高鐵場(chǎng)站大型跨線(xiàn)天橋快速轉(zhuǎn)位安裝施工關(guān)鍵技術(shù)分析

倪 信 （安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 前言

近年來(lái)，隨著大基建的蓬勃發(fā)展，高鐵站建設(shè)也從大中型城市向中小城市快速普及。在高鐵站房的設(shè)計(jì)建造中，獨(dú)立型跨線(xiàn)天橋因?yàn)槭┕た焖佟⒈憬荩嗟爻霈F(xiàn)在新一代高鐵站的建設(shè)中，但是也由此帶來(lái)了如何協(xié)調(diào)天橋施工過(guò)程和既有線(xiàn)的運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。這并不僅僅是簡(jiǎn)單的施工技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)涉及到車(chē)務(wù)段運(yùn)行節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)、場(chǎng)站維護(hù)管理、突發(fā)情況應(yīng)急預(yù)案等一系列問(wèn)題，所以目前亟需一種快速安全可靠的施工方法。

2 工程概況及重難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

溫州北站（永嘉站）位于浙江省溫州市永嘉縣。車(chē)站總建筑面積為57443.5 m2，其中站房總建筑面積為42200m2（含出站廳及設(shè)備、辦公、輔助用房面積2670m2，高鐵快運(yùn)間建筑面積830m2），架空層出租車(chē)、社會(huì)車(chē)停車(chē)場(chǎng)面積4260m2，架空層商業(yè)面積1460m2，架空層外廊面積5060m2，旅客活動(dòng)平臺(tái)落客區(qū)輕鋼玻璃雨棚面積1900m2，站臺(tái)層兩側(cè)外廊面積1410m2，高架候車(chē)層綜合管廊面積1153.5m2。站房±0.000 標(biāo)高相當(dāng)于絕對(duì)高程16.200m，水位高程為1.562～4.981m。

圖1 項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖

站臺(tái)雨棚投影面積19983.5m2，規(guī)模為5 臺(tái)13 線(xiàn)，站中心里程站臺(tái)面絕對(duì)標(biāo)高16.050m，與站房室內(nèi)地面高差為0.150m，旅客進(jìn)出站形式采用上進(jìn)下出。其中450m×12m×1.25m 島式站臺(tái)四座，450m×9m×1.25m 側(cè)式站臺(tái)一座，新建12m、7m 寬進(jìn)站天橋各一座，長(zhǎng)度均為42m，12m 寬出站通廊一座。天橋主體為鋼桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)盆式橡膠支座置于下部結(jié)構(gòu)。桁架上下弦與斜腹桿均為焊接箱型鋼梁。桁架桿件截面主要有B800×400×25×30、B800×400×28×38、B400×400×16×16、B700×400×20×20、B1000×400×26×34、H350×200×6×8等。

圖2 天橋位置示意圖

2.2 施工重難點(diǎn)分析

本工程作為既有站房擴(kuò)建項(xiàng)目，施工時(shí)存在人行天橋跨既有線(xiàn)施工，不適宜在既有線(xiàn)上部進(jìn)行焊接等作業(yè)，且天橋整體重量較大，因此如何選擇一個(gè)合理的施工方式進(jìn)行安裝是本工程一大難點(diǎn)。

由于天橋橫跨在既有線(xiàn)上部，不適宜在下部承軌層設(shè)立支撐架的形式進(jìn)行分段吊裝，因此，選用1600T大型履帶吊主臂超起進(jìn)行整段吊裝。優(yōu)點(diǎn)主要有基本不存在高空焊接，減少對(duì)既有線(xiàn)的影響；涉及（鄰近）營(yíng)業(yè)線(xiàn)施工的內(nèi)容少，安裝速度較快；占用天窗期次數(shù)少。

3 施工準(zhǔn)備工作

3.1 吊裝計(jì)劃性準(zhǔn)備

在既有線(xiàn)上實(shí)施吊裝作業(yè)需進(jìn)行封鎖鐵路，鐵路封鎖級(jí)別根據(jù)施工作業(yè)內(nèi)容和技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn)由鐵路有關(guān)部門(mén)制定，在給定的級(jí)別和封鎖時(shí)間段內(nèi)安全、高效地完成吊裝施工。

本工程因涉及鄰近營(yíng)業(yè)線(xiàn)施工，部分施工內(nèi)容需申請(qǐng)?zhí)齑包c(diǎn)時(shí)間進(jìn)行施工，因此需提前對(duì)該營(yíng)運(yùn)線(xiàn)路的天窗點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行調(diào)查。

因天橋吊裝施工全部涉及運(yùn)營(yíng)鐵路，項(xiàng)目部根據(jù)工程進(jìn)度安排需提前45d 上報(bào)施工封鎖計(jì)劃，并根據(jù)路局批復(fù)的月度施工計(jì)劃，于施工前3d 將日施工計(jì)劃申請(qǐng)報(bào)路局主管業(yè)務(wù)處，計(jì)劃下達(dá)后提前一天進(jìn)行確認(rèn)。

與鐵路設(shè)備管理單位、行車(chē)組織單位簽訂安全協(xié)議。提前三天將作業(yè)計(jì)劃提報(bào)監(jiān)理、設(shè)備管理單位，監(jiān)理、設(shè)備管理單位安全監(jiān)督員到場(chǎng)后施工。

3.2 營(yíng)業(yè)線(xiàn)吊裝前準(zhǔn)備

①人員及組織準(zhǔn)備

主要管理人員有項(xiàng)目經(jīng)理、副經(jīng)理、安全、技術(shù)等主要負(fù)責(zé)人，安全員、防護(hù)員及現(xiàn)場(chǎng)施工人員經(jīng)營(yíng)業(yè)線(xiàn)施工安全培訓(xùn)并合格。

起重工、電工等特殊工種人員均持證上崗，已報(bào)監(jiān)理檢查合格；線(xiàn)路防護(hù)人員由正式職工擔(dān)任，并經(jīng)培訓(xùn)合格。

參與封鎖施工的作業(yè)人員已參加三級(jí)安全教育、電氣化安全教育，考試合格并備案。

②技術(shù)施工準(zhǔn)備

對(duì)到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)成型的構(gòu)件進(jìn)行尺寸復(fù)核，內(nèi)容包括構(gòu)建的長(zhǎng)、寬、高、支腿中心距等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。進(jìn)行高程及兩立柱中心間距尺寸復(fù)測(cè)，精確放出立柱與構(gòu)件對(duì)位安裝中心線(xiàn)，并用油漆做出明顯的對(duì)位標(biāo)志符號(hào)，在吊裝對(duì)位入號(hào)時(shí)能方便操作。

施工封鎖前一天，由封鎖施工總負(fù)責(zé)人向所有參與施工的人員進(jìn)行交底總動(dòng)員。每次封鎖前一天，由各組組長(zhǎng)向該組作業(yè)人員就第二天封鎖的工作內(nèi)容及安全注意事項(xiàng)進(jìn)行交底。

③現(xiàn)場(chǎng)施工準(zhǔn)備

吊裝場(chǎng)地清理平整，清除影響施工的障礙物，保證吊裝施工條件。進(jìn)出場(chǎng)地用施工便道經(jīng)過(guò)整平壓實(shí)滿(mǎn)足運(yùn)輸要求。現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件比較復(fù)雜，需對(duì)履帶吊的吊裝就位場(chǎng)地進(jìn)行處理，具體吊裝就位場(chǎng)地處理為水泥土攪拌樁地基+20cm 厚C30鋼筋混凝土（直徑12鋼筋、間距200mm、雙層雙向）+路基箱。頂面標(biāo)高與既有站前路齊平或略高。

若需要吊裝位置周?chē)钤O(shè)落位觀測(cè)、焊接操作平臺(tái)，可采用梯籠或鋼管支架搭設(shè)，施工操作平臺(tái)面標(biāo)高低于構(gòu)件就位的位置2m。

④材料機(jī)具準(zhǔn)備

1600t 履帶吊于天橋吊裝前15d 進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，主要包括主機(jī)卸車(chē)、履帶架卸車(chē)及組裝、車(chē)身配重卸車(chē)及組裝、轉(zhuǎn)臺(tái)配重與主臂底節(jié)安裝和超起重型主臂組裝及調(diào)試。

對(duì)所有吊裝用材料、機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢查，各施工用具、小型機(jī)具及備用物品提前準(zhǔn)備就緒。施工封鎖吊裝前一天，項(xiàng)目部重點(diǎn)對(duì)電源、吊機(jī)設(shè)備、鋼索、吊具等進(jìn)行全面安全檢查，報(bào)監(jiān)理確認(rèn)。

封鎖前2h 吊車(chē)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)并做起吊準(zhǔn)備。

夜間施工吊裝，在鐵路兩側(cè)施工場(chǎng)地分別配備光線(xiàn)明亮的大面積照明燈具。安裝對(duì)位時(shí)可配備隨身攜帶的手電筒用于局部照明。

4 施工工藝技術(shù)分析

天橋尺寸為42m×12m×9m，重342.2t，吊車(chē)鎖具重26.0t，合計(jì)總重368.2t。采用1600t 履帶吊吊裝，主臂超起工況，吊裝半徑為35m，主臂長(zhǎng)為102m，吊機(jī)額定起重量為443t＞368.2t（天橋總重），安全系數(shù)為1.20，滿(mǎn)足吊裝要求。

4.1 施工過(guò)程

4.1.1 天橋地面拼裝

鋪設(shè)拼裝胎架下墊板，放出主要構(gòu)件中心線(xiàn)；擺放拼裝胎架；拼裝桁架上下主鋼梁，擺放校正好位置后進(jìn)行對(duì)接焊接；補(bǔ)充安裝桁架上下主梁之間的直腹桿和斜腹桿，校正好后從中間向兩邊對(duì)稱(chēng)焊接；安裝桁架上下主梁懸挑構(gòu)件，驗(yàn)收合格后進(jìn)入下道工序；將拼裝好的桁架吊裝到拼裝平臺(tái)上，測(cè)設(shè)好位置后用鋼管臨時(shí)焊接在桁架上進(jìn)行斜撐防止側(cè)翻；安裝中間橋面和屋面鋼構(gòu)件；拆除鋼管支撐，補(bǔ)充安裝天橋兩端橋面和屋面鋼構(gòu)件；安裝天橋屋面天溝龍骨；安裝天橋橋面樓層板和屋面板。

圖3 天橋地面拼裝示意圖

4.1.2 天橋試吊

天橋需要負(fù)載倒運(yùn)至吊裝點(diǎn)，技術(shù)要求在鐵路正式封鎖施工吊裝前做一次試吊工作，以此來(lái)檢驗(yàn)履帶吊、汽車(chē)吊的基礎(chǔ)沉降、卷?yè)P(yáng)機(jī)剎車(chē)性能、構(gòu)件單元離地后的平衡度以及吊耳、索具是否安全可靠等。天橋試吊應(yīng)模擬正式起吊工況進(jìn)行，試吊前準(zhǔn)備有以下6點(diǎn)注意事項(xiàng)。

吊裝前，將4 根鋼絲繩及卸扣預(yù)先懸掛在履帶吊錨鉤上。

復(fù)核支座中心距尺寸，與先前測(cè)量好的立柱實(shí)際中心尺寸做比較，明確兩者之間的誤差參數(shù)，做出調(diào)整方法。

吊裝對(duì)象擺放到地面胎架上時(shí)，擺放時(shí)應(yīng)根據(jù)吊機(jī)起吊后的旋轉(zhuǎn)方向考慮，便于回轉(zhuǎn)吊裝。依照設(shè)計(jì)圖位置精確放樣，不得有誤。

起吊前在距端頭兩側(cè)2m 位置處預(yù)先用纜風(fēng)繩栓緊，吊裝時(shí)用人力拉動(dòng)纜風(fēng)繩及時(shí)調(diào)整吊裝對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

試吊工作時(shí)將天橋離胎架1.5m 后停止起升，觀察平衡度及吊索下溜情況，再下降1m 停止，檢驗(yàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)制動(dòng)性能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)履帶吊機(jī)進(jìn)行重載模擬試吊，試吊完成后將構(gòu)件放置在原地面臨時(shí)支墩上，等待封鎖命令開(kāi)始。

如試吊過(guò)程中出現(xiàn)履帶吊機(jī)械預(yù)警警報(bào)，說(shuō)明試吊出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)立即停止試吊工作，查明原因，重新核算吊裝重物重量，檢查機(jī)械設(shè)備性能及相關(guān)儀器設(shè)備，待檢查排除因素后，另做試吊工作。試吊相關(guān)參數(shù)均在履帶吊設(shè)備儀器中顯示，及時(shí)記錄，必要時(shí)作相關(guān)調(diào)整，便于正式安全吊裝。

4.1.3 正式吊裝

1600t 履帶吊就位起吊，起吊高度高于胎架1.0m，靜止5min，觀測(cè)機(jī)械情況；履帶吊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)33.9°，將天橋周轉(zhuǎn)至預(yù)定位置；履帶吊空載行走7.7m 至預(yù)定位置并綁扎好吊鉤；1600t 履帶吊就位起吊，起吊高度高于胎架1.0m，靜止10min；吊裝半徑從31.2m 調(diào)整到30.0m；提升天橋高度35m，同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)天橋使天橋與履帶吊大臂保持34°～54°夾角；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)履帶吊大臂90°，同時(shí)旋轉(zhuǎn)天橋使天橋與履帶吊大臂保持34°～54°夾角；履帶吊往南負(fù)載行駛11.7m 到預(yù)定的位置；1600t 履帶吊到預(yù)定的位置后，吊裝半徑從30m 調(diào)整到35m；大臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)11.6°，將天橋送達(dá)到預(yù)定位置；使用人工緩慢旋轉(zhuǎn)使天橋就位、固定、焊接；履帶吊松開(kāi)吊鉤，卸載超起，退出30m 到拼裝場(chǎng)地，大臂趴下。

圖4 天橋轉(zhuǎn)位吊裝現(xiàn)場(chǎng)圖

4.2 施工控制措施

天橋拼裝時(shí)，根據(jù)主縱梁平面軸線(xiàn)位置，在拼裝胎架上畫(huà)出拼裝控制線(xiàn)。拼裝縱向鋼桁架時(shí)，提前復(fù)測(cè)天橋立柱及支座的平面位置及相對(duì)位置情況，進(jìn)行簡(jiǎn)單糾偏。拼裝桁架之間連梁時(shí)，通過(guò)測(cè)量復(fù)核縱梁兩端連梁連接位置對(duì)角線(xiàn)距離，輔助控制拼裝精度。

沿著縱向鋼梁對(duì)接拼裝，對(duì)接焊縫收縮變形對(duì)整個(gè)天橋長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生一定影響，第一個(gè)拼裝單元拼裝時(shí)，對(duì)焊前拼裝尺寸設(shè)置預(yù)調(diào)值，即對(duì)焊接位置距離放大5mm。焊接完成后，復(fù)測(cè)焊縫收縮對(duì)整個(gè)分段單元的影響，作為下次拼裝預(yù)調(diào)的依據(jù)。

吊裝天橋時(shí)，保障指揮信號(hào)清晰，采用纜風(fēng)繩控制天橋旋轉(zhuǎn)方向，在天橋桁架底端兩側(cè)各綁扎一根纜風(fēng)繩，起吊時(shí)人工利用纜風(fēng)繩使天橋保持平穩(wěn)，再利用纜風(fēng)繩緩慢牽引，擺正天橋方向。

就位時(shí)，提前在支座上設(shè)置臨時(shí)限位板，先對(duì)準(zhǔn)一端支座位置，并用馬板臨時(shí)固定，再調(diào)節(jié)另一端與支座連接，確保天橋一次順利就位。

天橋安裝就位后及時(shí)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接，確保穩(wěn)定后方可松鉤。

圖5 限位板示意圖

5 有限元分析模擬

根據(jù)天橋預(yù)定吊裝施工方案，采用有限元模擬軟件Midas Gen針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵過(guò)程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，主要包括吊裝過(guò)程鋼絲繩受力分析和吊裝過(guò)程天橋自身應(yīng)力應(yīng)變分析，主要結(jié)果如下。

5.1 鋼絲繩受力分析

首先是吊點(diǎn)設(shè)計(jì)，一般采用4 點(diǎn)對(duì)稱(chēng)形式；然后是鋼絲繩選擇，原則上是根據(jù)吊重和構(gòu)件尺寸確定，查閱鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格表對(duì)照取用。經(jīng)分析4 條鋼絲繩最大拉力1097.6kN，考慮8 倍安全系數(shù)，選用型號(hào)6×61-120 鋼絲繩。查表型號(hào)6×61-120 鋼絲繩最小破斷拉力為9070kN＞1097.6×8，鋼絲繩符合要求。

圖6 鋼絲繩受力分析

5.2 天橋應(yīng)力應(yīng)變分析

在吊裝工況下，需對(duì)鋼結(jié)構(gòu)天橋桁架自身的應(yīng)力應(yīng)變水平進(jìn)行分析。此時(shí)僅考慮天橋自身重力荷載，并考慮動(dòng)力放大系數(shù)適當(dāng)予以放大，同時(shí)忽略纜風(fēng)繩的有利作用。經(jīng)計(jì)算，天橋自身組合最大位移為8.3mm，天橋最大應(yīng)力為58.8N/mm2，應(yīng)力比為0.2，均不超過(guò)規(guī)范允許值。

圖7 天橋應(yīng)力應(yīng)變分析圖

6 結(jié)語(yǔ)

本次上跨杭深既有線(xiàn)的大型天橋快速轉(zhuǎn)位吊裝施工，克服了天橋吊裝過(guò)程中變形不均勻和提升過(guò)程中“卡桿”現(xiàn)象等難題，項(xiàng)目部前期精準(zhǔn)計(jì)算吊點(diǎn)數(shù)量、位置，嚴(yán)格控制底面拼裝尺寸，反復(fù)重疊模擬天橋坐標(biāo)，并通過(guò)“三維立體”模擬實(shí)際環(huán)境中旋轉(zhuǎn)時(shí)天橋與主臂的角度，最終一次性安全、準(zhǔn)確、順利圓滿(mǎn)吊裝完成，實(shí)現(xiàn)了天橋鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段“一次吊裝到位、一次精準(zhǔn)對(duì)接、一次驗(yàn)收合格”的預(yù)定目標(biāo)，對(duì)于同類(lèi)大跨度鋼結(jié)構(gòu)天橋的快速轉(zhuǎn)位施工具有一定的參考意義。