摘 要：濟南西站大跨度鋼屋蓋施工根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點，同時參考國內(nèi)其他項目成熟施工經(jīng)驗，采用了同步累積滑移施工技術(shù)。將滑移軌道布置在高架層樓板上，上部鋼柱及屋蓋同時滑移，最后整體卸載。實施過程中以理論分析為基礎(chǔ)，設(shè)計、安裝了系統(tǒng)的臨時加固措施，在滑移全過程進行同步控制，保證了結(jié)構(gòu)的安全及安裝精度。相關(guān)施工經(jīng)驗可供類似工程借鑒參考。
1.前言
我國大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)起步晚，基礎(chǔ)薄弱，但隨著國家經(jīng)濟實力的增強和社會發(fā)展的需要，近年來也取得迅猛發(fā)展，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多。特別是2008年奧運場館建設(shè)以及近年來各地涌現(xiàn)的鐵路、公路、航空等交通樞紐工程建設(shè)為我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了舞臺，同時也給建筑施工企業(yè)帶來巨大機遇和挑戰(zhàn)。
目前已完工并投入使用的濟南西站是京滬高速鐵路五個始發(fā)終到站之一，其大跨度站房鋼屋蓋采用了帶柱同步累積滑移技術(shù)。屋蓋滑移軌道鋪設(shè)在高架候車層樓面上，上柱與鋼屋蓋同時滑移，累計滑移9次，滑移完成后整體卸載。帶柱累積滑移施工場地占用小，高空作業(yè)量少，同步控制精度高?；苾?nèi)容如下圖1框內(nèi)所示。
2.工程概況
濟南西站站房II區(qū)高架候車廳部分鋼結(jié)構(gòu)屋蓋分為A、B、C三個區(qū)。A區(qū)寬116.4m，長99m；B區(qū)寬116.4m，長77.5m，C區(qū)寬107m，長25m。其中A區(qū)和B區(qū)結(jié)構(gòu)間有300mm的間隙。A、B區(qū)為空間管桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂標高為41.600m，分別有5榀和4榀主桁架。主桁架長約116m，寬2.5m，高從2.5m到4.5m漸變，重約100噸，C區(qū)屋蓋為平面鋼架，跨度分別為24m、59m，上部鋼梁，系桿、支撐采用的截面有H型鋼，方管和圓管。II區(qū)整體軸測圖如下圖2所示：
鋼結(jié)構(gòu)屋蓋主次桁架間相貫焊接，型鋼梁及斜撐等附屬桿件多采用螺栓連接，其中主桁架及型鋼梁，弧型梁等桿件均為弧形，加工、安裝難度較大。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)總重約3000噸，鋼材材質(zhì)均為Q345B.本工程高架候車廳以下鋼材材質(zhì)主要為Q345GJC,商業(yè)夾層及鋼屋蓋結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)主要為Q345B。
3.方案的選擇
3.1 施工特點
為了滿足鐵路旅客的不斷增多以及旅客對站房結(jié)構(gòu)美觀性及舒適性要求的不斷提高，鐵路站房工程具有以下特點：
(1)、屋蓋跨度較大、高度較高，并且同一站房屋蓋的結(jié)構(gòu)形式大體規(guī)則。
(2)、施工交叉多。鋼結(jié)構(gòu)與土建、裝飾裝修等專業(yè)之間，站房與雨棚之間，站房與鐵路路線之間均存在大量的交叉作業(yè)。
(3)、由于各地的人文地理與建筑效果要求上的差異，不同地區(qū)的站房結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)形式千差萬別。
屋蓋施工方案的確定必須針對項目的特點，包括結(jié)構(gòu)形式，場地條件，工期要求等，進行分析比較，在確保質(zhì)量、安全的前提下，盡量做到節(jié)約成本，縮短工期。
3.2 備選方案
目前大跨度站房屋蓋施工常見的施工方法有：1、機械吊裝；2、滑移。其中機械吊裝又可分為跨內(nèi)吊裝與跨外吊裝。兩個方案各有優(yōu)缺點，最終采用哪個需要經(jīng)過仔細比選，找出最適用的一個施工方案。
(1)、跨外吊裝。大型吊機行走在站房結(jié)構(gòu)外圍，分段或整體吊裝屋蓋結(jié)構(gòu)。該施工方法我們在新建泉州站上成功使用。
針對濟南西站結(jié)構(gòu)特點，兩臺履帶吊行走在高架候車廳兩側(cè)雨棚位置。首先安裝高架層以上的立柱，然后利用兩臺履帶吊自東向西安裝主次桁架。主桁架分兩段，跨中設(shè)立支撐胎架，次桁架整體吊裝，附屬桿件高空散裝。
(2)、跨內(nèi)吊裝。大型吊機行走在結(jié)構(gòu)內(nèi)部（由于高架候車層結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力遠比軌道層小，吊機一般行走在軌道層），采用流水施工的方式，依次安裝屋蓋結(jié)構(gòu)，土建結(jié)構(gòu)后做。該施工方法我們在新建鄭州東站上成功使用。
針對濟南西站結(jié)構(gòu)特點，履帶吊在軌道層上行走吊裝，將屋蓋主桁架分成4段，并在軌道層上搭設(shè)高空支撐架，高空分段拼裝；次桁架整體吊裝，附屬桿件采用高空散裝的方式。
(3)、整體滑移。將屋蓋結(jié)構(gòu)分成若干個滑移單元，利用同步滑移設(shè)備，推動結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)的滑移軌道上滑移，從拼裝位置滑移至設(shè)計位置，卸載后完成結(jié)構(gòu)施工。該施工方法我們在新建蘇州站上成功使用。
針對濟南西站結(jié)構(gòu)特點，可在場地西側(cè)搭設(shè)高空操作平臺，屋蓋桁架采用地面散件拼裝，高空整體拼裝的方式進行安裝，在主次桁架就位后，完善其他構(gòu)件的連接后即可進行滑移?；栖壍?條，鋪設(shè)在高架候車層樓面上，滑移時高架層鋼柱可與屋蓋同時進行滑移，自西向東共滑移九次。
3.3 方案確定
在確保施工安全和質(zhì)量的前提下，方案的確定以兩點為主：工期和成本。濟南西站施工工期較緊，面臨著京滬高鐵按計劃時間節(jié)點通車的壓力，若采用機械吊裝的方式，需待軌道層結(jié)構(gòu)完全施工完畢后方可進行屋蓋施工，且屋蓋吊裝過程中對土建和雨棚施工影響較大，對整體工期不利。而滑移施工的方式可以避免上述缺點，大大節(jié)省工期。且若采取帶柱滑移的方式，還可大量減少現(xiàn)場高空作業(yè)量，降低施工安全風險。但滑移施工技術(shù)難度大，施工復雜，對施工單位技術(shù)水平要求較高
經(jīng)項目部仔細分析、比較，最終決定采用累積滑移施工技術(shù)進行站房屋蓋的施工。
4.滑移工藝
4.1 滑移方法及特點
首先平整N軸線西側(cè)的空地，讓其作為鋼結(jié)構(gòu)材料堆放以及桁架拼裝的場地。同時搭設(shè)的桁架高空拼裝平臺，位置在N軸線和L軸線之間。屋蓋桁架的安裝采用地面散件拼裝，整體分段吊裝，高空補檔的方式進行。平臺搭建完成后進行主、次桁架地面整體拼裝，吊裝時主桁架分成4段吊裝，次桁架整體吊裝。在主次桁架就位后，連接其間的型鋼梁、檁條等構(gòu)件，焊接完就具備滑移的條件?；茣r高架層以上的鋼柱與屋蓋已成整體結(jié)構(gòu)，鋼柱整體長度20m，自柱底到桁架下弦距離16m。現(xiàn)場施工布置見下圖3示意：
利用現(xiàn)有高架層9、10、13、14軸線混凝土梁作為軌道梁，由于鋼柱分段點高出樓板面1.2m，針對這個高差，我們采用在軌道下設(shè)型鋼梁的方式，型鋼面與下節(jié)鋼柱上表面齊平，型鋼截面選擇□1200*700*25*30的箱型梁,保證軌道鋪設(shè)后軌道面標高平滑一致。軌道長約202m，最大的相鄰間距距離為59m?；品较蜃晕魍鶘|，滑移時上柱柱底直接落在軌道鋼上，滑移到位后利用液壓千斤頂頂起鋼柱后割除軌道鋼，即可進行卸載。軌道布置平、立面圖見下圖4、圖5：
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，屋蓋結(jié)構(gòu)可分為9個拼裝單元，由于A區(qū)屋蓋與B區(qū)、C區(qū)屋蓋結(jié)構(gòu)之間留有變形縫，兩部分的結(jié)構(gòu)可以單獨進行滑移。先在高空操作平臺上拼裝焊接完C區(qū)構(gòu)件，即滑移單元A,整體滑移一跨的距離；A單元滑走后，操作平臺上即可安裝B單元主桁架及中間次桁架、檁條等構(gòu)件，然后進行下一次滑移。依據(jù)這一順序，B區(qū)全部拼裝完后，滑移12.3m，吊裝H軸線主桁架以及懸挑桁架，H，F(xiàn)間結(jié)構(gòu)通過臨時連桿連接成一個整體后再進行滑移，滑移出一個柱距后，連桿脫開，B區(qū)、C區(qū)一次性滑移到位。接著拼裝、滑移A區(qū)屋蓋，依次施工，直至屋蓋整體滑移到位?；谱訬軸向A軸推進，共需滑移9次，前5次滑移將屋蓋B區(qū)、C區(qū)滑移到位，后四次僅滑移A區(qū)，最長滑移距離約180m。
由于為帶柱滑移施工以及使用混凝土梁為軌道梁，本工程較常規(guī)滑移施工存在以下特點：
(1)、滑移結(jié)構(gòu)重心高，經(jīng)計算可以得出重心處于屋蓋高度，距爬行器推動點距離約有16m，存在頭重腳輕的現(xiàn)象。
(2)、并排的四個爬行器由4個油泵控制，中間兩個相距59m。結(jié)構(gòu)上沒有聯(lián)系桿件，若同步控制不好，容易產(chǎn)出較大的位移差。
4.2 技術(shù)保證措施
帶柱滑移最關(guān)鍵的問題是解決鋼柱傳力，即如何保證滑移爬行器推動點的作用力通過鋼柱合理的傳遞到整體結(jié)構(gòu)上，確保鋼柱、鋼屋蓋不會產(chǎn)生過大的變形。
為此我們利用有限元分析軟件ansys分析得出40個柱腳位置的節(jié)點反力，發(fā)現(xiàn)僅僅依靠滑移結(jié)構(gòu)本身來傳統(tǒng)爬行器推力是不可取的，極可能產(chǎn)生局部應(yīng)力過大情況，對鋼柱、屋蓋結(jié)構(gòu)桿件、焊縫造成破壞，且會因為后排鋼柱滑移的滯后性，導致前后鋼柱開襠被拉大，不利于最后滑移到位后與下節(jié)柱對接。為此，我們在爬行器頂推點上方500mm處安裝一根連桿（截面為400*16的圓管），連接前后鋼柱。并且間隔一跨，在鋼柱與連桿間焊接附加撐桿。措施布置圖如下6：
上述僅為沿軌道方向的保證措施，在垂直軌道方向，由于四列鋼柱間距為24m，59m，24m，滑移時同步控制不好會導致整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，影響結(jié)構(gòu)安全，不利于最終安裝精度的控制。為此，我們在鋼柱間增設(shè)了南北向的連桿，見下圖7所示。限于現(xiàn)場條件，中間跨無法安裝剛性連接結(jié)構(gòu)，滑移過程中將通過同步控制來保證結(jié)構(gòu)安全。
經(jīng)過有限元分析軟件ansys分析計算，臨時措施有效的將推力傳遞至整體結(jié)構(gòu)上，避免結(jié)構(gòu)局部受力、變形過大?？梢源_保施工過程結(jié)構(gòu)安全。
5.整體卸載
在屋蓋滑移到位后，進行結(jié)構(gòu)卸載。卸載過程其實就是釋放臨時措施中的內(nèi)力，使設(shè)計結(jié)構(gòu)獨自承擔自重及外部荷載。本工程卸載采取的是分級同步的思路，利用若干快鋼墊塊配合液壓千斤頂控制每步的卸載量，總卸載量為軌道鋼的高度，即140mm。卸載工藝圖見下圖8所示：
卸載的順序為：先卸載中間軌道，后卸載兩邊的軌道，交錯進行，最終完成整個屋蓋卸載作業(yè)。為保證施工的安全，對卸載的過程需全程監(jiān)控，并且采取特殊的技術(shù)措施。
(1)、卸載前要仔細檢查各支撐點的連接情況，確保各個臨時固定措施已經(jīng)斷開，屋蓋沒有附加的約束。
(2)、卸載前應(yīng)先通過軟件計算好支撐點上屋面的變形量與反力，再確定千斤頂?shù)囊?guī)格。
(3)、卸載時要統(tǒng)一部署，保證同步進行，嚴格執(zhí)行卸載的操作規(guī)程，不得進行其他作業(yè)。
(4)、卸載時要全程跟蹤測量和監(jiān)控。
為確保卸載的過程安全以及避免實際卸載下?lián)隙戎蹬c計算值出現(xiàn)較大的差別，在卸載的過程中安排兩臺全站儀進行監(jiān)測，用于及時根據(jù)實際情況調(diào)整卸載步驟和單位卸載量，并詳細記錄卸載過程結(jié)構(gòu)變化。
當卸載完成時，屋面變形也全部完成，此時屋蓋的重量由其自身承擔，支撐架不再承受荷載，主體結(jié)構(gòu)完成施工。
6.總結(jié)
濟南西站屋蓋施工既參考了其他項目施工經(jīng)驗，又針對工程特色進行創(chuàng)新，采用帶柱滑移技術(shù)，并設(shè)計一系列的臨時措施保證滑移過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。帶柱滑移相比常規(guī)的柱頂滑移而言，減少了大量的高空作業(yè)風險，操作人員在樓面上即可完成軌道安裝，滑移設(shè)備調(diào)試等作業(yè)，方便進行同步性控制及最后的卸載作業(yè)，提高了工程施工質(zhì)量。
本項目施工方案的比選、確定、實施過程科學、合理，僅用45天完成3000余噸結(jié)構(gòu)的安裝滑移作業(yè)，平均5天滑移一次，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，相關(guān)施工技術(shù)可供類似項目施工借鑒參考。
參考文獻
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第一作者簡介
金平、男，1984年9月出生，籍貫:浙江省常山縣，就職于上海寶冶集團有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司，擔任本單位濟南西客站鋼結(jié)構(gòu)工程項目部主任工程師。單位地址：上海市寶山區(qū)羅店工業(yè)園區(qū)羅新路305號，郵編：201900
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