大跨度鋼結構煤棚帶柱液壓頂推滑移施工技術

中國建筑第八工程局西北分公司 西安 710075

0 引言

大型鋼結構滑移安裝施工技術屬于建筑業十項新技術范疇，可加快施工進度、減少胎架用量、節約大型設備、提高焊接安裝質量，特別是應用在受現場條件限制的鋼結構安裝施工中。對于極為復雜的作業環境，可通過對滑移施工技術的進一步優化調整來實現，本工程采取帶柱液壓頂推滑移施工技術，提高了施工安全性，確保了進度及質量。現通過該施工技術的介紹，更好地促進鋼結構滑移施工的應用及發展。

1 工程概況

薩拉齊鐵路專用線儲煤車間工程位于包頭市薩拉齊二環路東側，本工程為大型儲煤車間，基礎為鋼筋混凝土結構，主體結構為大跨度空間管桁架結構。封閉面積為21萬 m2，東西長1 650 m、南北寬127.25 m，檐口高度為19 m，結構最大高度24 m。共由11 個完全獨立單體組成，其中包含10 個結構完全相同的標準大單元及1 個小單元（由西向東編號為1～11單元），標準大單元軸線尺寸為150 m×109.25 m；小單元（10單元）軸線尺寸為90 m×109.25 m。單個標準單元由11 榀空間管桁架、33 根四肢格構柱組成。縱向柱距15 m，跨度分別為48.75 m和60.50 m。相鄰單元之間留6 m寬縫隙，用于采光通風。

現場作業環境如圖1所示。

圖1 場地剖面

2 施工重難點分析[1-3]

本工程的重難點主要有以下兩方面：

1）施工作業區內存有2 條25 kV既有線，如何確保鋼結構安裝階段的施工安全是本工程的重中之重；

2）施工作業區內存有4 條煤炭周轉運輸站臺，如何盡可能地減少對業主煤炭運輸作業的交叉影響，確保工程的進度及質量，是本工程的一大難點。

本工程采用帶柱液壓頂推滑移施工技術，經國內知名專家論證及現場實踐，有效解決了以上施工難題，得到了業主及同行的充分肯定及認可。

3 施工部署

擬建結構全長為1 650 m，由西向東共分為11 個單元，針對單元之間完全獨立的設計特點，以及施工作業區存在2條通長既有線鐵路，單列裝煤火車最長為1 300 m等現場客觀條件，采用帶柱液壓頂推滑移施工法，分2 個施工區域同時進行鋼結構的安裝施工。施工區間1為1～6單元，施工區間2為7～11單元。

以施工區間1為例，該區間左側的90 m范圍內作為構件的拼裝場地，緊鄰拼裝場地的30 m范圍內固定為主結構吊裝區域，拼裝及吊裝區域采用120 m的高壓線防護棚及運煤車輛安全通道予以保證施工的安全性。首先吊裝單個滑移單元的第1、第2榀桁架及柱，利用液壓同步頂推滑移系統將其頂推滑移15 m后暫停滑移，再進行第3榀桁架、柱的拼裝，按照同樣的方法完成單個滑移單元的拼裝，最后利用液壓同步頂推滑移系統將單個滑移單元整體滑移至設計安裝位置，完成安裝。同樣方式依次完成其余單元的鋼結構安裝。

4 施工流程[4-6]

流程1：由250 kN汽車吊搭設防護棚及滑移軌道、臨時支撐架的安裝。本工程共設置3 條連續通長的滑移軌道（圖2）。

圖2 流程1

流程2：采用履帶吊首先進行1-8軸線處格構柱的安裝，安裝后的桁架柱用臨時柱靴固定，質量通過滑移軌道傳到軌道梁上。

流程3：1-8位置分4 段采用700 kN履帶吊完成主桁架的吊裝。

流程4：進行1-7軸線位置格構柱的安裝，完成1-7軸線位置主桁架的高空對接安裝。

流程5：進行主桁架間的次桁架及檁條安裝。

流程6：前2 榀桁架滑移一個軸線位置后，進行后續桁架、柱及檁條的安裝（圖3）。

圖3 流程6

流程7：利用液壓同步頂推滑移系統將已完成單個滑移單元帶柱整體滑移至設計安裝位置，然后進行剩余的焊接工作；與此同時進行下一個滑移單元桁架拼裝工作，直至完成（圖4）。

圖4 流程7

流程8：當除1-1～1-7軸線拼裝區域以外的滑移施工完成后，最后進行該拼裝區域屋蓋鋼結構的安裝，首先由里往外安裝格構柱，其次安裝主、次桁架，最后進行鋼檁條等構件安裝。

5 滑移施工關鍵技術

5.1 固定防護棚

鋼結構施工期間為避免對鐵道影響及對高壓線的隔離，在施工區拼裝及吊裝區設置寬度×高度×長度為16 m×11 m×120 m的防護棚。

5.2 軌道梁、滑軌平面布置

從1～11單元基礎柱上部設置3 條滑移軌道，軌道及軌道梁設置如圖5所示。

圖5 滑移軌道及軌道梁平面布置

5.3 滑移節點

格構柱在柱底板位置斷開（垂直與滑動方向的柱加勁肋暫不焊接），與屋面檁條、屋蓋桁架同步滑移。待桁架柱滑移到設計值時，桁架柱再和柱腳底板、與軌道方向垂直的柱底加勁肋和腹桿進行連接。滑移節點如圖6所示。

圖6 滑移節點設計

5.4 頂推點設置

單個滑移單元滑移時，在每條滑道設置2 組頂推點，頂推點設置在第1榀和第6榀桁架支撐柱柱腳處，每個頂推點設置1 臺YS-PJ-50型液壓頂推器，單個滑移單元共計配置6 臺液壓頂推器。

5.5 臨時拉桿設置

鋼結構滑移時為確保結構的穩定性，在格構柱之間拉設φ152 mm×8 mm的鋼管，使滑移結構形成一個穩定的結構單元，如圖7所示。

5.6 液壓系統配置

本工程選用的液壓頂推器的型號YS-PJ-50型，額定頂推力為500 kN。

圖7 滑移頂推點及結構加強措施示意

在滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑移座與滑道間的摩擦力f達到平衡。

摩擦力f=滑移座在結構自重作用下豎向反力×1.2×0.15 （滑移座與滑軌之間的摩擦因數為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦因數為0.15，1.2為摩擦力的不均勻系數）。

本項目單個滑移單元的最大質量約為450 t。根據工況計算結果，頂推滑移過程中所需的頂推力f為880 kN。

本工程中單個滑移單元每條滑道上設置2 個頂推點，每個頂推點配置1 臺YS-PJ-50型液壓頂推器，單個提升單元共配置6 臺。

單臺YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅動力為500 kN，則頂推點的總頂推力設計值為3 000 kN ＞880 kN，能夠滿足滑移施工的要求。

5.7 滑移變形監測

滑移變形監測，主要從施工模擬計算、頂推點不同步分析及滑移過程中現場實測等3 方面予以確保整體結構的安全。

5.7.1 施工模擬計算

在方案實施前期，借助Midas對本工程進行施工模擬計算，詳細分析了結構及構件在施工過程中的變形和應力。通過對典型滑移過程中幾個關鍵階段進行分析，得出以下結論：滑移過程中，軌道梁變形最大工況發生在滑靴運動到跨中位置，軌道梁側向變形最大10.3 mm，豎向變形最大28.1 mm；由應力值可知，軌道梁最不利受力發生在滑靴運動到跨中和支座之間，通過對運行到軌道梁1/4處的工況模型進行計算，軌道梁最大應力達218 MPa。

5.7.2 頂推點不同步分析

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滑移施工采用液壓同步累積滑移，滑移的同步性由計算機控制，然而受滑道摩擦因數的差異、頂推器推力計算誤差及其他各種偶然因素的影響，滑移過程中各滑道之間會存在不同步的現象。

為了準確評估不同步滑移對結構內力及變形產生的影響，建立了考慮滑移量的計算模型，分別計算不同滑移量值對結構產生的內力和變形，最終確定各個滑移階段所對應滑移量的限制。

滑移不同步的限值確定需注意：不能因不同步造成桁架的過大附加應力；不同步滑移限值引起的桿件內力和應力變化大小的確定，需對結構進行受力分析。

通過Midas軟件分析得出：相同的不同步滑移量下，B軸線（中間軸線）桁架柱的不同步滑移對結構內力影響最大。C軸線對結構的影響又比A軸線影響稍大。結構桿件應力考慮不同步滑移發生時，根據理論計算，以結構桿件應力控制在200 MPa，加固梁控制在300 MPa以下為標準。

5.7.3 滑移過程中現場實測

本工程根據軸線布置，每個單元分為三大實測區。結構滑移過程中，采用電子水準儀、全站儀對滑移軌道梁側向變形和豎向變形、頂推點的同步性進行測量，結果表明：實測結果和施工模擬結果規律基本吻合。

6 經濟效益

本工程如采用傳統鋼結構安裝工藝，勢必造成車間內的4 條站臺全部停運。采用帶柱液壓頂推滑移施工技術，有效保障了業主煤炭中轉的正常運營。按照當地類似集裝站的租賃價格，每條站臺一年租賃費至少為3 000 萬元，扣除滑移措施費支出約1 000 萬元，共計為業主節約資金至少1.1 億元。

7 結語

2）通過有效利用結構自身特點，在常規屋蓋滑移的基礎上，大膽創新采用帶柱整體滑移的施工方法，有效地解決了復雜作業條件下的鋼結構施工；

3）通過在結構吊裝作業區設置固定式高壓線防護棚的措施，結合帶柱滑移施工方法，有效地保障了既有線施工的安全性；

4）帶柱滑移最大距離為825 m，在國內同行業領域尚屬罕見；

5）通過采用電子水準儀、全站儀、GPS、液壓同步監控系統等設備，保證了滑移同步控制的及時性和準確性。