大型客站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移跨既有鐵路線施工技術(shù)

梁生武

(中國鐵路總公司工程管理中心， 北京 100038)

大型客站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移跨既有鐵路線施工技術(shù)

梁生武

(中國鐵路總公司工程管理中心， 北京 100038)

隨著我國高速鐵路的發(fā)展和不斷完善，對已開通運營客站的改擴建也不斷增加，既有線安全是關(guān)鍵，文章緊扣這一課題，結(jié)合滬昆客專貴安站施工實踐，對大型客站鋼結(jié)構(gòu)累積滑移跨既有鐵路線施工技術(shù)及質(zhì)量控制等進行了論述，克服了各種困難，既圓滿地解決了施工與運輸相互干擾的問題，又保證了既有線施工安全。

屋蓋； 管桁架； 累積滑移； 營業(yè)線

近年來，隨著我國高速鐵路大規(guī)模建設(shè)，鐵路客站鋼結(jié)構(gòu)跨既有鐵路線施工也在不斷增加，如何在不影響鐵路運輸?shù)臈l件下完成施工任務(wù)成為關(guān)鍵，本文通過貴安站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移施工實踐，對大型客站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移跨既有鐵路施工技術(shù)進行了探討。

1 工程概述

新建長沙至昆明客運專線貴安站站房工程位于貴安新區(qū)湖馬片區(qū)核心區(qū)，一期工程總建筑面積為69 240 m2，站場規(guī)模4臺8線。站房高架候車室鋼結(jié)構(gòu)主要分為三部分：9.9 m標高樓面鋼結(jié)構(gòu)、15.9 m標高夾層平臺和高架候車屋蓋鋼桁架(圖1)。貴安站高架候車室9.9 m和15.9 m的結(jié)構(gòu)于2016年8月30日滬昆客專西段聯(lián)調(diào)聯(lián)試前完成，而屋蓋鋼結(jié)構(gòu)需在滬昆客專貴安站正線開通運營期間施工，成為既有線施工。

圖1 站房鋼結(jié)構(gòu)模型

2 工程施工難點及對策

2.1 工程難點

既有線施工，安全風險大、施工難度大、大件運輸困難、施工體量大、高空作業(yè)多。

2.2 相應(yīng)的對策

貴安站為滬昆客專西段正線通過站，線路不能封閉，只能在股道上方作業(yè)，因此，使用傳統(tǒng)的“整體吊裝”施工技術(shù)，安全無法保證；另外，貴安站施工場地狹窄，通道困難，沒有加工場地，再加上鋼結(jié)構(gòu)管桁架構(gòu)件龐大，幾何尺寸大，不便于運輸和安裝。如果對滬昆客專正線進行安全防護，鋼結(jié)構(gòu)管桁架在一側(cè)拼裝完成后，采用累積滑移施工技術(shù)滑移到位，問題就簡單化，就能保證貴安站滬昆客專正線正常運營。

3 既有線安全防護措施

為了保證滬昆客專正線在聯(lián)調(diào)聯(lián)試及后續(xù)施工期間行車安全，在高架候車廳9.9 m標高南北兩側(cè)(滬昆客專正線上方)12 m寬的室外平臺上方，搭設(shè)三排腳手架防護墻，掛鋼板沖孔網(wǎng)，對營業(yè)線進行防護。

4 方案設(shè)計

通過對整體結(jié)構(gòu)的分析，對可行的方案進行優(yōu)缺點比較后，最后決定本工程采用累積滑移技術(shù)進行安裝，滑移采用液壓同步滑移技術(shù)。

4.1 設(shè)置滑移單元

圖紙設(shè)計屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為9榀倒三角形管桁架，考慮其完整性和穩(wěn)定性，把屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架分割為9個完整的滑移單元(圖2)。

圖2 管桁架滑移單元劃分布置

4.2 滑移設(shè)備的布置

4.2.1 拼裝平臺的設(shè)置

結(jié)合現(xiàn)場情況，在J軸至K軸設(shè)置寬約10 m拼裝胎架，也是第1單元的位置，拼裝完成后滑移出拼裝胎架位置，然后進行第2單元拼裝；第2單元拼裝完成并與第1單元拼裝連接成一體，然后對第1～2單元整體滑移出拼裝胎架位置；拼裝依次類推。

4.2.2 滑移軌道的布置

經(jīng)過優(yōu)化，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在兩排柱子軸線(T20、T17)上，即10根獨立柱(2排×5根)軸線位置設(shè)置兩支雙軌道(圖3)。

圖3 滑移軌道布置

4.2.3 滑靴構(gòu)造

滑靴采用HW350×350箱型扁擔梁，采用Q345，2 cm厚鋼板焊接加勁滑靴，滑靴下設(shè)限位板，限位板與鋼軌間隙不大于2 cm。

4.2.4 頂推點的布置

桁架滑移時，在TA、TC、TE、TH軸線桁架底部對稱布置滑移頂推點，其余位置布置滑移跟隨點，并對拉鋼絞線控制水平變形。每個頂推點布置2臺60 t油缸并配置相應(yīng)夾軌器，采用累積滑移，根據(jù)拼裝區(qū)大小進行單元，共計使用16臺設(shè)備。

4.2.5 液壓泵站的布置

設(shè)置2個油泵站，分別控制2支軌道的頂推壓力，每個泵站控制4個油缸。

4.3 施工流程

采用累積滑移技術(shù)進行安裝，施工流程主要分為以下幾個步驟：第1單元在拼裝胎架位置拼裝；第1單元滑移出拼裝胎架位置；第2單元在拼裝胎架位置與第1單元對接拼裝； 第1～2單元滑移出拼裝胎架位置；拼裝依次類推；第9單元在拼裝胎架位置與第8單元對接拼裝；第1～9單元滑移出拼裝胎架位置；整體滑移到位卸載。

4.4 計算工況選取

計算工況選取如圖4所示。

圖4 工況選取

5 滑移技術(shù)和系統(tǒng)介紹

5.1 滑移技術(shù)

“液壓同步滑移技術(shù)”采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔型夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動爬行。

5.2 滑移系統(tǒng)介紹

本工程利用計算機同步控制液壓油缸步進式推動構(gòu)件進行水平滑移施工作業(yè)。由液壓泵站、主油缸、自動反力支座、連接耳板、電器液壓控制系統(tǒng)組成。滑移過程中主油缸在兩支雙軌道上推動待滑移構(gòu)件，爬行器控制主油缸收縮，計算機控制系統(tǒng)控制油缸壓力及同步性。滑移系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 滑移系統(tǒng)

6 滑移相關(guān)計算

6.1 啟動狀態(tài)分析

摩擦系數(shù)：根據(jù)以往滑移經(jīng)驗，在滑道上涂抹黃油后，靜摩擦系數(shù)為0.18，正常滑移時滑移摩擦系數(shù)為0.15。

6.2 制動狀態(tài)分析

正常滑移時屋蓋動量為mv(v=4.4mm/s)；滑移摩擦系數(shù)為0.15，滑移摩擦力為 0.15 mg；根據(jù)沖量規(guī)律：mv=0.15 mgt；則制動所需時間為t=mv/0.15mg=0.03s；制動時滑行距離 1/2×4.4mm/s×0.03s=0.067mm。由此可見，滑移制動時滑行距離很短，不會竄行。

6.3 滑移過程計算

采用3D3s模擬計算1跨、1～2跨、1～3跨、1～4跨、1～5跨、1～6跨、1～7跨、1～8跨、1～9跨滑移階段工況驗算。

經(jīng)過計算應(yīng)力超限的桿件部位出現(xiàn)在桿件HN500x200及HW350x350，模型中構(gòu)造為未加固桿件，實際結(jié)構(gòu)已經(jīng)加固，桿件應(yīng)力比均在0.85之內(nèi)，以HW350x350為例，加固后軸力產(chǎn)生應(yīng)力為10.1 MPa，彎矩產(chǎn)生應(yīng)力比為174.8 MPa，考慮穩(wěn)定性后結(jié)構(gòu)正應(yīng)力比為0.75。

7 滑移施工工藝

7.1 管桁架的滑移工藝流程

管桁架分段臥式拼裝胎架制作→桁架桿件定位安裝→校正→檢驗→對接焊縫焊接→UT檢驗→焊后校正→監(jiān)理工程師檢查→分段涂裝→檢驗合格→150t履帶吊高空分段對接→滑移檢查→預(yù)滑移→試滑移→正式滑移第1單元→累積拼裝第2單元→滑移檢查→累積滑移第1～2單元→如此類推直到1～9單元全部累積滑移完成→最終落位檢查→卸載→拆除滑移軌道及支撐點。

7.2 預(yù)滑移

計算機進入“自動”操作程序，進行鋼結(jié)構(gòu)的整體滑移；在滑移預(yù)過程中，對各點的位置與負載等參數(shù)進行監(jiān)控，觀察系統(tǒng)的同步控制狀況；根據(jù)同步情況，對控制參數(shù)進行必要的修改與調(diào)整。

7.3 正式滑移

確定推力：根據(jù)設(shè)計滑移荷載預(yù)先設(shè)定好泵源壓力值，由此控制爬行器最大輸出推力，保證整個滑移設(shè)施的安全。

測量位移：在滑移過程中，測量人員應(yīng)通過長距離傳感器或鋼卷尺配合測量各滑移點位移的準確數(shù)值。

同步滑移：計算機控制系統(tǒng)通過長距離傳感器反饋距離信號，控制兩組爬行器誤差在10 mm內(nèi)，從而控制整個桁架的同步滑移。

沖擊力：爬行器為液壓系統(tǒng)，通過流量控制，爬行器的啟動、停止時，加速度幾乎為零，對軌道的沖擊力很小。

若滑移過程中發(fā)現(xiàn)壓力不足，應(yīng)立即停止滑移，按照預(yù)檢程序逐一檢查后排出故障后重新啟動預(yù)滑移；若發(fā)現(xiàn)壓力超限，應(yīng)立即停止滑移，檢查兩支軌道行程是否偏移，如有偏移應(yīng)單支校正，校正完成后重新進行預(yù)檢、預(yù)滑移。

7.4 屋蓋到位卸載

屋蓋到位卸載如圖6所示，Y字撐支座平行于滑移方向設(shè)置卸載上牛腿，采用Q345，板厚20 mm鋼板焊接。對應(yīng)上牛腿位置設(shè)置卸載下牛腿，采用Q345，板厚20 mm鋼板焊接。油缸高240 mm，外徑180 mm，活塞桿直徑100 mm，行程100 mm。頂升額定載荷100 t，頂升時受力約50 t。

7.5 滑移過程的監(jiān)控

采用全站儀對滑移軌道、各工況滑移單元進行撓度變形監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與電腦模擬驗算計算結(jié)果一致。

7.6 滑移完成桁架檢查

滑移完成后對鋼桁架焊接質(zhì)量和網(wǎng)架變形，內(nèi)力監(jiān)測均符合設(shè)計要求，工程驗收合格。

8 施工評價和效果

在現(xiàn)場實施過程中，結(jié)合現(xiàn)場條件，先采用場外加工、地面單元散拼、高空對拼的安裝方式，再利兩支雙軌道累積滑移，滑移到位后采用整體落位卸載，較好地完成了高架候車室屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架的安裝工作。

圖6 屋蓋到位卸載

從工期、成本費用、安全度等方面來分析，滑移施工與傳統(tǒng)法施工相比，效果特別明顯(表1)。

表1 滑移施工與傳統(tǒng)法施工對比

9 結(jié)束語

隨著已開通運營客站的改擴建任務(wù)的增多，要保證施工、運輸兩不誤，更好地解決施工與運輸?shù)南嗷ジ蓴_是擺在鐵路建設(shè)、設(shè)計、施工、運營單位面前的一個重大課題。本文闡述的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架，通過場外加工，場內(nèi)地面單元散拼、高空二次拼裝，然后再利兩支雙軌道累積滑移施工技術(shù)，可以達到施工運輸兩不誤，且安全質(zhì)量得到，還節(jié)約了成本。

[1] GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50068—2001 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準[S].

[5] GB/T 12467—90 焊接質(zhì)量保證[S].

[6] YB 9254—95 鋼結(jié)構(gòu)工制作安裝施工規(guī)程[S].

[7] GB 50205—2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[8] 高國敏，楊李忠，李雪良，等.天津濱海國際會展中心二期鋼結(jié)構(gòu)滑移施工安裝技術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu), 2008, 23(6)：64-68.

[定稿日期]2017-11-04

梁生武(1978～), 男， 大學本科，高級工程師，從事鐵路客站技術(shù)管理工作。

U449.52

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