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京滬高鐵南京南站鋼結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)為雙層焊接球網(wǎng)架，長(zhǎng)452m,寬216m，投影面積9萬(wàn)余平方米，支座安裝高度為40.4m，屋頂標(biāo)高為59.96m。采取高空分塊單元滑移就位施工工藝，滑移最遠(yuǎn)距離為375 m，單塊最大面積216 m X43 m。在施工過程中，網(wǎng)架的卸載是多個(gè)滑移單元合攏后卸載，一次最大卸載面積達(dá)216 m X107.5 m。利用大跨度鋼網(wǎng)架的柔性，采取多臺(tái)液壓千斤頂，分軸不同步卸載。既保證了卸載的效率，又保證了結(jié)構(gòu)的安全及施工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：高空滑移；特大型焊接球鋼網(wǎng)架；大面積鋼網(wǎng)架分軸不同步卸載。
 
      1  南京南站鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程概況
      南京南站站房屋蓋鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：為雙層焊接球網(wǎng)架，長(zhǎng)452m,寬216m，投影面積9萬(wàn)余平方米，支座安裝高度為40.4m，屋頂標(biāo)高為59.96m。屋蓋造型為周邊低中間高，四周均懸挑于柱外，其中南北向懸挑達(dá)30m；支撐網(wǎng)架的柱網(wǎng)布置不均，東西向?yàn)?2m、72m、42m，南北向分別為21.5m、40m、43m等共計(jì)68根φ1600×50mm鋼管柱，鋼管柱材質(zhì)為Q390C；鋼網(wǎng)架屋蓋的基本構(gòu)成單元—鋼管柱、萬(wàn)向鉸支座、焊接球、桿系等網(wǎng)架層結(jié)構(gòu)鋼采用Q345C。屋蓋焊接球鋼網(wǎng)架的三維效果圖見圖1所示，網(wǎng)架的典型節(jié)點(diǎn)見表1。

圖1  屋蓋焊接球鋼網(wǎng)架的三維效果 京滬高鐵南京南站

表1  網(wǎng)架連接節(jié)點(diǎn)一覽表  房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)

2  南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)
      2.1  南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的特點(diǎn)
      （1）結(jié)構(gòu)體系單純、結(jié)構(gòu)造型規(guī)則
      站房屋蓋結(jié)構(gòu)為單純的大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，而且整體造型比較規(guī)則，構(gòu)件種類及節(jié)點(diǎn)型式也相對(duì)少。因此，無論是在結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)造型方面，還是在構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)方面，本工程并沒有特殊性，屬于常規(guī)性的大體量網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程。
      （2）工程體量大、構(gòu)件數(shù)量多
      屋面網(wǎng)架經(jīng)四周懸挑后達(dá)到約9萬(wàn)余平方米，整體鋼結(jié)構(gòu)總重量約達(dá)8000余噸（不含藻井、馬道、屋面構(gòu)件等）。網(wǎng)架構(gòu)件規(guī)格普遍較大，桿件2.4萬(wàn)余根，最大桿件為ф457×32；焊接球6702個(gè)，最大球?yàn)椐?00×22。
      （3）安裝跨度大、安裝高度高
      屋面網(wǎng)架安裝跨度東西向?yàn)?2m、72m、42m，南北向?yàn)?1.5m、40m、43m等，跨度普遍較大；高度高度從41.200～58.164米（不包括藻井屋脊高度），且四周均為懸挑，最大懸挑達(dá)30米。
      （4）高空拼裝焊接量大
現(xiàn)場(chǎng)拼裝、焊接多為高空拼裝、焊接，高空作業(yè)多，焊接條件差，難度高。
      （5）組織、協(xié)調(diào)工作量大
      屋面網(wǎng)架施工受現(xiàn)場(chǎng)諸多條件限制，網(wǎng)架的設(shè)計(jì)特征以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，決定了網(wǎng)架工程的組織協(xié)調(diào)量很大，尤其網(wǎng)架的東西兩側(cè)位于無站臺(tái)柱雨棚上方（懸挑30米）與站前工程施工交叉，且滬漢蓉場(chǎng)已經(jīng)通車。

2.2  南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架工程的難點(diǎn)
      （1） 可控選擇的施工工藝少
      關(guān)于本工程的屋面網(wǎng)架施工方案，自投標(biāo)階段，已經(jīng)進(jìn)行過多次專家論證：均認(rèn)為滑移是最適合本工程的施工工藝。這樣既解決了，構(gòu)件、技術(shù)措施的垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸問題，又有效的解決了與雨棚施工（和站臺(tái)、股道鋪軌）之間的沖突；
      （2） 既能滿足質(zhì)量、安全目標(biāo)，又能實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)的科學(xué)組織難度大
      工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)優(yōu)“魯班獎(jiǎng)”，安全目標(biāo)是杜絕重傷、死亡事故，輕傷事故率低于0.1%；同時(shí)須保證已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的鐵路線，不受施工影響。
      （3） 場(chǎng)地條件苛刻
      狹長(zhǎng)的施工區(qū)域，僅有南北兩端能夠利用，大量的技術(shù)措施材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的水平運(yùn)、垂直運(yùn)輸輸難度大。
      3  關(guān)鍵技術(shù)
      在綜合工程的特點(diǎn)，充分分析工程的難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)南京南站焊接球屋蓋鋼網(wǎng)架采取了“分單元高空滑移+組合單元卸載就位”的施工方法。
      3.1  工藝流程
      施工準(zhǔn)備→滑移單元分塊→滑移系統(tǒng)安裝→滑移單元拼裝、焊接、檢驗(yàn)→滑移設(shè)備安裝調(diào)試→滑移→過程檢測(cè)→就位→填補(bǔ)滑移單元件桿件→大單元卸載→測(cè)量監(jiān)控→形成整體
      3.2  滑移單元的劃分
      滑移單元和散裝區(qū)域劃分情況，見圖3.2所示。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面條件及安裝施工機(jī)械的選擇等各種因素進(jìn)行劃分。

圖3.2 滑移單元和散裝區(qū)域劃分圖  京滬高鐵南京南站

      鋼網(wǎng)架滑移分片單元?jiǎng)澐智闆r，見表3.2所示。

表3.2 鋼網(wǎng)架滑移分片單元?jiǎng)澐謪?shù)表

      注：此分片單元按照1.5倍滑移單元自重考慮；
      3.3  滑移設(shè)備選型及滑移工藝流程
      3.3.1  滑移設(shè)備選型
      (1） 鋼網(wǎng)架屋蓋最大滑移單元，計(jì)算重量約為1020噸（編號(hào)S-1），荷載不均勻系數(shù)取為1.3，滑移啟動(dòng)瞬間最大摩擦系數(shù)取為0.3，軌道1、軌道4的最大豎向力均為128噸，軌道2、軌道4的最大豎向力均為380噸。軌道1、4的最大滑動(dòng)摩擦力分別為F=μN 180*0.3=54噸，軌道2、3的最大滑動(dòng)摩擦力分別為最大滑動(dòng)摩擦力F=μN=380*0.3=114噸。
      (2） 推進(jìn)力：考慮荷載不均勻系數(shù)，軌道1、4的推進(jìn)力=54*1.3=70噸，考慮荷載不均勻系數(shù)，軌道2、3的推進(jìn)力=114*1.3=148噸。 
      (3）依據(jù)上述摩擦力及推進(jìn)力，均選取CSCEC-1000型數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人，單臺(tái)滑移推進(jìn)力為100噸！ 
      3.3.2  滑移工藝流程
      數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人依托夾緊裝置夾緊軌道的邊沿作為反力支撐點(diǎn)，利用爬行機(jī)器人液壓缸的伸、縮缸來推進(jìn)或牽引構(gòu)件水平滑移。數(shù)字液壓同步爬行機(jī)器人工作示意圖3.3-1~3.3-4如下：
 

圖3.3-1  步驟1   房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)

      步驟1、爬行機(jī)器人夾緊裝置中楔塊與滑移軌道夾緊，液壓缸前端活塞桿銷軸與滑移構(gòu)件（或滑靴）連接。通過液壓缸伸缸，推動(dòng)滑移構(gòu)件向前滑移。
 

圖3.3-2  步驟2  房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)

      步驟 2、爬行機(jī)器人液壓缸伸缸一個(gè)行程，構(gòu)件向前滑移250mm。

圖3.3-3  步驟3  京滬高鐵南京南站

      步驟3、一個(gè)行程伸缸完畢，滑移構(gòu)件不動(dòng)，爬行機(jī)器人液壓缸縮缸，使夾緊裝置中楔塊與滑移軌道松開，并拖動(dòng)夾緊裝置向前滑移；
 

圖3.3-4  步驟4  房屋蓋鋼網(wǎng)架高空滑移及卸載技術(shù)

      步驟 4、爬行機(jī)器人一個(gè)行程縮缸完畢，拖動(dòng)夾緊裝置向前滑移250mm。一個(gè)爬行推進(jìn)行程完畢，再次執(zhí)行步驟1工序。如此往復(fù)使構(gòu)件滑移至最終位置。

3.4  卸載設(shè)備的選型及卸載工藝流程
      3.4.1  卸載設(shè)備的選型
      根據(jù)最大的組合卸載單元的重量，按照每條軸線（①、③、⑥、⑧四個(gè)軸）上，每個(gè)卸載支點(diǎn)的最大荷載（Q），及整條軸線上的最大荷載（Q和）選擇卸載千斤頂。本工程最終選用：TDYG50-200型千斤頂8套。
      3.4.2  卸載工藝流程

就位卸載工藝流程

      3.5  滑移及卸載過程中的工況分析
      3.5.1  滑移工況分析（由于篇幅所限，僅對(duì)其中最大滑移單元H3進(jìn)行介紹）
      滑移單元安裝完成時(shí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形如圖3.5-1～4所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，安裝完成時(shí)x方向最大位移約14mm，y方向最大位移約21mm，z方向最大位移約88mm；最大壓應(yīng)力約為-240MPa，最大拉應(yīng)力約為215MPa。
 

圖3.5-1  H-3安裝完成時(shí)應(yīng)力分布圖（MPa）

  
圖3.5-2  H-3安裝完成時(shí)x方向變形圖（豎向：mm）
 

圖3.5-3  H-3安裝完成時(shí)y方向變形圖（豎向：mm）

 
圖3.5-4  H-3安裝完成時(shí)z方向變形圖（豎向：mm）
 

3.5.2  卸載工況分析
      （僅對(duì)一個(gè)最大的組合單元進(jìn)行，卸載工況進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析。）拼接后卸載頂升不同步——最大5mm時(shí)，卸載單元的應(yīng)力、應(yīng)變情況。

-279MPa/220MPa
 

-189MPa/231MPa
 

結(jié)構(gòu)的安全滿足設(shè)計(jì)要求！

4  實(shí)施過程圖片

圖4.1 滑移啟動(dòng)及滑移軌道系統(tǒng)
 
   
圖4.2 頂升卸載就位

  
圖4.3 脫架卸載千斤頂

 
圖4.4 分區(qū)域卸載千斤頂

  
圖4.5 滑移區(qū)域銜接帶安裝
 

      5  結(jié)束語(yǔ)
      現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程的施工難度越來越大，對(duì)施工技術(shù)的要求越來越高，在充分研究成熟的滑移工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種高同步性的滑移頂推技術(shù)非常有必要，既能為本工程所用，又能為今后施工提前作技術(shù)儲(chǔ)備。
      本技術(shù)的成功應(yīng)用，保證了南京南站站房工程的工期、質(zhì)量與安全目標(biāo)；促進(jìn)了大型跨線鐵路站房鋼屋蓋體系施工技術(shù)；為我公司積累了相關(guān)領(lǐng)域的施工經(jīng)驗(yàn)，為承接后續(xù)工程奠定了基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介:  吳聚龍，1996年畢業(yè)于重慶建筑大學(xué)，中建八局高級(jí)工程師