楔形軸線地鐵上跨鋼結構頂推施工重難點研究

石瑛莉

（常泰建設集團有限公司，常州213000）

0 引 言

近年來，為提高土地利用效率和提升土地價值，地鐵上跨建筑越來越多的出現在人們面前。受限于地鐵上跨結構的特點，對其上跨部分建筑的施工方案也作為新課題引起了人們的關注。作為橋梁上使用的頂推施工工法也因為其對于建筑原位占用要求低、原位支撐和大型機械使用程度低、工程質量易控、占用場地少、不受季節影響［1］的特點逐漸出現在該類建筑施工中。

自1959 年萊昂哈特（Leonhardt）和鮑爾教授在奧地利的阿格爾橋首次使用頂推法以來［2］，頂推法施工已經在橋梁工程中得到了應用。頂推法施工是在沿建筑軸線方向設置預制場，設置鋼導梁和臨時支撐、滑道、水平千斤頂施力裝置，通過鋼絲繩牽引或步履式推進裝置頂推主體結構就位。大跨度空間結構根據結構特點和現場施工條件，可以采用高空散裝、分條分塊吊裝、滑移法和頂升法［3］，滑移法（頂推法）作為常規施工方法需要保證其導梁、滑道平行等高，主體自身剛度大，頂推位置節點處理好等方面要求。對于主體呈現楔形結構且兩側及下部場地吊裝受限制情況下，如何安裝主體鋼結構需要進行專門的研究。本文以廣州凱達爾樞紐國際廣場宴會廳楔形鋼框架結構頂推施工方案的研究，解決其實施需求。

凱達爾樞紐國際廣場宴會廳鋼結構主要分布在5 層至9 層，其中5 層至7 層有7 榀巨型桁架，8層、9 層主要為H 型鋼梁和矩形鋼柱。桁架截面尺寸大，材料強度高，桁架上下弦中心高度為12.1 m，主要弦桿為箱形構件，箱形截面最大規格為□2 000 mm×1 250 mm×70 mm×70 mm，主體結構最大鋼板厚達80 mm，節點構造復雜。兩側塔樓建筑物呈現八字形夾角且已經施工完成，宴會廳桁架在兩個塔樓之間，下部為地鐵施工區域，受上述場地限制要求，地下架空層實施吊裝的大噸位吊機無法靠近，以上特點給鋼結構的安裝帶來了很大的難度。

具體詳見圖1。

圖1 結構布置圖Fig.1 Structural layout

1 方案研究

1.1 難點分析

（1）本結構特點：高、大、重。主體桁架重量較重，且整榀桁架的外形尺寸很大，桁架的最大長度和高度分別達到53 m和12.2 m。

（2）異形結構布局提升安裝難度。工程結構平面布局兩側不對稱，呈不對稱八字形，桁架非平行布置，須采用特定的安裝方案，安裝難度大。

（3）鋼結構安裝受土建結構影響大。宴會廳下部為城市軌道交通結構，而且均在鋼結構安裝前已完成施工，原位或周邊鋼結構拼裝場地和拼裝條件均不具備，大型機械也很難進入其中。常規吊裝設備及方法無法滿足安裝要求。宴會廳兩側為混凝土結構的主體塔樓，其主桁架的一側與主體塔樓混凝土結構內部勁性柱連接，另一側與通過成品球鉸支座與勁性柱柱頂連接。桁架高度方向跨5～7層兩個樓層，塔樓土建已完成施工，鋼結構施工只能局限在雙塔之間，猶如在混凝土的叢林中謹慎實施。

1.2 方案對比

1）方案一：整體提升安裝方法

在柱頂設置提升支架，鋼結構在樓面或支架面進行分層拼裝，拼裝完成后進行整層提升，各層提升就位后吊裝次鋼梁和層間立柱。

優點：提升施工技術成熟，提升速度快，可避免高空拼裝的風險，減少高空焊接工作量，提升架可減少大型機械的使用。

缺點：①主體結構下部為軌道交通施工區域，場地條件限制大，拼裝機械很難進入場地進行拼裝；②由于涉及軌道交通和東西塔土建施工，交叉作業干涉環節多；③既有場地土建完成程度不一致造成拼裝層高不一致位置需要搭建拼裝平臺和措施支架；④提升跨度大，臨時措施如提升架等需要利用下部橋墩，牽涉多部門作業，環境影響因素多，措施費用高，工期影響因素多。

圖2 整體提升示意圖Fig.2 Overall lifting chart

2）方案二：采用頂推滑移和退步軌道吊機吊裝相結合的安裝方法

第一步：將5～6層頂推滑移安裝到位，拆除頂推用臨時措施。

第二步：在6 層頂（標高32.65 m 處）架設帶軌道架梁履帶吊，7～9層采用從南到北退步式拼裝。

第三步：拆除履帶吊和軌道梁等臨時措施。

具體步驟見圖3-圖5。

圖3 頂推作業示意圖Fig.3 Schematic diagram of jacking operation

該方案具有以下優點：

（1）采用頂推滑移施工，可以解決現場無原位拼裝作業環境和大噸位吊車費用高、功效低的問題。

（2）采用頂推滑移施工，施工操作有足夠的調整空間，所有拼裝都在總裝平臺上進行，結構整體線型精度和焊接質量容易保證。

（3）滑道梁和總裝平臺是通過鋼柱牛腿和柱頂懸挑進行連接，對原結構混凝土梁板無接觸，可最大限度減少對原混凝土結構的影響。

（4）總裝平臺可使拼裝構件的工作半徑顯著減小，對垂直運輸物料的大型吊車的選擇起到了極大的優化，對于場地的配套加固措施費用可以大大減小。

（5）工期不再受大型吊車工作吊裝效率影響，大型吊車僅承擔拼裝構件的垂直運輸，施工效率明顯增加。

圖4 完成后拆除措施示意圖Fig.4 Schematic diagram of demolition measures

圖5 退步吊裝示意圖Fig.5 Backward hoisting diagram

該方案具有以下缺點：需投入滑道梁、總裝平臺和牛腿支架，由于八字形頂推設計需要考慮滑道梁布置和換軌措施。對于頂推滑移和退步軌道吊機吊裝需要進行大量的施工驗算，確保結構安全。

選擇方案二作為實施方案，其主要施工難點在于非平行頂推作業的實施，下面對該部分重點進行敘述。

2 頂推作業重點

2.1 滑道梁處理：階段平行化處理

由于主體結構布置呈八字形口，各個桁架的長度不同，滑移軌道的設置比較復雜，根據柱的布置，考慮了變軌道滑移的方式，西側柱的位置設置整體一條軌道。東側根據柱位設置伸出牛腿，牛腿上連接軌道桁架，軌道桁架與西側的軌道梁平行布置，相鄰柱之間向內整體進行收縮布置，形成2 個平行的軌道，首桁架長度較小，制作時加長處理，滑移到變軌道位置，使用第二個平行的軌道進行后續的滑移，桁架加長的部位進行拆除處理。最終滑移完成。系統設計如圖6所示。

圖6 八字滑道梁系統圖（俯視、軸側）Fig.6 System diagram of eight-character slide beam

2.2 變軌起落梁設置

由于在滑移過程中，東側鋼柱的牛腿在立柱外側，桁架滑移過程中為避免桁架的斜撐與鋼牛腿的碰撞，因此對于桁架斜撐需要到位后裝處理，滑塊位置需要設置延長支架和拼裝節點。同時由于采用變軌滑移，為防止結構梁局部屈曲需要增設內部加勁肋，對于已建好的西塔立柱頂部主結構落梁需要加大水平和豎向觀測力度。

整體變軌起落梁流程如圖7所示。

3 結論與建議

（1）楔形軸線鋼結構采用頂推滑移施工法主要是受到現場條件的影響，原位整體提升或小單元高空散裝無法實施造成的，其難點主要在對滑道梁、牛腿和變軌次數的選擇。滑道梁連續長度越長，變軌次數越少，施工簡單，但牛腿就越長對結構立柱影響越大。反之滑道梁連續段越少，牛腿對立柱影響越小，變軌次數增多。

（2）采用頂推滑移工法必須加大監測力度和完善的調差措施（水平、豎向）。對于施工過程也需嚴格管控。

頂推滑移施工采取的措施需要考慮負荷情況下的拆除工況，一般都可借用既有結構立柱，對于主結構的落梁拆除措施應充分考慮。

圖7 落梁過程示意圖Fig.7 Schematic diagram of beam falling process