市域鐵路站房超大超重型鋼構件吊裝施工技術研究

覃 璐

（中鐵二十五局集團 第四工程有限公司，廣西 柳州 545000）

目前，市域鐵路在東部沿海經濟發達地區陸續開建，市域鐵路作為城市各區間的紐帶，將城市各區緊密聯系在一起，使得市內出行更加便捷，促進了城市一體化協同發展。市域鐵路車站考慮到乘客上下行的方便，大多采用側式結構布置，站臺位于線路左右兩側，從而使得整個站廳層寬度較寬，雨棚鋼結構跨度較大。該類型設計對鋼結構受力提出很高要求，因此使得車站鋼構件尤其是橫向主梁不但體積較大，而且重量也較重，增加了鋼結構吊裝的難度和安全風險。臺州市域鐵路項目部通過對現場的地形條件調查后，決定對超大超重橫梁采用汽車吊雙機抬吊，解決了超大超重鋼構件吊裝的施工難題，不但安全快速地完成了大型鋼構件的吊裝作業，而且縮短了作業時間，減少了對周邊交通環境的影響。同時，由于吊裝設備位置可靈活設置，提高了鋼構件一次吊裝到位的準確性，避免了構件二次移位，減少了施工措施費用。通過現場實際使用，該吊裝方式在超大型鋼構件安裝施工中取得很好的效果。

1 工程概況

商海北街站為路中高架三層兩臺四線車站，包括1區、2區、3區、室外連廊一和室外連廊二共5部分。車站總長140 m，起點里程為S1DK11+755．00，終點里程為S1DK11+895．00。縱橫向軸線尺寸為140 m×33．8 m=4 732 m2。共分為3層，第1層為設備管線層，層高2．1 m，第2層為站廳層，層高3．115 m，第3層為站臺層，層高7．85 m（圖2）。軌道梁在管道夾層上方，長度為140 m。

1區為“橋建組合”高架車站，平面投影為矩形，縱橫向軸線尺寸為140 m×33．8 m，站房站臺層上覆蓋鋼結構雨棚，雨棚縱橫向軸線尺寸為140 m×33．8 m，雨棚屋面檐口高度為22．850 m。2區為附屬用房，平面投影為矩形，縱橫向軸線尺寸為64 m×17 m。3區為樓扶梯出入口，平面投影為矩形，縱橫向軸線尺寸為56 m×6 m。室外連廊一縱橫向軸線尺寸為8 m×25．4 m，室外連廊二縱橫向軸線尺寸為8 m×22 m。站臺雨棚柱支承在下部結構的柱頂，下部支承結構形式為鋼筋混凝土框架結構。柱腳埋入站臺層鋼筋混凝土柱內（柱腳處鋼管外設剪力釘，柱內填C40微膨脹細石混凝土），雨棚柱采用鋼管混凝土柱，雨棚梁采用焊接箱型梁，雨棚撐桿采用無縫鋼管，屋面板采用壓型鋼板與凝土組合樓板。其中，最重的屋面梁重達22 t（圖1、圖2）。

圖1 商海北街站平面結構示意圖 （單位：mm）

圖2 商海北街站雨棚鋼結構示意圖 （單位：mm）

2 雨棚橫梁吊裝方案

商海北街站站臺雨棚屋面梁主梁最大重量約為22 t（已考慮吊索具重量2 t），其中屋面梁長度為32．2 m，工廠加工分為2段，分段單件最大重量約為11 t。現場吊裝擬采用1臺100 t汽車吊，吊裝屋面梁分段至站臺層拼裝，待屋面梁拼裝完成后采用兩臺80 t汽車吊抬吊就位（圖3）。

圖3 車站橫梁雙機抬吊示意圖 （單位：mm）

3 吊機受力驗算

3.1 吊裝概述

屋面梁采用兩臺80 t汽車吊抬吊就位，考慮到80 t吊車吊裝時的實際工況，吊車吊裝過程中，吊裝鋼構件與吊車一個支腳在同一直線時為吊車最不利受力狀態，支腿2受力最大。80 t汽車吊自重為G1=50 t，吊車配重G2=0 t，吊具重（鋼構件+鋼絲繩）Q=2．9 t，單臺吊車承受最重構件重量為22/2=11 t，支腿全伸尺寸為6．2 m×7．6 m（圖4）。

圖4 80 t汽車吊起吊示意圖 （單位：m）

3.2 支腿壓力計算

3.2.1 汽車吊整機自重

80 t汽車吊整機自重為G=50 t。

3.2.2 腿最大壓力

鋼結構構件重 13．9 t（含 2．9 t吊具重量）。考慮動載荷時汽車吊起吊重量 Q=13．9×1．4=19．46 t（動載系數取為1．4）。吊裝對 x、y軸的力矩：

3.2.3 80 t汽車吊支腿壓力分散處理

80 t汽車吊支腿底座尺寸為0．6 m×0．6 m，支腿下方路基板尺寸為1．5 m×1．5 m，則地面應力擴散面積如下：

由此算得支腿2位置地基承載力不小于237．1 kPa。由于吊車支腿位置處于市內交通主干道路面上，該處地基承載力設計值為350 kPa，因此吊車支腿受力滿足要求。

3.3 鋼絲繩驗算

鋼絲繩主要有鋼絲擰成的股纏繞而成，中間含有鋼芯，其規格有6×19、6×37和6×61等（6代表由6股纏繞而成，19、37、61代表每股包含的鋼絲根數）。每股鋼絲數量越少則鋼絲繩彎曲度越低，本身較硬，多用于纜風繩等，反之則代表鋼絲繩彎曲度較高，繩體較軟，多用于起重索。

根據相關規定[1]，單根鋼絲繩最大容許應力應滿足下式要求：

表1 鋼絲繩安全系數K

鋼梁構件重量分布在20～25 t時，鋼絲繩選用按最大重量25 t考慮，考慮4個吊點，以鋼絲繩與水平面最大夾角為最不利狀況（鋼絲繩與水平夾角呈60°），鋼絲繩選型計算如下：每根鋼絲繩承重25/（4×sin60°）=7．2 t，即70．7 kN計，通過參考《重要用途鋼絲繩》（GB 8918—2006）規范，選用規格為6×37-1 870 MPa的φ30 mm的纖維芯鋼絲繩。則Sg=0．82×555÷6=75．9 kN＞70．7 kN，滿足要求。

4 鋼結構主要施工工藝及注意事項

4.1 鋼構件栓接

本工程所采用的摩擦型高強螺栓，相鄰構件之間接觸范圍需在工廠進行噴砂處理，確保其摩擦面抗滑移系數滿足要求（連接構件為Q235B級鋼材時，系數≥0．45；連接構件為Q345B級鋼材時，系數≥0．5）。在安裝前必須清理接觸面的污漬、鐵銷等雜物，接觸面若有浮銹或油污，先清理后保持干燥狀態，對周邊的鐵刺、焊傷等需由專業人員進行打磨處理，防止其對接觸面造成損傷。雨天嚴禁作業，雨后需及時對摩擦面的水進行清理并烘干，干燥后方能進行作業。高強螺栓進場后必須對其進行抽檢，合格后方可用于現場施工。其外形系數、受力性能需由專門的試驗檢測機構進行檢測，螺栓扭矩系數符合相關規定后方可使用[2]：①鋼梁安裝時部分高強螺栓穿入螺栓孔固定。②高強螺栓逐步插入螺栓孔，然后對螺栓進行初擰，其初擰軸力值為最終值的1/2～2/3。③螺栓終擰順序為由中間至四周，終擰值與標準預拉力值偏差為±10%。終擰可采用電動扳手進行，其端部梅花頭被擰掉即可結束。④上述作業完畢后，需采用專用錘逐個檢查，當螺栓存在漏擰或欠擰情況時可二次補擰，當有超擰情況時必須對螺栓進行更換。對已檢查合格的螺栓做好標記，防止后續作業混淆。

4.2 鋼構件焊接

本工程焊接主要是鋼梁與柱、主梁與次梁節點焊接。Q345與Q345鋼間焊接采用二氧化碳氣體保護焊。先對構件進行定位焊接，調整滿足精度要求后，對其進行正式焊接。焊接順序需先中間后兩邊，逐節逐條推進進行。焊接單根構件時，需由一端向另一端進行，減少其應力對焊接的影響。

定位焊與正式焊所用材料及工藝必須相同，當構件鋼板大于25 mm時，需對焊件面進行預熱處理，預熱溫度為80～120 ℃，預熱范圍為焊縫兩側，寬度為50～80 mm。同一位置定位焊件和正式焊接必須由同一名焊工進行。

4.3 鋼構件涂裝

本工程涂裝采用滾涂的方式進行施工。為了保證油漆的涂裝質量，對施焊部位進行底漆涂裝前，先用鋼絲刷除銹，打磨光亮再用細砂紙打磨除塵，以免有灰塵、雜質等影響油漆質量；對于油漆被破壞已生銹的部位需補涂時，先用鋼絲刷除銹，再用細砂紙打磨除塵，然后用軟皮砂輪機將破損的邊緣部位打磨成坡口，以便于各層油漆更好地黏結；已經做完底漆的所有構件在做中間漆之前都要經細砂紙打磨除塵后才能進行中間漆的涂裝；對于隱蔽部位，在大面積涂裝前先用漆刷預涂裝，以保證隱蔽部位不漏涂裝。

4.4 屋面壓型板安裝

壓型鋼板鋪設前，需將鋼梁面處的垃圾、水漬、油污等清理干凈，當板材產生變形時，應在專用胎具或卡具上進行校正，板面翹曲與鋼梁頂面的間隙應控制在1 mm以內。壓型板鋪設時需嚴格按照圖紙進行，板材安裝前需在鋼梁上做好板材位置標記，對板材的位置、朝向等確認無誤后方可進行下一步施工。施工人員在鋪設板材時必須穿含鋼片底的膠鞋，防止板材對施工人員腳底產生穿刺，同時避免保護板材涂層被破壞。根據圖紙，在鋼梁上進行栓釘的定位， 然后進行栓釘焊接。焊接每一片鋼承板兩側溝底需以16 mm直徑的熔焊與鋼梁固定，焊點的平均最大間距不得大于圖紙要求。焊接材料應穿透鋼承板并與鋼梁材料有良好的熔接。如果采用穿透式剪力釘直接透過鋼承板植焊于鋼梁上，則剪力釘可以取代上述的熔焊工作。

5 安全保證措施

（1）起重司機必須經過培訓并持有效駕駛證及起重吊裝特種作業證，必須對所有吊裝人員進行培訓及考試，并對其進行書面安全技術交底，簽字后留檔保存。

（2）吊裝前需安排專職安全員對吊裝設備、卡具、鋼絲繩等進行檢查，檢查合格后方可進行下一步作業。當發現設備及工具存在變形或開裂時，必須對其進行更換，當發現螺栓松動或卡具不正常脫落時，必須由專門修理人員進行更換維修。設備運行及保養需做好相關記錄，當出現運轉不暢時需停機檢查。吊裝前必須進行試吊，經項目部及監理單位同意后方可進行正式吊裝。

（3）吊裝區域必須進行封閉，安排專職人員進行監控。起重機工作時，起重臂桿旋轉半徑范圍內，嚴禁站人或通過[3]。

（4）雙機吊裝時，需根據吊機的起重能力對起吊重量進行合理分配，起吊總重量不得超過雙機總起重量的75%。吊裝時必須安排專人進行統一指揮，兩臺吊機步調一致，同時確保吊鉤及滑車組等處于合理狀態[4]。

6 質量保證措施

（1）鋼結構在廠家進行加工時，安排專職人員駐廠進行檢查，確保鋼結構構件尺寸及材料符合有關規定，鋼構件制作過程中檢查資料實時保存，確保質量可控。

（2）鋼梁吊裝、校正時安排測量人員在站臺上用全站儀測出鋼梁端部的垂直于地面的點，然后在鋼梁上綁線墜，控制梁端偏差，同時使用水準儀測量出梁端標高（塔尺頂住鋼梁底部）。

（3）高強螺栓連接在施工前應對連接副實物和摩擦面進行檢驗和復檢，合格后才能進入安裝施工。安裝時嚴格控制高強螺栓長度，避免由于以長代短或以短代長而造成強度不夠、螺栓混亂的情況。終擰結束后，要保證有2～3個絲扣露在螺母外圈。

（4）項目部需安排專人監督與檢查焊工嚴格按工藝文件要求進行焊接施工，打底焊時監控好底層焊道的寬度與厚度。所有焊縫冷卻至室溫后必須進行100%的目測檢驗。

7 結語

通過對商海北街車站超大超重橫梁鋼構件采用汽車吊雙機抬吊，很好地解決了超大超重鋼構件吊裝的施工難題，不但安全快速地完成了大型鋼構件的吊裝作業，而且縮短了作業時間，減少了對周邊交通環境的影響。同時，由于吊裝設備位置可靈活設置，提高了鋼構件一次吊裝到位的準確性，避免了構件二次移位，減少了施工費用。通過現場實際使用，該吊裝方式在超大型鋼構件安裝施工中取得很好的效果，可為類似工程施工提供借鑒。