淺談大型站臺人行天橋立柱改移施工技術(shù)

劉杰

（中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司，山西 晉中 030600）

當前，在天橋改造過程中，技術(shù)方面還較為薄弱，特別是在天橋正常運營條件下進行立柱改移。對此，相關(guān)人員應該更慎重、深刻的思考如何做好施工安全技術(shù)管理工作，發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢，提高施工質(zhì)量。

1 工程概況

某車站由于新線引入，既有普速場基本站臺（28 m寬）引入新線兩股道，將原基本站臺拆分成2個站臺，導致既有基本站臺4個天橋立柱和天橋樓扶梯不滿足新建站臺的界限要求，需進行移柱改造。由于既有天橋正在運營，為了不中斷運營，減少旅客疏導的次數(shù)，縮短旅客進站時間，減少對既有結(jié)構(gòu)的破壞，減少人力、物力、財力的投入，在保證鐵路運營安全、施工安全、工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，筆者整理了一套不影響運營的大型站臺人行天橋立柱改移施工技術(shù)。

2 人行天橋立柱改移施工步驟

2.1 利用Midas建模技術(shù)分析

在施工過程中，人行天橋在不同的施工過程中受力不同，可能導致鋼結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)，局部構(gòu)件和節(jié)點被破壞，并且有可能導致結(jié)構(gòu)局部屈曲和失穩(wěn)。為了掌握鋼結(jié)構(gòu)施工過程的各項指標（比如桿件和節(jié)點受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)橫向和豎向位移值等），保證鋼結(jié)構(gòu)的施工安全性，建模并分析人行天橋在原結(jié)構(gòu)狀態(tài)下模型、設置臨時支撐狀態(tài)下模型、拆除4個既有人行天橋立柱狀態(tài)下模型、安裝新立柱完成狀態(tài)下模型、拆除臨時支撐狀態(tài)下模型等5種工況下的受力情況，得出臨時支撐附近的桁架內(nèi)力和梁的彎矩最大。因此，在臨時支撐附近梁和桁架單元布設應力計和應變片，在施工過程中對天橋進行變形觀測。

2.2 臨時支撐體系施工

根據(jù)天橋的結(jié)構(gòu)情況，臨時支撐體系需要設置5個立柱和基礎(chǔ)。經(jīng)檢算，得出臨時支撐基礎(chǔ)每個尺寸為3.5 m×3.5 m×1 m，地基承載力不小于250 kPa，地基承載力采用重型觸探儀檢測確定。設置臨時支撐的基本原則是：對結(jié)構(gòu)安裝影響最小，便于施工，且措施量小。臨時支撐型號為圓管800 mm×20 mm，支撐與承臺采用錨栓連接，支撐與支撐間采用圓管桁架連接，中間鋼柱起到穩(wěn)定臨時支撐椼架的作用。

2.3 天橋頂升作業(yè)

根據(jù)天橋自身荷載和走人后活載計算，采用16臺型號為TRSM-1000的千斤頂。因液壓頂升為本施工內(nèi)容的核心步驟，為了確保液壓頂升過程中的安全，防止液壓頂升系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，頂升作業(yè)采用多點同步、分級頂升技術(shù)。為了確保頂升過程中梁體和支柱的安全，克服恒載按5級加載，具體加載級別劃分為0.25T→0.5T→0.7T→0.9T→T（T為恒載作用下各支座反力）。頂力克服恒載后，按頂升位移每1 mm為一級進行加載，梁體升高0.3 cm后立刻停止。總體加載級別劃分為0.25T→0.5T→0.7T→0.9T→T→1 mm→1 mm→1 mm。

2.4 拆除天橋既有立柱

為了確保人行天橋在施工過程中的穩(wěn)定性，天橋既有立柱拆除分階段進行，先拆除左端2個立柱，再拆除右端2個立柱。施工時，采用靜力切割的方法拆除原鋼立柱，靜力切割采用液壓繩鋸切割機，并配合汽車吊施工。將原鋼管混凝土柱分段切割到設計標高后，鑿除鋼柱內(nèi)未切除部分混凝土。第1根鋼柱拆除完成后，觀測液壓頂升系統(tǒng)，并監(jiān)測天橋桁架系統(tǒng)的幾何變形與應力變化，觀測液壓頂升系統(tǒng)，確認相關(guān)指標符合相應規(guī)范要求后進行下一步——拆除第2根鋼柱，其余鋼柱拆除方案與第1根鋼柱拆除方案相同。

2.5 下懸桿加固

原鋼柱移位后，導致天橋立柱同軸的衍架豎桿與新鋼柱間天橋下弦桿跨度增大，間距增大，結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化。要想保證鋼結(jié)構(gòu)的整體安全性，需加固此范圍內(nèi)下弦桿下翼緣，具體步驟是：①由工廠預先制作底部加固構(gòu)件；②部分構(gòu)件由車間加工好運到現(xiàn)場，利用電動葫蘆將其提升到下弦桿底部就位（不焊接）；③當?shù)撞繕?gòu)件就位以后，下弦桿兩側(cè)加勁板安裝就位（電焊點焊）；④當下弦桿兩側(cè)加勁板就位以后，下弦桿兩側(cè)橫向加勁板安裝就位（電焊點焊）；⑤當下弦桿所有加固構(gòu)件就位以后，考慮到焊接產(chǎn)生的焊接應力對下弦桿造成的影響，確定焊接順序為先豎向焊接后橫向焊接；⑥考慮到焊接產(chǎn)生的焊接應力對下弦桿造成的影響，對下弦桿底面和加固構(gòu)件采取不焊接處理的方式。

2.6 新天橋支撐體系施工

根據(jù)圖紙設計要求進行立柱樁基和承臺基礎(chǔ)的施工，由于立柱施工精度要求高，基礎(chǔ)施工每一步都要嚴格控制并對其檢驗。基礎(chǔ)檢驗包括軸線誤差測量、支撐面和支座表面標高與水平度的檢驗、預埋螺栓的位置檢查等。

在吊裝新的支撐體系前，應根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2001）中有關(guān)的規(guī)定，仔細檢驗鋼構(gòu)件的外形和幾何尺寸，如果有超出規(guī)定的偏差，在吊裝之前應設法消除，保證結(jié)構(gòu)安裝順利進行。新鋼柱共計4根，高度約為11.2 m，每根重約3.5 t，為了滿足現(xiàn)場吊裝的要求，每根鋼柱等分成2段，先吊裝下段鋼柱，再吊裝上部鋼柱，鋼柱對接口處采用焊接固定器，拼接時按固定器校正鋼柱，對接焊縫達到一級焊縫。柱頂放置GPZ（Ⅱ）2.5GD支座，并與天橋下弦桿和下部結(jié)構(gòu)用螺栓連接。

2.7 除臨時立柱人行天橋改造完成

新的天橋支撐體系施工完成后，需要拆除臨時支撐體系，先解除千斤頂保護環(huán)，然后開始卸載。卸載時，與分級加載的順序相反，分級卸載。分級減載落梁步驟是：3 mm→2 mm→1 mm→落梁完成，并使新支座表面與新支座上鋼板密貼，逐級拆除臨時支撐的薄鋼板和千斤頂保護環(huán)。初期落梁，位移比較小，可按照1 MPa油壓缷載。卸載臨界狀態(tài)基本在0.8T左右，當油壓卸載時，宜盡量減慢卸載速度，防止卸載位移過大，加劇梁間相對位移差異，破壞橋面系。處于卸載臨界狀態(tài)后，在后續(xù)卸載中，可適當加快卸載速度，具體需要根據(jù)卸載位移速度確定。卸載完成后，按照從上到下的順序依次拆除臨時支撐體系。至此，天橋改造工作完成。

3 施工監(jiān)測

3.1 施工監(jiān)測目的

施工監(jiān)測的目的是及時了解和掌握人行天橋鋼結(jié)構(gòu)及其鄰近屋架結(jié)構(gòu)在施工過程中真實的受力和變形情況，必要時，為天橋改造施工方案提供技術(shù)參考，對鋼結(jié)構(gòu)的對接焊縫進行超聲波檢測，保證鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，為后續(xù)工程施工積累經(jīng)驗。

3.2 施工監(jiān)測的范圍

衢州站人行天橋改建工程鋼結(jié)構(gòu)的幾何變形和應力狀況，監(jiān)測工況為：設置臨時支撐→拆除舊鋼柱→安裝新鋼柱→拆除臨時支撐。

監(jiān)測檢測的范圍是整個衢州站人行天橋改建工程鋼結(jié)構(gòu)施工影響區(qū)域。

3.3 施工監(jiān)測的內(nèi)容

施工監(jiān)測的內(nèi)容包括以下2點：①鋼結(jié)構(gòu)的x和y向（即平面）位移監(jiān)測，以及z向（即高程）位移監(jiān)測；②鋼結(jié)構(gòu)的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座的正彎矩和相應的負彎矩。

3.4 具體監(jiān)測試驗方案

3．4．1 幾何變形監(jiān)測試驗

3.4.1.1 監(jiān)測技術(shù)方案

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB 50017—2014）、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2012）、《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設計規(guī)范》（JTG D64—2015）、原設計圖紙和人行天橋改造施工方案，結(jié)合有限元模擬分析結(jié)果和施工現(xiàn)場的條件，確定監(jiān)控報警值為：①應力監(jiān)測報警值為276 Mpa；②立柱沉降報警值為3 mm/d，25 mm；③鋼立柱平移（傾斜）9 mm；④縱梁下?lián)现禐?00 mm；⑤橫梁下?lián)现禐?0 mm。

3.4.1.2 水平位移（x向和y向）監(jiān)測

鋼結(jié)構(gòu)的水平位移包括x向和y向。水平位移監(jiān)測方法采用方向交會和距離交會，交會角控制在30°～150°之間，觀測數(shù)據(jù)整體構(gòu)網(wǎng)平差。

3.4.1.3 豎向位移（z向）觀測

豎向位移觀測鋼結(jié)構(gòu)的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座處的豎向位移觀測。

3.4.1.4 數(shù)據(jù)記錄和處理

所有的觀測數(shù)據(jù)由DINI 12（DINI 11）自動記錄，觀測過程中的各項限差完全按規(guī)范要求設置，并由DINI 12（DINI 11）自動控制。觀測完畢，將觀測數(shù)據(jù)傳入電腦，通過監(jiān)測系統(tǒng)對觀測原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、平差計算、計算各點的高程及變化量、累積變化量和變形過程曲線圖。

3．4．2 應力應變等力學性能監(jiān)測試驗

針對相應位置貼應變片，以監(jiān)測上述結(jié)構(gòu)的應力變化和分布情況，評估結(jié)構(gòu)物的可靠度。

3.4.2.1 監(jiān)測技術(shù)方案

日常1 d觀測2次，而在施工作業(yè)期間有以下幾種情況：①設置臨時支撐。臨時支撐施工期間，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。②拆除舊鋼柱。在拆除舊鋼柱時，每隔3 h觀測一次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。③安裝新鋼柱。在安裝新鋼柱期間，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。④拆除臨時支撐。拆除臨時支撐時，每隔3 h觀測1次，24 h不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3 d。

在監(jiān)測過程中，如果出現(xiàn)較大變形或異常情況，則相應加大觀測頻率；如果發(fā)生危險情況，則連續(xù)不間斷監(jiān)測。當變形趨于穩(wěn)定時，觀測頻率則適當降低。

3.4.2.2 布設位置

應變布設分扭矩、彎矩測試2種，其中，扭矩需在截面4面上對稱布設8片，彎矩測試需在截面上下或左右2面對稱布設4片，采用四芯屏蔽線、半橋測試法。

3．4．3 天橋鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測試驗

3.4.3.1 焊縫檢測內(nèi)容

焊縫檢測的內(nèi)容是：①對天橋改造范圍內(nèi)所有的焊縫進行探傷檢測；②柱的拼接焊縫為一級焊縫，梁的拼接焊縫為二級焊縫；③除特別說明外，坡口應達到二級焊縫；④角焊縫應為三級焊縫。

3.4.3.2 焊縫質(zhì)量檢測方法

焊縫質(zhì)量檢測方法是：①設計要求全焊透的一級、 二級焊縫，應采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗。②一級、二級焊縫的質(zhì)量等級和缺陷分級應符合表1的規(guī)定。③T形接頭、十字接頭、角接接頭等要求熔透的對接和角對接組合焊縫，其焊腳尺寸不應小于t/4.設計有疲勞驗算要求的吊車梁或類似構(gòu)件的腹板與上翼緣連接焊縫的焊腳尺寸為t/2，且不應大于10 mm，則焊腳尺寸的允許偏差為0～4 mm。④焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷，且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。⑤二級、三級焊縫外觀質(zhì)量標準應符合規(guī)定，三級對接焊縫應按照二級焊縫標準進行外觀質(zhì)量檢驗。⑥焊成凹形的角焊縫，焊縫金屬與母材間應平緩過渡；加工成凹形的角焊縫，不得在其表面留下切痕。⑦焊縫感觀要外形均勻、成型較好，焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡較平滑，焊渣和飛濺物基本清除干凈。對焊縫磨平或磨光的具體要求由業(yè)主單位、設計單位、總包單位、監(jiān)理單位和加工單位根據(jù)首批構(gòu)件加工效果共同確認。打磨后的焊縫余高的允許偏差應符合國家標準的規(guī)定。

表1 一級、二級焊縫質(zhì)量等級及缺陷分級

4 結(jié)束語

綜上所述，在前天橋改造的過程中，特別是在天橋正常運營的情況下進行立柱改移，最主要的工作就是施工前的方案論證。在施工過程中，天橋的受力監(jiān)測和鋼結(jié)構(gòu)焊接探傷檢測關(guān)系著施工安全，因為臨近營業(yè)線施工，每一個施工環(huán)節(jié)都存在一定的危險性，如果不做好安全技術(shù)管理工作，很容易引發(fā)安全事故。所以，在施工時做好安全技術(shù)管理工作是勢在必行的。

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