摘 要：鄭州東站是全國最大的鐵路工程之一，其站房鋼結(jié)構(gòu)工程涉及的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，有78米大跨度，有高低跨的對接，有17米長的懸挑結(jié)構(gòu)，也有玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，以及石材幕墻結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。其構(gòu)件形式也十分多樣，有矩形鋼柱、圓管鋼柱、實腹梁、矩形桁架、H型鋼桁架、圓管桁架、鉸接斜撐、鑄鋼節(jié)點、正三角桁架、倒三角形桁架、四邊形桁架、形桁架等形式構(gòu)件。其安裝最大特點是吊機不能在地面進行施工，整個安裝也不適合滑移技術(shù)的要求，因此本項目采用了主吊機高空作業(yè)，屋面桁架高空組裝的技術(shù)解決了本項目中的難點。此項目難度之大、形象之深遠(yuǎn)，皆可為后續(xù)工程提供難能可貴的經(jīng)驗。
1、工程概況
鄭州東站含兩家總包單位，兩家單位均為鐵道系統(tǒng)單位，我司上海寶冶集團有限公司承接了鄭州東站東區(qū)站房東區(qū)（P~X軸）鋼結(jié)構(gòu)以及雨棚南北（C~V軸）全部鋼結(jié)構(gòu)工程。由于站房鋼結(jié)構(gòu)工程量大，約為8萬噸，施工十分復(fù)雜，技術(shù)含量高，其中東區(qū)鋼結(jié)構(gòu)約為26000噸（不含9.4米以下勁形鋼柱），因此本文僅以站房東區(qū)（P~X軸）鋼結(jié)構(gòu)施工為例。
鄭州東站位于鄭州市鄭東新區(qū)，范圍是東風(fēng)東路以東、七里河南路以南、博學(xué)路以西、商鼎路以北所圍合的區(qū)域，是新建石武（石家莊-武漢）客運專線和徐蘭（徐州-蘭州）客運專線十字交匯樞紐，將匯集鐵路客運、公路客運、軌道交通、城市公交等多種交通方式，實現(xiàn)多種交通方式的有機銜接。
東站站房建筑共三層，分別為地面層、站臺層和高架層（含高架夾層），站房主體建筑外墻東西進深502.7m，南北面寬245.2m，站房主體最高點距離地面52.3m。32條火車軌道線從站臺層通過,站臺層高度為10.15米如圖1~3。
圖2：鄭州東站鋼結(jié)構(gòu)橫剖面圖
圖3：鄭州東站鋼結(jié)構(gòu)縱剖面圖
2.1、鋼管桁架的制作精度控制
本工程屋蓋為管桁架結(jié)構(gòu)，截面尺寸超大，支撐采取工廠散桿件加工，預(yù)拼裝解體后運輸?shù)浆F(xiàn)場，由現(xiàn)場進行組裝。因此如何保證制作精度成為本工程制作的一大難點。
2.2、站臺層上部鋼結(jié)構(gòu)的安裝
站臺層上部鋼結(jié)構(gòu)體量非常大，結(jié)構(gòu)東西長186米（僅P~X軸）、南北寬245米，站臺層不能直接走吊機，外部吊裝吊機無法覆蓋這么大面積，給安裝帶來極大困難。
2.3、高架層、夾層和屋面均有大跨度，胎架選型和材料準(zhǔn)備困難。
2.4、胎架數(shù)量多、層次多，卸載存在困難
本工程屋蓋桁架的安裝大量使用了支撐胎架，如何卸載、撤除支撐胎架，保證結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)大的結(jié)構(gòu)變形是本工程施工又一難點。
2.5、拼裝和構(gòu)件堆放困難
現(xiàn)場軌道層和鋼結(jié)構(gòu)安裝同步進行，現(xiàn)場缺乏場地，構(gòu)件拼裝和構(gòu)件堆場困難。
2.6、棧橋和坡道搭設(shè)
由于吊機不能在地面層施工，吊機走位方向垂直軌道方向，因此需要為吊機搭設(shè)棧橋和坡道，棧橋搭設(shè)存在。
2.7、吊機下車
由于吊機上車是搭設(shè)坡道還有場地，下車時已經(jīng)沒有坡道搭設(shè)位置，下車存在困難。
2.8、安裝組織困難
由于結(jié)構(gòu)層數(shù)多，吊機不宜展開，土建等相關(guān)作業(yè)交叉嚴(yán)重，構(gòu)件不能直接運輸?shù)降跹b位置，因此安裝組織十分困難。
3、安裝方案介紹及執(zhí)行過程
由于制作在上海加工廠制作，因此方案主要介紹現(xiàn)場安裝施工的技術(shù)。站房鋼結(jié)構(gòu)安裝分三個水平層次，分別為：高架層、夾層、屋面，以及每層之間還有鋼柱。為了保證安裝，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，做了以下幾個方面的準(zhǔn)備：
3.1、 制定作業(yè)流水方向
根據(jù)總包分工情況，以結(jié)構(gòu)平面圖P軸為界（第一版圖紙P軸為伸縮縫，第二版圖紙改在M軸），P~X軸為東區(qū)，P~A軸為西區(qū)，兩個區(qū)域安裝單位自行確定施工方案和施工順序。
根據(jù)圖紙東區(qū)以18~19線中心線為對稱軸，站臺層、高架層、商業(yè)夾層、屋面均以18~19線中心線為對稱軸，高架層、商業(yè)夾層為框架結(jié)構(gòu)，對吊裝順序沒有太多要求，各個方向均可以滿足吊裝，但是18~19線地面層有已經(jīng)施工完成的結(jié)構(gòu)部分，此部分不能承重，尤其是大吊機的荷載。其次，屋面為整體桁架，除了支撐桿，所有縱橫桁架均通過焊接連接成一起，另外屋面桁架數(shù)字軸線標(biāo)高一致，字母軸線桁架標(biāo)高有起伏，屋面也以18~19線中心線為對稱軸，因此我司決定以垂直于對稱軸方向為主桁架，以平行于對稱軸的桁架為次桁架，這樣有利于屋面桁架的安裝，見圖4。
結(jié)合總包要求、結(jié)構(gòu)組成形式、地鐵站上方不能走吊機等現(xiàn)實因素，主吊機的吊裝吊裝方向也是從P向X軸進行吊裝。這樣也避免相互交叉施工，相互制約的問題。
3.2、 選定吊車
選擇吊車主要考慮作業(yè)半徑、起重高度、以及起重量，因為本項目特殊要求，還需要考慮吊機自重、吊機外形、吊機爬坡能力。
由于軌道層垂直與吊機行走路線，因此吊機必須在軌道層之上進行行走施工，因此吊機的作業(yè)面標(biāo)高將高于10.15米。根據(jù)高架層鋼柱最重單件構(gòu)件為48噸，作業(yè)半徑可以盡量小；最高屋面建筑物標(biāo)高為52.3米，為南北方向主桁架，因此起重高度選擇為52米（構(gòu)件高度42米，鋼絲繩、吊鉤高度10米），作業(yè)半徑為22米~24米，構(gòu)件起重量控制在20噸。再結(jié)合資源情況，300噸和250噸吊機均能滿足使用要求，其中300噸吊機使用效率會高些，性能的安全儲備會更好，但是租賃價格會稍貴些，也是可以承受的，但是對棧橋樁基、基礎(chǔ)、棧橋承載力會提出更高的要求，總的成本會增加很多，因此本項目最終選用的還是250噸履帶吊。
由于吊機要從地面標(biāo)高-1.5米標(biāo)高行走到10.15米以上，因此需要吊機進行爬坡，根據(jù)各家吊機爬坡能力指數(shù)，均控制在15~17度之間。后來根據(jù)現(xiàn)場道路和場地條件，在8~9線和28~29線分別搭設(shè)棧橋，坡度控制在9度。
之所以考慮吊機自重，是因為重量越大對下部要求越高，因此選擇吊機首先選擇自重較輕的吊機，從多家吊機型號中最后選擇了日本住友SCX2500型和扶挖QUY250型，主臂選用60.2米，副臂選用24米，仰角30°，其自重基本均在210噸~220噸，考慮吊物，總重在250~260噸左右。
之所以考慮日本住友SCX2500和扶挖QUY250型兩種型號，也是因為其外形尺寸，尤其是履帶寬窄和中心距基本一致，即履帶中心距均為6400mm，履帶寬度分別為1120mm，1200mm，履帶長度分別為7860mm、8188mm。
3.3、 編制吊車行走棧橋通道方案；
吊機規(guī)格、類型、走向確定之后，然后確定棧橋方案。棧橋方案主要涉及：樁基、承臺、立柱、柱平臺、轉(zhuǎn)彎平臺、走道路基箱，見圖5~6。
3.3.1計算過程中假設(shè)的參數(shù)有：
吊機全配重自重220噸
吊機起重量主臂48噸，副臂20噸，不同時使用
走道路基箱安裝2.4噸/米自重進行計算，最終的選材基本控制在了2.0~2.2噸/米
動載系數(shù)取1.4
靜載系數(shù)取1.2
棧橋最大跨度22米
吊機履帶中心距為6400mm
3.3.2選取計算模型
3.3.3選取材料進行試算
材料主要采用公司廢料、余料，計算的參數(shù)主要有：
構(gòu)件剛度計算：保證構(gòu)件撓度小于L/400。
構(gòu)件強度計算：保證所有桿件應(yīng)力比不大于0.9，預(yù)留安全系數(shù)。
構(gòu)件穩(wěn)定性計算：保證整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。
最終選用的四肢格構(gòu)柱截面為H390*300*10*16，由于選用余料，因此材質(zhì)統(tǒng)一定為Q235B。余料截面慣性矩大于H390*300*10*16的材料均可使用；路基箱選用的是H700*300*13*21的截面，材質(zhì)統(tǒng)一定為Q235B，圖7如下：
柱頂平臺采用于H390*300*10*16的材料，大小為4.5M*8.4M，橫跨兩個柱（每件柱子四個柱腳，柱子中心距為6.4米，和吊機履帶中心距一致）；轉(zhuǎn)換平臺（主要用于吊機進行調(diào)頭位置）采用H700*300*13*21的截面，大小為11M*12M；
樁選用直徑D=700mm鉆孔灌注樁,樁長L=23.0m,本圖中支架3(兩樁承臺下樁)均采用直徑D=700mm的鉆孔灌注樁；樁頂設(shè)置承臺，并進行柱腳埋件預(yù)埋。
棧橋設(shè)計頂部標(biāo)高為10.990米，高于站臺層840mm，。
3.3.4棧橋制作、安裝
樁和承臺由土建單位施工，棧橋制作和安裝由我司施工,見圖8~11。
棧橋的整個安裝過程采用250噸履帶吊安裝。安裝順序從里到外，滿足上坡之后既可以自行向前安裝。
3.4、 高架層、夾層、屋面胎架材料
胎架設(shè)置主要通過SAP2000計算剛度和穩(wěn)定性，我司采用了多種形式的胎架結(jié)構(gòu)，有格構(gòu)式普通胎架，也有單管支撐租賃的胎架，經(jīng)過計算均滿足要求。
支撐的設(shè)置關(guān)鍵是底部需要有承臺，頂部需要自行設(shè)置調(diào)節(jié)段（因為租賃的胎架高度為整數(shù)高度）和纜風(fēng)繩；從第二層高架層起，通向屋面的胎架設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，以便于能從高架層直接樹立胎架，見圖12。
3.5、選擇構(gòu)件堆放及拼裝場地，編制大臨方案；
大臨方案的編制主要設(shè)置考慮用水、用電、以及工人的正常生活，還有拼裝場地行車的行走路線，構(gòu)件的堆放，施工道路，門衛(wèi)等等。
由于26000噸構(gòu)件需要堆放，現(xiàn)場又沒有場地，因此我部租賃了2塊場地，均在金水東路附近，合計面積20000余平米。
現(xiàn)場構(gòu)件的拼裝，主要涉及屋面管桁架，以及玻璃幕墻，水槽、罩棚等等。拼裝首先需要構(gòu)件之間的關(guān)鍵定位尺寸，其次安裝關(guān)鍵尺寸搭設(shè)胎架，胎架需要定位準(zhǔn)確、牢固、安全、使用方便等特點。
玻璃幕墻桁架結(jié)構(gòu)形式，桁架水平分五層，我司為了方便安裝，底部采用水平分度，上部采用我司為豎向分段。右圖為玻璃幕墻現(xiàn)場拼裝焊接過程中，其中節(jié)點部位均為鑄鋼件，我司采用藥性焊絲E501T-1，見圖13~14。
屋面管桁架拼裝全部在現(xiàn)場，我司根據(jù)桁架的形式制作了多種形式的胎架，右圖為倒三角形桁架的胎架。為了保證安裝精度，桁架在拼裝過程中即完成了預(yù)拼裝。
3.6、 吊機下車
吊機下車是采用高空解體法進行的，即先租用300噸汽車吊，然后在場地東側(cè)，地鐵基坑旁站位協(xié)助解體，并吊運到地面。解體步驟為：先拆除副臂、主臂；其次拆除配重；然后通過吊機自身千斤頂頂起吊車；拆除吊機兩側(cè)履帶；使用300噸汽車吊調(diào)運250噸吊機主體。
具體見下頁附圖15~19。
圖15：棧橋及吊機行走布置圖
4、現(xiàn)場實際安裝實況照片
在保證了前期準(zhǔn)備工作完成之后，所有工作即可轉(zhuǎn)到施工現(xiàn)場，現(xiàn)場采用了6臺250噸主吊機進行同步作業(yè)。安裝進行分區(qū)分層流水作業(yè)，即吊機從P軸把構(gòu)件從上到下一次全部安裝完成再向后倒退，一直到退出作業(yè)區(qū)。
5、總結(jié)
一個項目的成敗關(guān)鍵看項目前期的組織策劃和技術(shù)準(zhǔn)備，技術(shù)準(zhǔn)備又是所有工作開展的基礎(chǔ)。一個好的技術(shù)方案不但節(jié)約有利于項目的實施，也能保證安全、質(zhì)量，也能節(jié)約成本，減少現(xiàn)場施工的工作量。本項目之所以能順利實施，除了公司及各個部門的大力配合，也和前期做了大量技術(shù)準(zhǔn)備及論證工作有關(guān)。
6、參考文獻
【1】劉振興：建筑工程施工分部分項技術(shù)交底操作規(guī)范大全，銀聲音像出版社，2010年
【2】北京土木建筑學(xué)會：鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)措施，經(jīng)濟科學(xué)出版社，2005年6月
第一作者簡介：任長林、男，1979年8月21日出生于陜西省興平市馬嵬鎮(zhèn)張村，就職于上海寶冶集團有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司，擔(dān)任本單位鄭州東站鋼結(jié)構(gòu)工程項目部主任工程師，二級建造師資質(zhì)。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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