本文（新建石家莊站站房鋼拱橋結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)）結(jié)合新建北京至石家莊鐵路客運(yùn)專線石家莊站站房鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)際，通過對大跨度鋼拱橋結(jié)構(gòu)、鋼桁架結(jié)構(gòu)在站房高架層上進(jìn)行散拼吊裝施工方法的分析與應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)施工過程中取得了良好的效果。在全國大跨度拱橋鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中有所突破（站房高架層上施工），同時(shí)為類似結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步起到推動作用。
1.前言
大跨度鋼結(jié)構(gòu)近年來在國內(nèi)發(fā)展迅速，主要應(yīng)用于大型廠（庫）房、飛機(jī)機(jī)庫、火車站、大型場館等跨度要求較高的建筑，如圖1。主要采用焊接球網(wǎng)架、鋼桁架、重型鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。針對不同的結(jié)構(gòu)形式，如何采用更加科學(xué)的施工方法，對大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度以及施工成本的有效控制在現(xiàn)階段顯得尤為重要。
2.工程概況
新建北京至石家莊鐵路客運(yùn)專線石家莊站站房鋼結(jié)構(gòu)工程，主站房總長413m（A-Y軸），寬202m（M1-M16軸）。支撐體系為6榀連續(xù)拱橋結(jié)構(gòu)，拱橋跨度分別為49.6m、53.5m 、64.35m、76.5m、64.35m、53.5m、49.6m，拱身的矢高均為17m；所有組成拱橋結(jié)構(gòu)支撐體系的拱身、拱肋、橫梁等構(gòu)件形式均為箱型鋼構(gòu)件，具體參下表，參見圖2。
屋蓋結(jié)構(gòu)主要為“倒三角”形式的管桁架，主桁架垂直于下部拱橋布置，連接6榀拱橋結(jié)構(gòu)，形成5跨連續(xù)空間管桁架體系，每榀主桁架總長度為202m，最大單榀桁架跨度60m，見圖3。
站房鋼拱橋結(jié)構(gòu)工程施工：站房拱橋桁架連接示意圖
3.施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析及相應(yīng)對策
3.1.確保既有線運(yùn)行安全
新建石家莊站站房工程施工過程中，京廣鐵路上下行線照常運(yùn)行，如何確保既有線路和后期撥線運(yùn)行線路的安全，是
鋼結(jié)構(gòu)安裝工程控制的重點(diǎn)，同時(shí)也是一個十分棘手的施工難點(diǎn)。
對策：在
鋼結(jié)構(gòu)安裝初期，在運(yùn)行線路上方搭設(shè)安全防護(hù)棚，安全防護(hù)棚從站房向南北無柱雨棚內(nèi)延伸30m，盡量減少高架層上吊裝對既有線路的影響；
在吊裝臨邊鋼結(jié)構(gòu)拱橋時(shí)（M1和M16軸），將吊裝前的所有準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備就緒，并利用現(xiàn)場機(jī)械進(jìn)行空載模擬吊裝，與建設(shè)指揮部溝通，選擇白天既有線路上沒有列車通過的時(shí)間段(最長無車時(shí)段為2個小時(shí))進(jìn)行吊裝作業(yè)。
3.2.拱橋結(jié)構(gòu)安裝、桁架安裝
站房總長413m，寬202m，高架層標(biāo)高9.4-9.8m，高架層下方軌道施工與裝修施工同時(shí)進(jìn)行。因此，高架層上鋼結(jié)構(gòu)拱橋、立柱、橫梁、桁架安裝是本工程控制的重點(diǎn)，同時(shí)施工方法及機(jī)械選擇也是施工難點(diǎn)。
對策：選擇最不利工況分別進(jìn)行機(jī)械在吊裝不同構(gòu)件過程中的模擬計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算后滿足高架層混凝土結(jié)構(gòu)所承受荷載要求。將50T履帶吊吊至高架層上進(jìn)行吊裝作業(yè)，采用鋪設(shè)路基箱的安全措施并按規(guī)定線路行駛施工。（前提是樓面預(yù)應(yīng)力張拉完成）
高架層構(gòu)件吊裝時(shí)，根據(jù)構(gòu)件的不同位置、不同重量、不同形式，分別采用單機(jī)或雙擊抬吊作業(yè)施工。拱橋構(gòu)件利用XSTEEL軟件計(jì)算出構(gòu)件的重心，設(shè)置吊點(diǎn)并選擇合理的吊索具，25T以上的構(gòu)件須采用雙機(jī)抬吊；采用單機(jī)吊裝是，計(jì)算出鋼絲繩的長度，以便安裝就位順利。
桁架吊裝前，利用MIDAS有限元計(jì)算軟件，根據(jù)每榀桁架的不同跨度、不同吊裝方法、不同規(guī)格重量以及后期預(yù)估的施工荷載，計(jì)算出桁架的位移值，根據(jù)位移值和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行桁架拼裝預(yù)起拱，以防止桁架吊裝后下?lián)匣驌隙冗^大。
3.3.工期控制
站房
鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，既有線路正常運(yùn)營，并經(jīng)過春運(yùn)、暑運(yùn)等特殊運(yùn)營時(shí)期。為確保正常運(yùn)營并滿足春、暑運(yùn)運(yùn)力，本工程的既有線路有兩次撥線的時(shí)間窗口。為確保撥線順利，高架層結(jié)構(gòu)施工、高架層既有線上方
鋼結(jié)構(gòu)施工的施工工期控制也是重中之重。
對策：高架層上拱橋結(jié)構(gòu)施工所必備的履帶吊、胎架工裝、支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)必須提前安排好，并合理布置高架層施工平面平臺，預(yù)留大型構(gòu)件水平運(yùn)輸通道、履帶吊行走吊裝通道、桁架拼裝場地等。履帶吊的吊次需滿足安裝需要。
在高架層上施工，構(gòu)件的水平運(yùn)輸是制約構(gòu)件安裝進(jìn)度的關(guān)鍵，因此需要地面上150T履帶吊向高架層送料，利用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組通過滑移軌道將構(gòu)件滑移至安裝區(qū)域，由于每臺履帶吊作業(yè)需要2x6m的路基箱8塊，作業(yè)占地范圍較大，且行走需要倒運(yùn)路基箱，行走作業(yè)距離較短且相對較慢，6道拱橋安排6臺50T履帶吊在高架層，遠(yuǎn)不能滿足吊次需要。為此，為本工程特別定制了兩臺ME-40T-55.35m的龍門吊，龍門吊橫跨M3-M7和M10-M14軸線，為構(gòu)件水平運(yùn)輸和吊裝作業(yè)提供了有力的支持。
4.施工方案的實(shí)施
4.1工程實(shí)際概況
根據(jù)鐵路局和建設(shè)指揮部撥線安排，在高架層混凝土結(jié)構(gòu)施工完成以前，原京廣上行線要撥線至29道，為此，現(xiàn)場為29道開通搭設(shè)了剛性防護(hù)結(jié)構(gòu)，用于滿足上部混凝土結(jié)構(gòu)和高架層鋼結(jié)構(gòu)施工要求，站房南北兩側(cè)無柱雨棚已經(jīng)施工完成，29道于2011年1月順利開通如圖4、5。
為了工程整體部署，安排將京廣上、下行線于6月中旬全部撥至25-28道。為此，需要在2個月內(nèi)將臨近既有線的鋼結(jié)構(gòu)全部吊裝完畢。
4.2施工準(zhǔn)備
4.2.1.拱橋結(jié)構(gòu)分段設(shè)計(jì)
所有組成拱墻結(jié)構(gòu)的拱身、拱上鋼柱（拱肋）、橫梁等構(gòu)件均為箱型鋼構(gòu)件，以W-T軸拱橋分段為例：拱身分為6段，最重構(gòu)件32.1t；立柱共計(jì)22段，最重構(gòu)件9.35t；橫梁共計(jì)6段，重10.7t，如下圖6所示。
4.2.2.拱橋吊裝施工機(jī)械選擇布置
（1）、M1、M16邊跨拱橋結(jié)構(gòu)（臨近既有線施工）機(jī)械選擇布置：
第1段、第2段拱身及其上方立柱橫梁選用150t履帶，42m主臂工況進(jìn)行吊裝作業(yè)，吊裝回轉(zhuǎn)半徑14m，14m回轉(zhuǎn)半徑150t履帶額定吊裝荷載為40.9t，最重構(gòu)件吊重27.6t，滿足吊裝安全要求，吊裝工況見圖7、8。
因29道上方雨棚網(wǎng)殼已經(jīng)安裝完畢，不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進(jìn)行雙機(jī)抬吊第3段、第4段，雙機(jī)抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機(jī)回轉(zhuǎn)半徑控制在6m，雙機(jī)額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計(jì)算，起重能力為37.17t，滿足吊裝安全要求，如圖9~12。
50t履帶單機(jī)吊裝第5段、第6段，25m主臂工況5.5m回轉(zhuǎn)半徑額定最大起重量為26.56t；
T-W軸拱墻立柱及橫梁吊裝單元最重構(gòu)件為13.3t，立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成整體吊裝，選用50t履帶在高架層樓板上單機(jī)吊裝，選用37米主臂工況，回轉(zhuǎn)半徑8m，額定起重能力14.9t。
（2）、M2-M15軸線中間跨拱橋結(jié)構(gòu)機(jī)械選擇布置：
M2-M15軸拱墻不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進(jìn)行雙機(jī)抬吊W-T拱身（第4段、第5段、第6段）和S-R拱身（第3段），雙機(jī)抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機(jī)回轉(zhuǎn)半徑控制在6m，雙機(jī)額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計(jì)算，起重能力為37.17t，滿足吊裝安全要求，如圖13~14。
4.2.3.拱墻安裝支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（1）、臨近既有線拱橋結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)
每榀拱墻在安裝過程中，均需在拱身分段處增加臨時(shí)剛性支撐節(jié)，如圖15~19。并在設(shè)置兩組側(cè)向雙支撐，保證吊裝和就位后的豎向及側(cè)向穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在場外拼成一段，使用塔吊整體吊裝。
（2）、非臨近既有線拱橋結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)
4.2.4.構(gòu)件水平運(yùn)輸做法
由于站房拱墻構(gòu)件單體較重，塔吊無法滿足現(xiàn)場構(gòu)件水平運(yùn)輸要求。為確保高架層M3-M14軸線拱身構(gòu)件順利運(yùn)輸至安裝位置，現(xiàn)場采用滑移的施工方法，在指定位置鋪設(shè)軌道，軌道內(nèi)使用4組移運(yùn)器，利用卷揚(yáng)機(jī)作為牽引裝置進(jìn)行構(gòu)件的單體滑移，如圖20。
9.4m高架層平臺與9.8m平臺過渡做法參照圖20；9.8m平臺軌道直接將【36a槽鋼鋪設(shè)在樓面上，下方鋪設(shè)腳手板以保護(hù)樓面并增大受力面積，為防止軌道發(fā)生側(cè)向位移，將軌道之間做好支撐并與樓面上的地錨做好加固。
當(dāng)構(gòu)件滑移無法就位到起吊位置時(shí)，構(gòu)件在高架層樓板上的水平運(yùn)輸選用50t履帶單機(jī)吊裝或雙擊抬吊向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)臂倒運(yùn)構(gòu)件，并要求在水平運(yùn)輸過程中50t履帶必須空載行走，構(gòu)件倒運(yùn)時(shí)保證構(gòu)件最低點(diǎn)距高架層樓板30cm以內(nèi)；
4.3拱橋安裝方法及流程
4.3.1拱橋結(jié)構(gòu)拱身預(yù)拼裝
在寬闊平整的場地上，按1:1比例測放拱橋結(jié)構(gòu)軸線、輪廓線和分段口控制線，按照軸線的形狀布置鋼胎架或鋼馬凳、鋼胎架上表面要經(jīng)過超平觀測；根據(jù)測放的控制線將拱橋按分段順序在地面進(jìn)行預(yù)拼裝見圖21，預(yù)拼裝過程中要注意觀察胎架的變化并及時(shí)糾偏。
預(yù)拼裝完成后，檢查預(yù)拼總體情況，著重檢查對接接口情況，對拱身外形尺寸、弦高、對接接口間隙等進(jìn)行驗(yàn)收并記錄，在拱身對接接口處做好標(biāo)記，以便拱身吊裝就位時(shí)尺寸控制。
4.3.2拱腳結(jié)構(gòu)安裝
高架層混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到75%后，即可以開始安裝拱腳結(jié)構(gòu)；拱腳單體分段重量不超過10t，50t履帶吊在高架層滿足施工要求，如圖22；（此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)支撐未拆除，預(yù)應(yīng)力未張拉）
4.3.3支撐體系安裝
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝就位時(shí)用纜風(fēng)繩拉結(jié)，以保證側(cè)向穩(wěn)定；使用L75×6角鋼剛性連接兩道豎向支撐與側(cè)向支撐，形成三角形穩(wěn)定支撐體系；每組支撐節(jié)間用【12.6槽鋼水平拉結(jié)，見圖23~25。
流程2：用150t履帶吊裝第2段拱身、50t履帶單機(jī)吊裝第5段拱身；
安全措施：高架層混凝土澆筑完強(qiáng)度達(dá)到80%以上履帶開始在高架層作業(yè)，50t履帶樓板上作業(yè)鋪設(shè)路基箱；高架層混凝土澆筑完畢后在29道正上方放線，保證履帶在鋼防護(hù)兩側(cè)吊裝作業(yè)，29道上方履帶空載通過；見圖26~27。
流程3：用兩臺50t履帶雙機(jī)抬吊第4段拱身；
流程4：用兩臺50t履帶雙機(jī)抬吊第3段拱身,整體拱身合攏安裝完畢；
第3段、第4段安裝安全措施：
構(gòu)件吊裝：將構(gòu)件運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，?gòu)件起鉤過程中，始終保證構(gòu)件與側(cè)向支撐間距在10cm以內(nèi)，并在構(gòu)件端部安置安全繩，保證在構(gòu)件吊裝過程中的側(cè)向穩(wěn)定，起升就位后將構(gòu)件水平向前送到位，在其下方為豎向支撐結(jié)構(gòu)，外側(cè)仍為側(cè)向支撐，保證構(gòu)件的側(cè)向和豎向安全；見圖28~29。
在構(gòu)件正下方樓板滿鋪路基箱，避免墜落擊穿樓板。
流程5：焊接，拱身共計(jì)7個焊接接口，采取對稱跳焊的原則，第一次先焊接①③⑤⑦節(jié)點(diǎn)對接焊縫，第二次焊接②⑥節(jié)點(diǎn)對接焊縫，最后焊接④節(jié)點(diǎn)對接焊縫。
安全措施：焊接作業(yè)面用腳手架搭設(shè)封閉的焊接操作平臺，起到防風(fēng)、防止焊渣飛濺、防火的作用。另外，也為防止焊接火花過大給通過列車造成影響，使列車司機(jī)誤認(rèn)為是危險(xiǎn)信號；
為控制焊接變形見圖30，拱身焊接采用2人2機(jī)同時(shí)對稱焊接的方法進(jìn)行箱型構(gòu)件的焊接，同一構(gòu)件的兩個端接口不得同時(shí)焊接；
流程6：用150t履帶吊裝①-⑥段立柱，50t履帶單機(jī)吊裝其余立柱。將立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成為一體，整體吊裝；見圖31~32.
流程7：用50t履帶單機(jī)吊裝橫梁，第2-5段橫梁與立柱拼成整體吊裝；
4.3.5拱橋結(jié)構(gòu)安裝龍門吊的使用
為滿足高架層上拱橋結(jié)構(gòu)吊次要求，以解決履帶吊行走緩慢、行走需要倒運(yùn)路基箱、施工作業(yè)占地面積過大、吊次不滿足、水平運(yùn)輸麻煩等問題，根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特別為本工程定制了兩臺ME-40T-55.35m型號的龍門吊，兩臺龍門吊可橫跨M3-M7和M10-M14軸線，最大單機(jī)起重能力40噸，滿足四道拱橋結(jié)構(gòu)施工和兩跨桁架吊裝施工；見圖32~34。
由于龍門吊跨度55.35m，自身高度31m，在高架層上安裝難度和安裝周期較長，在本工程前期的高架層鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，由于涉及京廣線撥線的時(shí)間窗口，龍門吊暫時(shí)未安裝，待撥線后，龍門吊經(jīng)過組拼安裝、穿線、調(diào)試、試吊驗(yàn)收等環(huán)節(jié)后，迅速投入到結(jié)構(gòu)安裝中去，極大的緩解了高架層結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度慢的壓力。
4.3.6拱橋結(jié)構(gòu)卸載
待單跨拱橋所有桿件及合攏點(diǎn)接口焊縫全部焊接并探傷合格后，提前24小時(shí)申請報(bào)驗(yàn)，驗(yàn)收合格后進(jìn)行支撐卸載。
卸載采用分級卸載，卸載原則：同步、分級、緩慢；
（1）載卸
焊接完畢檢測合格后，拆除接口處高強(qiáng)度螺栓，在豎向支撐下方分別設(shè)置4臺50噸千斤將拱身頂緊，將支撐工裝與拱身連接部分切開，使由工裝承受荷載轉(zhuǎn)為由千斤頂承受荷載，并將工裝影響卸載的部分全部切除，參圖35~36.
（2）卸載過程測量監(jiān)控
卸載順序：②-⑥-③-⑤-④，如下圖：
卸載時(shí)，需用全站儀全程進(jìn)行跟蹤；在卸載前，布置測量監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)主要選在卸載點(diǎn)、拱墻中心、拱身拼接接口處，在確定的監(jiān)控點(diǎn)上貼反光片，并記錄相對空間坐標(biāo)，在卸載過程中，隨時(shí)觀測各個監(jiān)控點(diǎn)的位移變化情況。
卸載千斤，拱墻卸載完畢，最后拆除千斤頂、工裝及豎向支撐。
經(jīng)過實(shí)際監(jiān)測：53.5m跨度的拱橋卸載前后，Z向位移最大值為-3mm，現(xiàn)場所有拱橋設(shè)計(jì)要求拱中心起拱30mm；
4.4屋面桁架安裝
對每一榀桁架按照其自重和預(yù)加施工荷載進(jìn)行撓度計(jì)算，根據(jù)計(jì)算值并不同的安裝方法以及類似施工經(jīng)驗(yàn)，在桁架小拼和中拼過程中進(jìn)行預(yù)起拱，預(yù)起拱值的確定需與設(shè)計(jì)溝通并最終確定。
站房高架層的屋面桁架全部為“倒三角”形式的桁架，最大跨度60m，最小跨度16m，桁架的安裝標(biāo)高為34.2m，相對于高架層安裝高度為24.4-24.8m。
根據(jù)桁架的不同位置、不同跨度、不同重量，桁架吊裝采用50T履帶單機(jī)吊裝、50t履帶雙機(jī)抬吊、龍門吊單機(jī)吊裝等多種方法，采用任何機(jī)械和吊裝形式，每榀桁架最好都設(shè)置4個吊點(diǎn)，吊點(diǎn)位置須在節(jié)點(diǎn)位置；見圖37。
4.5結(jié)構(gòu)安裝相關(guān)計(jì)算
結(jié)構(gòu)安裝的每一步都離不開安裝工況計(jì)算，工況計(jì)算滿足要求是結(jié)構(gòu)安裝的有力保證。本工程針對不同安裝工序、步驟進(jìn)行了多方面的工況計(jì)算，主要如下：
拱橋結(jié)構(gòu)安裝模擬計(jì)算；（第一吊至合攏結(jié)束）
拱上鋼柱、橫梁安裝模擬計(jì)算；
拱橋結(jié)構(gòu)卸載計(jì)算；
高架層支撐加固計(jì)算；
高架層滿堂紅支撐驗(yàn)算；（取履帶吊、龍門吊施工最不利工況，未考慮預(yù)應(yīng)力張拉）
高架層無支撐驗(yàn)算；（取履帶吊、龍門吊施工最不利工況，考慮預(yù)應(yīng)力張拉）
屋面鋼桁架撓度計(jì)算；（確定預(yù)起拱值）
5.結(jié)論
通過以上施工技術(shù)、措施的應(yīng)用，保證了臨近既有線鋼結(jié)構(gòu)施工安全無事故，確保了京廣正線按期順利撥線；拱橋施工中的支撐體系為我公司自有物資，在本工程中被充分利用，降低了項(xiàng)目成本；該施工方法實(shí)施，有效的解決了拱橋結(jié)構(gòu)在分段吊裝過程中水平推力過大的不利情況，所有拱橋結(jié)構(gòu)的安裝精度均符合規(guī)范要求；在站房高架層上布置龍門吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工尚屬首次，定制龍門吊滿足結(jié)構(gòu)吊裝和高架層上構(gòu)件水平倒運(yùn)的需求，由于軌道布置在梁上，對高架層結(jié)構(gòu)影響較小，非常適合本工程鋼結(jié)構(gòu)施工；
通過對大跨度鋼拱橋結(jié)構(gòu)在高架層上施工技術(shù)的探究以及在新建石家莊站站房鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)際中的應(yīng)用，為我國大跨度鋼拱橋結(jié)構(gòu)體系在施工過程中的工藝、方法等多方面增添了些許寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為類似結(jié)構(gòu)提供珍貴的施工技術(shù)參考。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會.《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊》.中國計(jì)劃出版社.2002（1）
[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》.中國計(jì)劃出版社.2002.
[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》.中國建筑工業(yè)出版社.2002
作者簡介：王策（1982-），北京市機(jī)械施工有限公司，助理工程師.
聯(lián)系地址：北京市西城區(qū)南禮士路15號（100045）
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