摘 要：濟(jì)南西站大跨度鋼屋蓋施工根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)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(jìn)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(jì)實(shí)力的增強(qiáng)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(yùn)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(jī)遇和挑戰(zhàn)。
目前已完工并投入使用的濟(jì)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。滑移內(nèi)容如下圖1框內(nèi)所示。
2.工程概況
濟(jì)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(biāo)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(diǎn)
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(diǎn)：
(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(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)形式，場地條件，工期要求等，進(jìn)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(jī)械吊裝；2、滑移。其中機(jī)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(diǎn)，最終采用哪個需要經(jīng)過仔細(xì)比選，找出最適用的一個施工方案。
(1)、跨外吊裝。大型吊機(jī)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(jì)南西站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jī)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(yuǎn)比軌道層小，吊機(jī)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(jì)南西站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jì)南西站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jìn)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(jìn)行滑移。滑移軌道4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(jìn)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(diǎn)為主：工期和成本。濟(jì)南西站施工工期較緊，面臨著京滬高鐵按計劃時間節(jié)點(diǎn)通車的壓力，若采用機(jī)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(jìn)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(diǎn)，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(fēng)險。但滑移施工技術(shù)難度大，施工復(fù)雜，對施工單位技術(shù)水平要求較高
經(jīng)項目部仔細(xì)分析、比較，最終決定采用累積滑移施工技術(shù)進(jìn)行站房屋蓋的施工。
4.滑移工藝
4.1 滑移方法及特點(diǎn)
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(bǔ)檔的方式進(jìn)行。平臺搭建完成后進(jìn)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。滑移時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(diǎn)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(biāo)高平滑一致。軌道長約202m，最大的相鄰間距距離為59m。滑移方向自西往東，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(jìn)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(diǎn)，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(dú)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。滑移自N軸向A軸推進(jìn)，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(diǎn)：
(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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(dǎo)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(diǎn)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(dǎo)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。可以確保施工過程結(jié)構(gòu)安全。
5.整體卸載
在屋蓋滑移到位后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)卸載。卸載過程其實(shí)就是釋放臨時措施中的內(nèi)力，使設(shè)計結(jié)構(gòu)獨(dú)自承擔(dān)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(jìn)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(xì)檢查各支撐點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行，嚴(yán)格執(zhí)行卸載的操作規(guī)程，不得進(jìn)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(shí)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(jìn)行監(jiān)測，用于及時根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整卸載步驟和單位卸載量，并詳細(xì)記錄卸載過程結(jié)構(gòu)變化。
當(dāng)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(dān)，支撐架不再承受荷載，主體結(jié)構(gòu)完成施工。
6.總結(jié)
濟(jì)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(jìn)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(fēng)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(jìn)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(shí)施過程科學(xué)、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(jì)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(xiàn)
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2. 鮑廣鑒,郭彥林,李國榮,王煦,陳國棟,劉濤:廣州新白云國際機(jī)場航站樓鋼結(jié)構(gòu)整體曲線滑移施工技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2002年05期
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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(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司，擔(dān)任本單位濟(jì)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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