鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制要點(diǎn)

趙卓超

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100040）

1 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及工程建設(shè)水平的提高，鐵路站房的施工技術(shù)正在逐步創(chuàng)新，功能逐漸開始進(jìn)行細(xì)化，在城市交通當(dāng)中發(fā)揮著非常重要的作用。與此同時，可以展示城市的風(fēng)貌，并且表現(xiàn)出整個城市的文明程度。當(dāng)前，鐵路站房已經(jīng)成為多個城市的地標(biāo)性建筑。

鋼結(jié)構(gòu)自身的韌性好、抗震性能高、工業(yè)化生產(chǎn)程度高、施工周期短、節(jié)能環(huán)保、便于運(yùn)輸、施工速度快以及材料可100%回收等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際建設(shè)的過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

2 工程概況

本工程為江西省吉安市吉州區(qū)新建高鐵站房，站房總建筑面積40 660m2，南北進(jìn)深77m，東西向208m，建筑高度23.8m（屋面最高點(diǎn)27.3m）。站型為線側(cè)式站房，站場規(guī)模3臺夾7線（含2條正線），設(shè)450m×12m×1.25m站臺3座，8m寬地道和12m寬地道各1座，12m寬跨線進(jìn)站鋼結(jié)構(gòu)天橋1座。車站最高聚集人數(shù)為3 500人。

站房主體采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架支承最大跨度為55.2m，最大懸挑長度為4.75m，支承采用成品鉸支座，支座下部與結(jié)構(gòu)柱頂預(yù)埋件焊接，鋼結(jié)構(gòu)總重量為6 696kN（669.6t），如圖1所示。由桁架（無縫鋼管）、網(wǎng)架（無縫管、焊管）、焊接球、螺栓球組成，構(gòu)件均在工廠內(nèi)加工，運(yùn)至現(xiàn)場組拼成單元，分塊吊裝，各構(gòu)件及現(xiàn)場組拼主要焊接形式為環(huán)縫對接。其中，無縫鋼管材質(zhì)為Q345B，最小管徑尺寸為φ140mm×4mm；部分焊管材質(zhì)為Q235B，最小管徑尺寸為φ60mm×3.5mm。焊縫均為全熔透一級焊縫，錐頭與鋼管對接焊縫均采用雙Y型對接坡口形式，如圖2所示。采用半自動二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行一次成形焊接。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及無損檢測特點(diǎn)，采用超聲波探傷和磁粉探傷（螺栓球），超聲波探傷執(zhí)行NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》；磁粉探傷執(zhí)行NB/T 47013.4—2015《承壓設(shè)備無損檢測第4部分：磁粉檢測》；網(wǎng)架驗(yàn)收執(zhí)行JG 12—1999《中鋼網(wǎng)架檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》【1】。

圖1 吉安西站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架示意圖

圖2 錐頭管與直管對接坡口形式

3 鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架現(xiàn)場拼接技術(shù)

在鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工過程中，現(xiàn)場拼焊是非常重要的。由于鐵路站房網(wǎng)架整體的作業(yè)量較大，網(wǎng)架焊接主要有桁架的相貫口和球體與鋼管的焊接，一般采用等強(qiáng)度對接焊，為了安全起見，在對焊處增焊6～8mm的貼角焊縫。管壁厚度大于4mm的焊件，接口宜做成坡口。拼裝時先裝上，下弦桿，后裝斜腹桿待2榀桁架間的鋼管全組裝完成并矯正后，再逐根焊接鋼管。在實(shí)際焊接的過程當(dāng)中會出現(xiàn)變形的問題，影響焊接變形的因素較多，如焊縫截面積、焊接熱輸入、焊接方法、結(jié)構(gòu)的剛性等。網(wǎng)架并不僅僅是單個網(wǎng)架連接的過程，更應(yīng)該注重施工過程當(dāng)中可能會出現(xiàn)的誤差，并且將誤差調(diào)整為零，避免多個誤差之間出現(xiàn)積累效應(yīng)。另外，鋼結(jié)構(gòu)的傳熱速度是混凝土的10倍，介于鋼結(jié)構(gòu)對溫度的敏感也是在實(shí)際過程當(dāng)中必須要考慮的。鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的環(huán)境溫度由空氣溫度加上太陽熱輻射在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架表面產(chǎn)生的日照溫度組成。要注意的是，鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的表面溫度通常與空氣中的溫度不相同，而因?yàn)槿照站哂蟹较蛐院椭苯有裕裕照諟囟葘︿摻Y(jié)構(gòu)網(wǎng)架來說是一個非均勻分布的溫度場，這就給現(xiàn)場安裝提出了一個嚴(yán)峻問題。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋施工技術(shù)

網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋蓋的施工是網(wǎng)架施工中的重要部分，在施工的過程中需要進(jìn)行吊裝、提升、滑移等多項(xiàng)技術(shù)。針對平面、單曲網(wǎng)架屋蓋，在進(jìn)行施工的過程中首先選擇的是滑移的方法，我國鋼結(jié)構(gòu)滑移技術(shù)已經(jīng)相對成熟，網(wǎng)架多在建筑物頂板上設(shè)拼裝平臺進(jìn)行拼裝，待第一單元拼裝完成，將其下落至滑移軌道上，用牽引設(shè)備向前滑移一定距離。接下來再拼裝第二個單元，拼裝好后連同第一單元一同向前滑移，如此逐個單元拼裝不斷向前滑移，直至整個網(wǎng)架拼裝完成并滑移就位。滑移可以從一側(cè)至另一側(cè)，也可以從中間向兩邊。網(wǎng)架滑移時必須對桿件內(nèi)力和跨中撓度值進(jìn)行驗(yàn)算，滑移卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)根據(jù)牽引力的大小及網(wǎng)架支座之間的桿件承載力采用一點(diǎn)和多點(diǎn)牽引，滑移時兩端不同步值不應(yīng)大于50mm，如圖3所示。高空滑移減少了高空作業(yè)的危險并能保證網(wǎng)架的拼裝質(zhì)量，而且高空滑移法施工設(shè)備簡單一般不需要大型安裝設(shè)備，降低了施工費(fèi)用。同時，網(wǎng)架拼裝用滑移施工，可以與土建施工平行流水和立體交叉作業(yè)，從而可以縮短整個工程工期【2】。

圖3 網(wǎng)架滑移平面示意圖

針對大斷面、空間桁架以及復(fù)雜的網(wǎng)架，通常情況下采取整體或者是分單元吊裝。主要是將網(wǎng)架區(qū)分為不同的施工段，然后通過起重設(shè)備在軌道層上進(jìn)行行走操作，完成網(wǎng)架安裝工作。

4 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工方案比選與確定

在進(jìn)行站房網(wǎng)架施工的過程中，必須要注意施工中的要點(diǎn)，控制好網(wǎng)架框架軸線支座尺寸、起拱要求、網(wǎng)格安裝、緊固以及焊接（要預(yù)放焊接收縮量）等幾個方面。在實(shí)際施工的過程中需要根據(jù)網(wǎng)架的實(shí)際結(jié)構(gòu)來選擇合適的施工方案，確保施工方案經(jīng)濟(jì)、可行、安全的總體施工目標(biāo)。在進(jìn)行網(wǎng)格安裝中需要注意下弦平面網(wǎng)格、上弦倒三角網(wǎng)格、下弦正三角網(wǎng)格的實(shí)際安裝方法的區(qū)別，根據(jù)具體的施工要求來進(jìn)行。但是，施工必須要保證網(wǎng)架的穩(wěn)定性，檢查網(wǎng)架的整體撓度，控制整體的施工質(zhì)量。針對中間跨度大的網(wǎng)架，需要選擇整體吊裝、分塊吊裝、滑移等方法來進(jìn)行，但在實(shí)際施工的過程中會受到現(xiàn)場的施工條件限制，要根據(jù)現(xiàn)場的條件選擇合適的施工方法，在施工的過程中必須考慮工期、質(zhì)量以及安全等多項(xiàng)因素，從而通過方案比選確定適于本工程的施工方案。

4.2 溫度變形控制

溫度變形對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝制作造成了嚴(yán)重影響，在實(shí)際運(yùn)用中，減少和避免因溫度產(chǎn)生的鋼結(jié)構(gòu)變形顯得尤為重要。所以鋼結(jié)構(gòu)變形控制就顯得尤為突出。

1）彈性變形控制，溫度升高后鋼構(gòu)件產(chǎn)生膨脹，在溫度降低后能恢復(fù)到原狀。這種變形對大斷面、空間桁架以及復(fù)雜的網(wǎng)架現(xiàn)場安裝影響極大，需要設(shè)計(jì)伸縮縫從而解決溫度變化產(chǎn)生的影響，在不設(shè)伸縮縫的情況下，施工過程中分段設(shè)置合龍縫，且選擇環(huán)境溫度相對適宜的時間段對合龍縫施工，一般情況是在溫度較低時進(jìn)行合龍施工。

2）塑性變形控制，在溫度變化之后鋼材產(chǎn)生變形不能恢復(fù)到原狀，產(chǎn)生永久變形。這種變形主要來自高熱量輸入如焊接，所以，在拼接時要盡量減少焊縫截面積，在得到完好無超標(biāo)缺陷的前提下，盡可能地采用較小的坡口尺寸（角度和間隙）和熱量輸入較小的焊接方法（焊接時要按工藝評定中的焊接電流控制，允許有10%～15%的浮動），如CO2氣體保護(hù)焊。還可以采用冷卻法，使鋼構(gòu)件在焊接時產(chǎn)生的溫度迅速散去，可減少焊接溫度變形產(chǎn)生的影響【3】。

4.3 臨時支架變形控制

在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工過程中，臨時支架的設(shè)計(jì)、安裝以及拆卸是非常重要的。鐵路站房在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)施工的過程當(dāng)中會用到大量的鋼材，需要進(jìn)行大量的吊裝作業(yè)，因而需要的臨時支架也非常多。在實(shí)際施工過程中，必須注意臨時支架的設(shè)計(jì)方案以及實(shí)際的安裝方式，與鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的施工聯(lián)系在一起，通過大型設(shè)備吊車等多個方式來保障臨時支架的安裝有效。臨時支架在施工階段和使用階段受力往往相差很大，由此必須考慮施工過程中的構(gòu)件吊裝和安裝時結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力變形以及臨時支架體系的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等問題。同時，應(yīng)該盡量避免在拆卸過程當(dāng)中可能遇到的風(fēng)險，尤其是避免臨時支架在卸載過程當(dāng)中出現(xiàn)整體失穩(wěn)狀態(tài)。

4.4 現(xiàn)場管理控制

鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架在實(shí)際施工過程中，現(xiàn)場會使用到非常多的大型設(shè)備，也會出現(xiàn)平行交叉作業(yè)問題，因此，加強(qiáng)現(xiàn)場施工組織是非常重要的，尤其是在施工過程中，必須合理安排好塔吊、大型履帶吊以及汽車吊的工作范圍、工作路線，安排好不同工人的工作時間以及工作的內(nèi)容，針對電焊工、鋼筋工、木工等多個工種進(jìn)行安全防護(hù)，并且細(xì)化每一個工種的工作程序，盡量地壓縮不同工序之間的時間差。

以本工程吉安西站為例，江西吉安西站的屋蓋為大跨度長懸挑鋼架構(gòu)網(wǎng)架，桁架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式均為正放四角錐，此體系在國內(nèi)目前應(yīng)用較少。主要吊裝設(shè)備為400t履帶吊，以站房西側(cè)基本站臺為行走路線，主桁架自中間向兩邊對稱吊裝（每兩品桁架之間以次桁架固定），以減少累積誤差。其次，將網(wǎng)架零件運(yùn)至2層樓板上進(jìn)行預(yù)定單元拼接后用400t履帶吊自A軸到H軸依次吊裝。為了防止網(wǎng)架在高空中旋轉(zhuǎn)、與桁架接觸時便于調(diào)整，在二層樓板上放置1臺8t小型汽車吊車輔助吊裝，以達(dá)到精準(zhǔn)定位，間隙均勻，為后續(xù)焊接奠定基礎(chǔ)如圖4所示。在施工過程中會因?yàn)闇囟鹊牟煌a(chǎn)生變形的問題。因此，吉安西站站房在進(jìn)行施工的過程中，通過控制拼接時間段，如避開中午的高溫時段，用水浸濕麻袋片給桿件降溫，控制焊接工藝順序及采用對稱焊接方式等來進(jìn)行施工，以達(dá)到桿件的最小變形量。因場地及空間的受限將網(wǎng)架分為單元吊裝區(qū)和散拼區(qū)，在施工的過程中通過高空定位以及馬板固定的方式來精準(zhǔn)定位達(dá)到預(yù)期的效果。

圖4 吉安西站現(xiàn)場拼裝圖

5 結(jié)語

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高，各個城市開始進(jìn)行鐵路站房的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及建設(shè)，但鐵路站房的設(shè)計(jì)在實(shí)際施工的過程中會非常復(fù)雜，尤其是鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的設(shè)計(jì)涉及多個方面。因此，在實(shí)際施工過程中，必須注意鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)、屋蓋施工技術(shù)以及現(xiàn)場拼接技術(shù)，同時，為了保證多個技術(shù)的順利完成，應(yīng)該注意在實(shí)際施工的過程中深化鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合簡化原則），現(xiàn)場技術(shù)優(yōu)化管理，做好鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的彈性變形及塑性變形控制，安排好臨時支架的使用，同時做好現(xiàn)場安排組織工作，從而能夠有效地提升鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的施工質(zhì)量。