大跨度鋼結(jié)構(gòu)煤棚帶柱液壓頂推滑移施工技術(shù)

中國(guó)建筑第八工程局西北分公司 西安 710075

0 引言

大型鋼結(jié)構(gòu)滑移安裝施工技術(shù)屬于建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)范疇，可加快施工進(jìn)度、減少胎架用量、節(jié)約大型設(shè)備、提高焊接安裝質(zhì)量，特別是應(yīng)用在受現(xiàn)場(chǎng)條件限制的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中。對(duì)于極為復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，可通過(guò)對(duì)滑移施工技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，本工程采取帶柱液壓頂推滑移施工技術(shù)，提高了施工安全性，確保了進(jìn)度及質(zhì)量?，F(xiàn)通過(guò)該施工技術(shù)的介紹，更好地促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)滑移施工的應(yīng)用及發(fā)展。

1 工程概況

薩拉齊鐵路專用線儲(chǔ)煤車間工程位于包頭市薩拉齊二環(huán)路東側(cè)，本工程為大型儲(chǔ)煤車間，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為大跨度空間管桁架結(jié)構(gòu)。封閉面積為21萬(wàn) m2，東西長(zhǎng)1 650 m、南北寬127.25 m，檐口高度為19 m，結(jié)構(gòu)最大高度24 m。共由11 個(gè)完全獨(dú)立單體組成，其中包含10 個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的標(biāo)準(zhǔn)大單元及1 個(gè)小單元（由西向東編號(hào)為1～11單元），標(biāo)準(zhǔn)大單元軸線尺寸為150 m×109.25 m；小單元（10單元）軸線尺寸為90 m×109.25 m。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元由11 榀空間管桁架、33 根四肢格構(gòu)柱組成。縱向柱距15 m，跨度分別為48.75 m和60.50 m。相鄰單元之間留6 m寬縫隙，用于采光通風(fēng)。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境如圖1所示。

圖1 場(chǎng)地剖面

2 施工重難點(diǎn)分析[1-3]

本工程的重難點(diǎn)主要有以下兩方面：

1）施工作業(yè)區(qū)內(nèi)存有2 條25 kV既有線，如何確保鋼結(jié)構(gòu)安裝階段的施工安全是本工程的重中之重；

2）施工作業(yè)區(qū)內(nèi)存有4 條煤炭周轉(zhuǎn)運(yùn)輸站臺(tái)，如何盡可能地減少對(duì)業(yè)主煤炭運(yùn)輸作業(yè)的交叉影響，確保工程的進(jìn)度及質(zhì)量，是本工程的一大難點(diǎn)。

本工程采用帶柱液壓頂推滑移施工技術(shù)，經(jīng)國(guó)內(nèi)知名專家論證及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，有效解決了以上施工難題，得到了業(yè)主及同行的充分肯定及認(rèn)可。

3 施工部署

擬建結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)為1 650 m，由西向東共分為11 個(gè)單元，針對(duì)單元之間完全獨(dú)立的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及施工作業(yè)區(qū)存在2條通長(zhǎng)既有線鐵路，單列裝煤火車最長(zhǎng)為1 300 m等現(xiàn)場(chǎng)客觀條件，采用帶柱液壓頂推滑移施工法，分2 個(gè)施工區(qū)域同時(shí)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工。施工區(qū)間1為1～6單元，施工區(qū)間2為7～11單元。

以施工區(qū)間1為例，該區(qū)間左側(cè)的90 m范圍內(nèi)作為構(gòu)件的拼裝場(chǎng)地，緊鄰拼裝場(chǎng)地的30 m范圍內(nèi)固定為主結(jié)構(gòu)吊裝區(qū)域，拼裝及吊裝區(qū)域采用120 m的高壓線防護(hù)棚及運(yùn)煤車輛安全通道予以保證施工的安全性。首先吊裝單個(gè)滑移單元的第1、第2榀桁架及柱，利用液壓同步頂推滑移系統(tǒng)將其頂推滑移15 m后暫?；?，再進(jìn)行第3榀桁架、柱的拼裝，按照同樣的方法完成單個(gè)滑移單元的拼裝，最后利用液壓同步頂推滑移系統(tǒng)將單個(gè)滑移單元整體滑移至設(shè)計(jì)安裝位置，完成安裝。同樣方式依次完成其余單元的鋼結(jié)構(gòu)安裝。

4 施工流程[4-6]

流程1：由250 kN汽車吊搭設(shè)防護(hù)棚及滑移軌道、臨時(shí)支撐架的安裝。本工程共設(shè)置3 條連續(xù)通長(zhǎng)的滑移軌道（圖2）。

圖2 流程1

流程2：采用履帶吊首先進(jìn)行1-8軸線處格構(gòu)柱的安裝，安裝后的桁架柱用臨時(shí)柱靴固定，質(zhì)量通過(guò)滑移軌道傳到軌道梁上。

流程3：1-8位置分4 段采用700 kN履帶吊完成主桁架的吊裝。

流程4：進(jìn)行1-7軸線位置格構(gòu)柱的安裝，完成1-7軸線位置主桁架的高空對(duì)接安裝。

流程5：進(jìn)行主桁架間的次桁架及檁條安裝。

流程6：前2 榀桁架滑移一個(gè)軸線位置后，進(jìn)行后續(xù)桁架、柱及檁條的安裝（圖3）。

圖3 流程6

流程7：利用液壓同步頂推滑移系統(tǒng)將已完成單個(gè)滑移單元帶柱整體滑移至設(shè)計(jì)安裝位置，然后進(jìn)行剩余的焊接工作；與此同時(shí)進(jìn)行下一個(gè)滑移單元桁架拼裝工作，直至完成（圖4）。

圖4 流程7

流程8：當(dāng)除1-1～1-7軸線拼裝區(qū)域以外的滑移施工完成后，最后進(jìn)行該拼裝區(qū)域屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝，首先由里往外安裝格構(gòu)柱，其次安裝主、次桁架，最后進(jìn)行鋼檁條等構(gòu)件安裝。

5 滑移施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 固定防護(hù)棚

鋼結(jié)構(gòu)施工期間為避免對(duì)鐵道影響及對(duì)高壓線的隔離，在施工區(qū)拼裝及吊裝區(qū)設(shè)置寬度×高度×長(zhǎng)度為16 m×11 m×120 m的防護(hù)棚。

5.2 軌道梁、滑軌平面布置

從1～11單元基礎(chǔ)柱上部設(shè)置3 條滑移軌道，軌道及軌道梁設(shè)置如圖5所示。

圖5 滑移軌道及軌道梁平面布置

5.3 滑移節(jié)點(diǎn)

格構(gòu)柱在柱底板位置斷開(kāi)（垂直與滑動(dòng)方向的柱加勁肋暫不焊接），與屋面檁條、屋蓋桁架同步滑移。待桁架柱滑移到設(shè)計(jì)值時(shí)，桁架柱再和柱腳底板、與軌道方向垂直的柱底加勁肋和腹桿進(jìn)行連接。滑移節(jié)點(diǎn)如圖6所示。

圖6 滑移節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

5.4 頂推點(diǎn)設(shè)置

單個(gè)滑移單元滑移時(shí)，在每條滑道設(shè)置2 組頂推點(diǎn)，頂推點(diǎn)設(shè)置在第1榀和第6榀桁架支撐柱柱腳處，每個(gè)頂推點(diǎn)設(shè)置1 臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，單個(gè)滑移單元共計(jì)配置6 臺(tái)液壓頂推器。

5.5 臨時(shí)拉桿設(shè)置

鋼結(jié)構(gòu)滑移時(shí)為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在格構(gòu)柱之間拉設(shè)φ152 mm×8 mm的鋼管，使滑移結(jié)構(gòu)形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元，如圖7所示。

5.6 液壓系統(tǒng)配置

本工程選用的液壓頂推器的型號(hào)YS-PJ-50型，額定頂推力為500 kN。

圖7 滑移頂推點(diǎn)及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施示意

在滑移過(guò)程中，頂推器所施加的推力和所有滑移座與滑道間的摩擦力f達(dá)到平衡。

摩擦力f=滑移座在結(jié)構(gòu)自重作用下豎向反力×1.2×0.15 （滑移座與滑軌之間的摩擦因數(shù)為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦因數(shù)為0.15，1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)）。

本項(xiàng)目單個(gè)滑移單元的最大質(zhì)量約為450 t。根據(jù)工況計(jì)算結(jié)果，頂推滑移過(guò)程中所需的頂推力f為880 kN。

本工程中單個(gè)滑移單元每條滑道上設(shè)置2 個(gè)頂推點(diǎn)，每個(gè)頂推點(diǎn)配置1 臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，單個(gè)提升單元共配置6 臺(tái)。

單臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動(dòng)力為500 kN，則頂推點(diǎn)的總頂推力設(shè)計(jì)值為3 000 kN ＞880 kN，能夠滿足滑移施工的要求。

5.7 滑移變形監(jiān)測(cè)

滑移變形監(jiān)測(cè)，主要從施工模擬計(jì)算、頂推點(diǎn)不同步分析及滑移過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等3 方面予以確保整體結(jié)構(gòu)的安全。

5.7.1 施工模擬計(jì)算

在方案實(shí)施前期，借助Midas對(duì)本工程進(jìn)行施工模擬計(jì)算，詳細(xì)分析了結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在施工過(guò)程中的變形和應(yīng)力。通過(guò)對(duì)典型滑移過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵階段進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：滑移過(guò)程中，軌道梁變形最大工況發(fā)生在滑靴運(yùn)動(dòng)到跨中位置，軌道梁側(cè)向變形最大10.3 mm，豎向變形最大28.1 mm；由應(yīng)力值可知，軌道梁最不利受力發(fā)生在滑靴運(yùn)動(dòng)到跨中和支座之間，通過(guò)對(duì)運(yùn)行到軌道梁1/4處的工況模型進(jìn)行計(jì)算，軌道梁最大應(yīng)力達(dá)218 MPa。

5.7.2 頂推點(diǎn)不同步分析

該系統(tǒng)為了讓用戶體驗(yàn)更好，采用了Ajax技術(shù)，即通過(guò)在后臺(tái)與服務(wù)器進(jìn)行少量數(shù)據(jù)交換，可以使網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)異步更新[8]。這意味著可以在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，對(duì)網(wǎng)頁(yè)的一部分進(jìn)行更新。

滑移施工采用液壓同步累積滑移，滑移的同步性由計(jì)算機(jī)控制，然而受滑道摩擦因數(shù)的差異、頂推器推力計(jì)算誤差及其他各種偶然因素的影響，滑移過(guò)程中各滑道之間會(huì)存在不同步的現(xiàn)象。

為了準(zhǔn)確評(píng)估不同步滑移對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形產(chǎn)生的影響，建立了考慮滑移量的計(jì)算模型，分別計(jì)算不同滑移量值對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，最終確定各個(gè)滑移階段所對(duì)應(yīng)滑移量的限制。

滑移不同步的限值確定需注意：不能因不同步造成桁架的過(guò)大附加應(yīng)力；不同步滑移限值引起的桿件內(nèi)力和應(yīng)力變化大小的確定，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。

通過(guò)Midas軟件分析得出：相同的不同步滑移量下，B軸線（中間軸線）桁架柱的不同步滑移對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響最大。C軸線對(duì)結(jié)構(gòu)的影響又比A軸線影響稍大。結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力考慮不同步滑移發(fā)生時(shí)，根據(jù)理論計(jì)算，以結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力控制在200 MPa，加固梁控制在300 MPa以下為標(biāo)準(zhǔn)。

5.7.3 滑移過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

本工程根據(jù)軸線布置，每個(gè)單元分為三大實(shí)測(cè)區(qū)。結(jié)構(gòu)滑移過(guò)程中，采用電子水準(zhǔn)儀、全站儀對(duì)滑移軌道梁側(cè)向變形和豎向變形、頂推點(diǎn)的同步性進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明：實(shí)測(cè)結(jié)果和施工模擬結(jié)果規(guī)律基本吻合。

6 經(jīng)濟(jì)效益

本工程如采用傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝，勢(shì)必造成車間內(nèi)的4 條站臺(tái)全部停運(yùn)。采用帶柱液壓頂推滑移施工技術(shù)，有效保障了業(yè)主煤炭中轉(zhuǎn)的正常運(yùn)營(yíng)。按照當(dāng)?shù)仡愃萍b站的租賃價(jià)格，每條站臺(tái)一年租賃費(fèi)至少為3 000 萬(wàn)元，扣除滑移措施費(fèi)支出約1 000 萬(wàn)元，共計(jì)為業(yè)主節(jié)約資金至少1.1 億元。

7 結(jié)語(yǔ)

2）通過(guò)有效利用結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，在常規(guī)屋蓋滑移的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新采用帶柱整體滑移的施工方法，有效地解決了復(fù)雜作業(yè)條件下的鋼結(jié)構(gòu)施工；

3）通過(guò)在結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)區(qū)設(shè)置固定式高壓線防護(hù)棚的措施，結(jié)合帶柱滑移施工方法，有效地保障了既有線施工的安全性；

4）帶柱滑移最大距離為825 m，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)域尚屬罕見(jiàn)；

5）通過(guò)采用電子水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS、液壓同步監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，保證了滑移同步控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。