向千斤頂活塞收缸回程，將構(gòu)件落到擱墩上，進(jìn)行力系轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖6）。這一過(guò)程用時(shí)20 秒左右。

圖6 豎向千斤頂收缸回程

2.7 拼裝結(jié)構(gòu)主體第二節(jié)段

調(diào)整步履機(jī)布置，然后參照2.2 步驟進(jìn)行第二節(jié)段的拼裝（見(jiàn)圖7）。

圖7 拼裝結(jié)構(gòu)主體第二節(jié)段（同步進(jìn)行裝修龍骨安裝）

2.8 剩余節(jié)段的拼裝和頂推

重復(fù)“2.2”~“2.7”步驟，直至天橋所有節(jié)段全部拼裝以及頂推平移完成。確認(rèn)天橋整體到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，拆除端部導(dǎo)梁。杭紹臺(tái)鐵路臨海站3 號(hào)天橋后續(xù)拼裝及頂推程序見(jiàn)圖8~圖11。

圖8 第三次頂推并拼裝天橋第三節(jié)段（同步進(jìn)行裝修龍骨安裝）

圖11 頂推就位并拆除導(dǎo)梁

2.9 裝修龍骨的融入

為進(jìn)一步壓縮天橋主體安裝就位后的跨線焊接、拼裝作業(yè)量，減少施工危險(xiǎn)源，縮短危險(xiǎn)時(shí)段，在三座天橋施工過(guò)程中，逐步加大裝修龍骨的融入。第一座天橋頂推時(shí)，僅進(jìn)行了幕墻主龍骨和屋面主檁條的預(yù)安裝，至第三座天橋頂推時(shí)，已基本完成了包含了屋面板及所有裝修龍骨的安裝工作[4]。主要從以下三方面進(jìn)行控制：①結(jié)合天橋主體形變相關(guān)演算數(shù)據(jù)，對(duì)橫向龍骨適量起拱，使得頂推就位后，隨著天橋主體下?lián)?、穩(wěn)定，龍骨趨向于平直。②通過(guò)設(shè)置腰形孔、插芯套接等連接方式，使龍骨體系具備一定量的自由活動(dòng)空間，避免因主體變形導(dǎo)致剛性接頭部位出現(xiàn)崩裂、變形等質(zhì)量事故。③頂推完成后，及時(shí)量測(cè)實(shí)際形變量，根據(jù)形變量，對(duì)幕墻龍骨進(jìn)行二次矯正，確保平直度滿足規(guī)范要求。

圖9 第四次頂推并拼裝天橋第四節(jié)段（同步進(jìn)行裝修龍骨安裝）

圖10 第五次頂推并拼裝天橋第五節(jié)段（同步進(jìn)行裝修龍骨安裝）

2.10 注意事項(xiàng)

①認(rèn)真檢查進(jìn)場(chǎng)的步履機(jī)各構(gòu)件、油管、機(jī)電、電氣元件、液壓油量及通訊是否符合要求，電纜是否安全、可靠，有無(wú)斷路、短路和絕緣損壞現(xiàn)象；液壓油是否潔凈無(wú)污染等。頂推系統(tǒng)使用前，應(yīng)進(jìn)行整體調(diào)試和演練，確保頂推過(guò)程中所有油缸、油站、油路、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。②認(rèn)真確認(rèn)步履機(jī)擱置支架系統(tǒng)的材料選用、焊接工藝、支架垂直度等施工質(zhì)量是否符合方案設(shè)計(jì)、國(guó)家施工規(guī)范及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。擱放平臺(tái)必須滿足：平面位置誤差≤±2cm、傾斜度≤0.5%、標(biāo)高誤差≤±1cm、平整度≤±2mm[5]。③頂推作業(yè)前在步履機(jī)頂升作用點(diǎn)的縱向軸線位置（一般是在頂推腹板位置）設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，頂推過(guò)程中必須設(shè)置專人連續(xù)觀測(cè)，確保頂升的作用點(diǎn)平面位置偏差小于3cm。在構(gòu)件的最前端和尾部分別設(shè)置平面位置反光貼，配合全站儀等儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)步履機(jī)作用點(diǎn)位置偏移值大于3cm時(shí)，必須進(jìn)行糾偏[6]?、茉诟鞴r條件下，要及時(shí)調(diào)整各臺(tái)步履機(jī)前后擱墩的高度，確保擱墩標(biāo)高符合要求，前后擱墩受力一致。如果分配梁上面需要墊塊調(diào)高或調(diào)坡，分配梁上面的墊塊應(yīng)滿鋪并密貼，碼放后的頂面要平整，確保分配梁與箱梁底面處于受力密貼狀態(tài)，確保分配梁方向要與頂推方向一致；如橫向、縱向傾斜角度大于1%時(shí)，及時(shí)鋪墊相應(yīng)的調(diào)平板，使橫向、縱向傾斜角度小于1%，以免頂升偏心受壓損壞、支架偏心受壓產(chǎn)生過(guò)大的水平推力，從而避免支架失穩(wěn)和頂推方向偏移[7]。⑤頂推操作前，操控人員必須通過(guò)計(jì)算機(jī)界面數(shù)據(jù)確定各臺(tái)步履機(jī)處于正常狀態(tài)，且與各臺(tái)步履機(jī)看守人員確認(rèn)全部步履機(jī)處于正常工作狀態(tài)，步履機(jī)頂升作用點(diǎn)位置偏差小于3cm 的情況下，才能進(jìn)行頂推操作。⑥操控人員必須和防護(hù)、指揮等現(xiàn)場(chǎng)看守人員間保證通訊暢通，并按約定的語(yǔ)句應(yīng)答，及時(shí)通報(bào)情況，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)告。

3 安全性驗(yàn)算及監(jiān)測(cè)分析

為進(jìn)一步梳理頂推過(guò)程中各階段天橋主體結(jié)構(gòu)和支持系統(tǒng)的受力狀態(tài)，在方案階段利用Midas Civil 2017 軟件對(duì)整個(gè)頂推施工進(jìn)行了模擬，分析各工況下結(jié)構(gòu)本身及支撐系統(tǒng)的受力狀態(tài)，甄別最不利狀態(tài)，并分析在此狀態(tài)下整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，比對(duì)警戒數(shù)據(jù)，從而確保頂推全過(guò)程的安全性。本文以臨海站尺寸最大的1 號(hào)天橋相關(guān)數(shù)據(jù)為例。

根據(jù)建模分析，當(dāng)導(dǎo)梁前端到達(dá)對(duì)側(cè)臨時(shí)支撐步履機(jī)位置但未落上步履機(jī)時(shí)，此時(shí)頂推整體前端懸挑長(zhǎng)度最大，天橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性最差，位于既有2 站臺(tái)的臨時(shí)支撐荷載最大，為頂推過(guò)程最不利狀態(tài)，此狀態(tài)見(jiàn)圖12。

圖12 最不利工況狀態(tài)

3.1 端部下沉

結(jié)合Midas Civil 2017 進(jìn)行頂推模擬，得出此狀態(tài)下端部最大下沉值為13mm。在頂推過(guò)程中，采用全站儀對(duì)其端部的下沉情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)設(shè)在導(dǎo)梁下弦桿端部外側(cè)，在頂推前觀測(cè)一次并記錄高程數(shù)據(jù)，頂推過(guò)程中觀測(cè)4 次，頂推到位后測(cè)一次，并分別與頂推前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出實(shí)測(cè)值為9mm，低于驗(yàn)算值。

3.2 臨時(shí)支撐穩(wěn)定性

據(jù)實(shí)測(cè)，臨時(shí)支撐位置地基承載力為150kPa，頂推支架反力及支架系統(tǒng)自重F1=195.58t，臨時(shí)支撐基礎(chǔ)尺寸為6.4×4×1.2m，基礎(chǔ)自重G2=6.4×4×1.2×2.5=76.8t，2#站臺(tái)地基承載力：

P=（196.58+76.8）/（6.4×4）=106.4kPa＜150kPa，支撐系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，最大沉降量為2mm，低于預(yù)警值3mm，周邊建筑無(wú)超出警戒值的變形情況[8]。

3.3 分析結(jié)論

根據(jù)以上驗(yàn)算數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可見(jiàn)頂推過(guò)程安全可靠，對(duì)周邊線路、雨棚等無(wú)影響，可以確保行車安全。

4 結(jié)語(yǔ)

分段拼裝及步履式頂推施工技術(shù)在站改項(xiàng)目方面應(yīng)用前景十分廣闊，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①分段拼裝使得拼裝平臺(tái)僅需滿足部分節(jié)段長(zhǎng)度即可，大幅降低了對(duì)于主體拼裝場(chǎng)地的需求，能有效規(guī)避大規(guī)模搭設(shè)拼裝平臺(tái)，從而降低經(jīng)濟(jì)成本。②由于大部分作用力在于步履機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，施工過(guò)程中對(duì)于支撐系統(tǒng)的側(cè)向反力相對(duì)較小，降低了支撐系統(tǒng)設(shè)置難度，抗傾覆能力強(qiáng)，安全性高。③整個(gè)頂推施工僅需5 次天窗封鎖，其中跨線僅需1 次封鎖即可完成，全程無(wú)需高鐵線路停運(yùn)，避免了對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)等的影響；也無(wú)需在線路上設(shè)置起重設(shè)備或支撐設(shè)施，對(duì)線路質(zhì)量無(wú)影響，確保行車和旅客安全。④在主體頂推階段可以融入裝修龍骨的安裝，大幅減少后期天窗施工作業(yè)量，有效提升了工作效率和安全性。