特殊工況條件下的鋼連廊整體提升技術

陳偉根

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續利用工程技術研究中心 上海 201103

1 工程概況

金橋現代服務園（Ⅱ期）地鐵板塊項目位于上海浦東新區金皖路、金滬路口，緊鄰上海軌道交通9號線金橋站。項目地下3層、地上15層，共4棟單體，其中1#、4#樓地上13層，建筑高度66.75 m；2#、3#樓地上15層，建筑高度75.75 m。本項目2#樓與3#樓之間設置一個鋼結構連廊進行連通。連廊共8層，位于標高＋36.77～＋72.80 m之間，平面呈梯形布置，由鋼桁架及鋼框架梁柱結構組成。連廊短邊長度21.3 m，長邊長度28.7 m；底層連廊寬度11.9 m，頂層連廊寬度14.5 m，總質量約600 t。

鋼連廊的頂層和底層均采用桁架形式（每層2榀）。底層桁架高度4.5 m，短桁架22 m跨，質量約37.5 t；長桁架26.1 m跨，質量約42.3 t。頂層桁架高度4.8 m，長度50 m（桁架兩側各有一部分延伸至塔樓結構內，圖1）。

圖1 鋼連廊示意

連廊為吊掛結構，本體自重等主要由頂部桁架承重。

2 鋼連廊施工難點分析及技術路線確定

2.1 實施難點

1）無法利用現場塔吊進行吊裝。本工程在布置塔吊時，上述鋼連廊設計方案尚未確定，無法按照鋼連廊的構件吊裝需求來選擇塔吊的型號和位置，且不經濟。

2）場地情況受限。鋼連廊所在的2#、3#樓北側緊鄰金海路（地鐵車站施工），無停放大噸位吊車的場地。2#、3#樓南側為地下室頂板，與周邊臨時道路距離較遠，若采用大噸位吊車進行吊裝，須在地下室頂板上停靠作業，需要對地下室進行大量加固工作。

3）鋼連廊高空施工難度大。本工程連廊結構跨度較大，安裝高度較高，若采用常規分件高空散裝方案，需要搭設大量高空支撐架，安全風險大，且高空組裝焊接工作量大，影響結構施工周期，技術經濟性指標較差。

2.2 技術路線確定

針對上述情況，在前期策劃階段，鋼連廊安裝考慮了大型吊車吊裝、屋面吊吊裝和整體提升3種方式，并作了優缺點比較（表1）。經方案比對，最終選擇方案3作為實施方案，即：連廊構件散件進場，在地面拼裝成整體后，采用液壓同步提升施工技術將其整體提升到設計標高。

液壓同步提升施工技術較為成熟，曾多次用于國內外一些大型項目，其施工安全性、穩定性及經濟性也得到了很好的驗證，優勢明顯[1-4]：

1）通過提升設備組合，提升質量、跨度、面積不受限制。以柔性索具承重，只要有合理的承重吊點，提升高度不受限制。

表1 鋼連廊安裝方案比對

2）液壓提升器錨具具有逆向運動自鎖性，使提升過程十分安全，并且構件可以在提升過程中的任意位置長期可靠鎖定。

3）液壓提升器通過液壓回路驅動，動作過程中加速度極小，對被提升構件及提升框架結構的附加動荷載很小。

4）液壓提升設備體積小、自重輕、承載能力大，特別適于在狹小空間進行大噸位構件提升。

5）設備自動化程度高、可靠性好，操作方便靈活。

3 提升方案優化

本工程鋼連廊本體高度約36 m，但寬度僅11.9 m，若采用一次性整體提升的方式，工藝相對簡單，但“頭重腳輕”帶來的側向穩定的風險較大。因此，我們將提升對象作了分解，分3階段實施，第1階段為地面拼裝頂部桁架，整體提升至一定高度（滿足下部連廊拼裝高度要求即可）；第2階段為地面拼裝底部桁架及上部鋼框架，下放頂部桁架，與拼裝好的下部結構進行對接形成整體；第3階段為連廊整體提升至設計高度（圖2）。這種“倒裝法＋順裝法＋整體提升”的方式，既可有效減小拼裝高度，又使該提升方式與鋼連廊受力設計工況最接近。

4 方案實施與控制事項

4.1 實測實量

鋼連廊安裝前，由于2#、3#樓的主體結構已全部完成，故需對現場所有連接部位的鋼牛腿做實測實量，并將測量結果反饋給設計單位，在深化設計和工廠制作環節消化各類偏差。該環節十分關鍵，直接影響對接精度和構件受力狀況。

4.2 深化設計

1）計算分析與模擬：了解設計意圖，計算分析、模擬桁架在拼裝、提升、卸載等階段的構件受力和變形，對已完工結構的影響等（結構關鍵構件在恒載、風載及差異沉降等共同作用下的應力及應力比），進而明確提升工況（前置條件），并據此對提升支架、吊點裝置進行設計。

圖2 整體提升示意

2）提升支架數量、布局：應結合提升桁架系統的安全性和可靠性要求，在滿足桁架鋼結構液壓提升力要求的同時，盡量使每臺液壓設備受載均勻。對提升支架的強度、剛度、穩定性、連接節點的受力以及不同步、非對稱或風荷載情況下的側向穩定進行驗算。明確提升支架的焊縫等級、探傷要求。本連廊在桁架端共設置4個提升點（圖3、圖4）。

圖3 提升點布置平面示意

提升平臺由提升梁、立柱、斜拉桿及斜撐組成。為了保證提升平臺及主桁架平面外的穩定性，在提升平臺側面設置側向撐。

3）提升設備選擇：應盡量保證各提升吊點的液壓提升設備配置系數基本一致，同時要求各個吊點在上升或下降過程中能保持一定的同步性，以保證提升（下降）結構的空中穩定。提升設備主要包括穿芯式液壓千斤頂、泵站組成的提升器和鋼絞線等。根據GB 51162—2016《重型結構和設備整體提升技術規范》中的相關規定，提升器安全系數不小于1.25，鋼絞線安全系數不小于2.00。本連廊自重約600 t，設置4個提升點，根據結構受力情況，本工程共配置6臺TLJ-2000型提升器。TLJ-2000型提升器的額定提升能力為200 t，額定配置12根鋼絞線。配置鋼絞線的規格為1×7-17.8 mm，單根鋼絞線破斷拉力為360 kN。

4）相應結構加固：須對拼裝現場的下部支承結構進行承載力驗算，包括拼裝胎架和吊車停機位。本工程須在地下室頂板停靠180 t履帶吊進行構件拼裝，我們在柱頂等結構豎向構件部位設置鋼梁等形式進行加固（圖5）。

圖4 提升支架

圖5 履帶吊采用鋼梁加固

5）臨時擱置：由于頂層桁架需在空中停留以等待下部結構拼裝，時間較長，所以在主樓兩側的預留牛腿上設置臨時擱置牛腿，臨時擱置牛腿采用與原弦桿截面相同的型鋼，以螺栓方式連接（圖6）。

圖6 臨時擱置牛腿設置示意

4.3 鋼連廊整體提升工藝

1）頂層桁架拼裝：在胎架上分段拼裝連廊最上層的桁架結構，在兩側主樓上安裝提升平臺、提升器及鋼絞線，調試提升系統。

2）頂部桁架試提升：在驗收等準備工作就緒后，進行試提升，使頂層桁架整體脫離拼裝胎架。確認無異常后，提升器進行機械鎖緊，靜置約12 h，觀測結構受力、變形情況，觀察提升系統的工作狀況。

3）頂部桁架正式提升：全面檢查并測量各提升點標高情況，確認一切正常后，繼續將頂部桁架提升至＋73.77 m高度（以桁架上弦頂標高為基準），停止提升，鎖緊提升器機械，安裝臨時擱置牛腿結構。

4）底部桁架及鋼框架拼裝：在正投影下方原位拼裝底部桁架以及上方的6層鋼框架，按規范和設計要求探傷。

5）頂部桁架下放、連接：拆除臨時擱置牛腿，利用液壓千斤頂將頂部桁架下放，并與下部已拼裝好的結構進行對接，整個連廊形成一個整體。

6）連廊整體提升與嵌補段焊接：將整個連廊同步提升至設計高度（圖7），姿態微調后焊接嵌補段，完成與兩側結構的對接。嵌補段施工須考慮焊接順序、焊接工藝等對焊接變形的影響。

圖7 鋼連廊提升

7）卸載及提升器拆除：嵌補段施工、探傷等檢查驗收工作完成后進行卸載。卸載由計算機控制系統控制，所有吊點同時下降相同的力值比例，卸載采用分級進行（千斤頂的力值減小從1%～3%分3級逐步控制），直至鋼絞線徹底松弛，完成荷載轉移。過程中注意觀察和檢測，卸載后拆除提升裝置。

4.4 施工監測

信息化施工是提升控制的關鍵環節之一，除現場巡查、作業區視頻監控外，在主體結構、提升支架及鋼連廊結構的主構件中設置應力應變、行程位移、風速監測等監測點，進行數據比對，保證提升過程的安全。

4.5 其他

1）鋼連廊底部的防火涂料、底部裝飾或幕墻施工等在提升方案策劃時宜一并考慮。

2）鋼連廊中的壓型鋼板，特別是底部的壓型鋼板宜在提升前鋪設完成。

3）立體施工、交叉作業不得影響提升作業；不得有影響行程的障礙物。

4）制訂應急預案，如傳感器故障、控制系統故障、突然停電故障、液壓油管突然爆裂故障、液壓提升器故障、鋼絞線斷絲故障、液壓泵源故障等突發事件的解決對策。

5 結語

本工程鋼連廊采用液壓同步提升技術，克服了復雜環境、特殊工況條件等的制約，順利完成了施工任務。既節約了成本，又縮短了施工周期，鋼連廊的施工質量和安全也得到了有效保障，取得了良好的社會效益和經濟效益。