采用液壓千斤頂分級同步卸載工藝的實(shí)踐應(yīng)用

楊雪坡，李兆準(zhǔn)，孫俊峰，朱學(xué)藝，郭 營

（中機(jī)建（上海）鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司，上海 200001）

為解決懸挑結(jié)構(gòu)卸載過程局部受力過大出現(xiàn)事故，同時為驗(yàn)證分級同步卸載工藝在工程中的安全及實(shí)用性,對同類工廠提供數(shù)據(jù)參考。

1 項(xiàng)目簡介

地上輔樓大懸挑,位于主體結(jié)構(gòu)西北側(cè),下方為運(yùn)行中的地鐵線路，采用桁架結(jié)構(gòu)懸挑寬度55 m，總懸挑長度27.7 m,總高度21.2 m。鋼梁材質(zhì)主要為Q355B和Q355GJB，大懸挑結(jié)構(gòu)用鋼量約1 500 t。

本項(xiàng)目懸挑結(jié)構(gòu)施工階段設(shè)置六組綴條型格構(gòu)柱組成支撐體系（圖1）,其ABCD支撐設(shè)置在地鐵頂板橫梁上，EF支撐設(shè)置在輔樓地下室頂板及地下連續(xù)墻上。為保護(hù)地鐵車站主體,采用分級同步卸載通過控制每步的卸載量,最大程度減少地鐵頂板受力,以達(dá)到保護(hù)地鐵的目的。

圖1 項(xiàng)目施工階段圖

2 分級同步卸載的特點(diǎn)

通過Midas軟件將每個支撐點(diǎn)的最大頂升力和最大卸載量計(jì)算出，通過此方式選配合適噸位的液壓千斤頂、設(shè)計(jì)卸載工裝（圖2）、設(shè)計(jì)分級卸載次數(shù)等。同時通過對卸載工裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證卸載支點(diǎn)的主體鋼結(jié)構(gòu)在卸載過程，在受控狀態(tài)下既能夠?qū)崿F(xiàn)豎直下降，又能實(shí)現(xiàn)水平位移的釋放，工裝只是上下移動不存在水平位移，結(jié)構(gòu)與工裝之間通過PTFE板和不銹鋼板進(jìn)行滑動保證卸載過程中的臨時支撐與主體鋼結(jié)構(gòu)的安全，并能夠在受控狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)的受力體系的轉(zhuǎn)換。

3 卸載的工藝及流程

3.1 卸載工藝

在每個卸載點(diǎn)布置一臺200 t液壓千斤頂，通過控制多個液壓千斤頂，實(shí)現(xiàn)分級同步卸載的目的。同時為保護(hù)地鐵風(fēng)井及地鐵頂板結(jié)構(gòu)，避免在卸載過程中單點(diǎn)受力過大造成結(jié)構(gòu)的破壞，經(jīng)計(jì)算優(yōu)化卸載順序和卸載量，卸載過程共分為三個循環(huán)，每個循環(huán)首先卸載靠內(nèi)側(cè)的支撐，然后同步卸載外側(cè)的支撐。各支撐點(diǎn)最大豎向位移值和每一循環(huán)的計(jì)劃卸載量如表1：

表1 各支撐分步卸載量

3.2 卸載部署

在支撐頂部設(shè)置千斤頂，通過油管與泵站分別連接。1#泵站控制支撐B和支撐D的卸載千斤頂，2#泵站控制支撐A和支撐C的卸載千斤頂，3#泵站控制支撐E和支撐F的卸載千斤頂。在限位柱側(cè)面粘貼刻度尺以便時刻關(guān)注卸載量，并通過支撐應(yīng)力監(jiān)測儀測定出千斤頂受力。在卸載中首先通過千斤頂加壓使抄墊板松動，根據(jù)模擬計(jì)算的卸載量，替換薄型墊板，其總體抄墊替換原則如下：

當(dāng)卸載量≤5 mm時，抽掉原10 mm抄墊，替換2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm。

當(dāng)卸載量＞5 mm且≤10 mm時，抽掉原20 mm抄墊，替換10 mm+2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm后抽掉10 mm抄墊，再次卸載5 mm。

當(dāng)卸載量＞10 mm時，抽掉原20 mm抄墊，替換10 mm+2 mm×2+1 mm×1，卸載5 mm后抽掉10 mm抄墊，再次卸載5 mm，后續(xù)卸載原則依據(jù)卸載量≤5 mm時操作。

3.3 卸載流程

3.3.1 卸載步驟一

首先需完成受力體系轉(zhuǎn)換，B支撐和D支撐分別抽出10 mm抄墊板，換入2 mm×2+1 mm×1抄墊板。A支撐C支撐E支撐分別抽出20 mm抄墊板，換入10 mm+2 mm×2+1 mm×1。執(zhí)行卸載步驟1-1,支撐B和支撐D回落5 mm，卸載完成軸壓力分別為167.9 KN、-555.6 KN。之后執(zhí)行卸載步驟1-2，外側(cè)支撐ACEF分別回落10 mm、10 mm、10 mm、5 mm，控制其卸載完成軸壓力分別為297.8 KN、605.9 KN、374.6 KN、298.7 KN。

3.3.2 卸載步驟二

在第一個卸載循環(huán)完成后,檢查主體結(jié)構(gòu)無異常后,開始第二卸載循環(huán)。首先執(zhí)行卸載步驟2-1，同時回落支撐B和D的液壓千斤頂,卸載量分別為9 mm、15 mm，此操作完成后B支撐已和主結(jié)構(gòu)脫離，處于不受力狀態(tài)，D支撐軸壓力為711KN。之后執(zhí)行卸載步驟2-2，同時回落支撐A、C、E、F液壓千斤頂，卸載量分別為15 mm、15 mm、14 mm、12 mm，控制其卸載完成軸壓力分別為332.7 KN、650.5 KN、0 KN、0 KN。此時支撐E和支撐F已和主結(jié)構(gòu)脫離，處于不受力狀態(tài)。

3.3.3 卸載步驟三

在第二個卸載循環(huán)完成后，再次檢查主體結(jié)構(gòu)無異常后開始第三個卸載循環(huán)。首先執(zhí)行卸載步驟3-1，回落支撐D液壓千斤頂,卸載量為10 mm，此時支撐B、D、E、F均已和主結(jié)構(gòu)脫離。隨后執(zhí)行卸載步驟3-2，回落支撐A、支撐C的液壓千斤頂，卸載量分別4 mm、12 mm，并與主結(jié)脫離卸載完成。

4 卸載過程中可能遇到的問題及處理措施

4.1 動力故障

千斤頂未能提供預(yù)測的頂升力或者千斤頂油路不暢,需更換千斤頂或更換油管。

4.2 計(jì)算差異

頂升過程中頂起2 mm個別卸載點(diǎn)墊片與結(jié)構(gòu)表面未脫離，需確認(rèn)是否繼續(xù)頂升或敲出墊片；卸載過程中未達(dá)到卸載量單點(diǎn)失去支撐力，需回頂一次接觸為止，隨下步卸載至再次脫離為止；卸載過程中達(dá)到計(jì)算位移量單點(diǎn)支撐力仍然較大時，需全面檢查結(jié)構(gòu)狀態(tài)，確定是否繼續(xù)卸載或給定下一個位移值，修正卸載順序；卸載中支撐小立柱水平位移過大與擋板沖突，需割除擋板繼續(xù)卸載并實(shí)時監(jiān)控；卸載過程中主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)局部應(yīng)力過大，需立即暫停卸載與設(shè)計(jì)方研究卸載方案和加固方案。

4.3 結(jié)構(gòu)變形

鋼結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)異常響聲，需暫停卸載對出現(xiàn)異常部位進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后繼續(xù)卸載，否則進(jìn)行加固處理。

4.4 支撐體系變形

支撐體系變形過大，需調(diào)整千斤頂位置確保最小的偏心作用，調(diào)整臨近的千斤頂頂升力，加固支撐。

4.5 氣候異常

出現(xiàn)惡劣天氣需立即停止卸載，用墊片將支撐點(diǎn)楔緊使各點(diǎn)保持到原支撐狀態(tài)。

4.6 電力故障

突發(fā)停電，需立即停止卸載用墊片將支撐點(diǎn)楔緊使各點(diǎn)保持到原支撐狀態(tài)，查明原因緊急搶修。

5 分級同步卸載安全措施

卸載時要統(tǒng)一指揮保證卸載同步，并且嚴(yán)格按照分批和分級大小進(jìn)行，在卸載全過程進(jìn)行監(jiān)測并與計(jì)算結(jié)果對照。

卸載前應(yīng)監(jiān)測溫度對支撐結(jié)構(gòu)影響及規(guī)律，預(yù)先計(jì)算好支撐點(diǎn)處的鋼結(jié)構(gòu)變形量，檢查千斤頂?shù)南陆敌谐塘渴欠穹显擖c(diǎn)撓度值的要求，以便確定液壓千斤頂?shù)男谐?，?jì)算千斤頂行程時需同時考慮由于支撐下沉而引起行程增大的值，如變形量超出千斤頂?shù)淖畲笮谐?，則要在卸載過程中更換千斤頂，或者卸載到一定的位置時，待更換千斤頂位置后繼續(xù)卸載。

整個卸載過程在現(xiàn)場負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮下進(jìn)行，操作人員要明確各自崗位職責(zé)，發(fā)現(xiàn)問題及時報告，卸載應(yīng)配備通訊設(shè)備，如果出現(xiàn)卸載不同步或卸載不到位等現(xiàn)象由總指揮統(tǒng)一處理。卸載過程中嚴(yán)格進(jìn)行位移監(jiān)測應(yīng)力監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)位移偏差和應(yīng)力數(shù)據(jù)超過施工驗(yàn)算數(shù)據(jù)，立即停止卸載。

必須保證現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、監(jiān)理安全管理人員都在現(xiàn)場及現(xiàn)場安全防護(hù)措施齊全監(jiān)護(hù)人員到位，以確保盡快及時處理各類問題。

在卸載之前需要清理結(jié)構(gòu)上的雜物和無關(guān)荷載，在施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)施工范圍不得進(jìn)行其他的作業(yè)。

6 通過Midas軟件計(jì)算卸載過程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力及結(jié)構(gòu)變形量

6.1 懸挑結(jié)構(gòu)在施工各階段變形情況

主結(jié)構(gòu)安裝完成,卸載前主結(jié)構(gòu)變形量:Dx最大為-8 mm,Dy最大為-9 mm,Dz最大為-37 mm。

主結(jié)構(gòu)安裝完成，卸載后主結(jié)構(gòu)變形量：Dx最大-19 mm，Dy最大-13 mm，桁架豎向最大變形-37 mm。

6.2 懸挑結(jié)構(gòu)在施工各階段應(yīng)力情況

主結(jié)構(gòu)安裝完成,卸載前主結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力-52.1 MPa。主結(jié)構(gòu)安裝完成，卸載后主結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力150 MPa。

7 卸載過程中同步變形及應(yīng)力監(jiān)測

7.1 分級同步卸載過程變形監(jiān)測

分級同步卸載另外一個關(guān)鍵要點(diǎn)就是測量工作，每一階段，每一步卸載完成后需要對懸挑桁架進(jìn)行整體測量。測量員將數(shù)據(jù)反饋辦公室，技術(shù)信息中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，與設(shè)計(jì)值進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析。符合設(shè)計(jì)計(jì)算值后，進(jìn)行下一階段下一步的操作。

7.2 分級同步卸載應(yīng)力監(jiān)測

同步卸載過程中，設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行桁架全卸載周期的應(yīng)力監(jiān)測工作，通過此應(yīng)力監(jiān)測，確保了全周期卸載過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力不超設(shè)計(jì)值，滿足結(jié)構(gòu)質(zhì)量和設(shè)計(jì)要求。

7.2.1 監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)的原則

應(yīng)能反映懸挑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)力變化情況，應(yīng)易于布設(shè)，施測方便，以充分發(fā)揮施工監(jiān)測精度高、速度快、及時指導(dǎo)決策的作用。

7.2.2 測點(diǎn)選擇原則

依據(jù)杭州中心懸挑區(qū)鋼結(jié)構(gòu)施工過程計(jì)算書與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書，確定監(jiān)測桿件或部位，選擇主結(jié)構(gòu)和支撐中應(yīng)力較大和位移較大的區(qū)域；臨時支撐的監(jiān)測點(diǎn)布置在傳力相對集中的構(gòu)件處。

7.2.3 監(jiān)測總體原則

監(jiān)測施工過程中各安裝階段監(jiān)測點(diǎn)位移和應(yīng)力數(shù)據(jù)，并與理論施工階段分析進(jìn)行比對，以保證地鐵車站主體及支撐體系整體穩(wěn)定，內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范規(guī)程要求。

7.2.4 變形監(jiān)測的頻率

懸挑區(qū)鋼結(jié)構(gòu)卸載時，應(yīng)每個卸載流程各觀測1次，并填寫記錄表。當(dāng)?shù)罔F車站主體或主結(jié)構(gòu)及格構(gòu)柱支撐觀測過程中出現(xiàn)異常，立即啟動實(shí)施安全預(yù)案，采用暫停施工、調(diào)整卸載量等降低支撐受力的措施，確保不超過地鐵上方允許的最大承載，并應(yīng)增加監(jiān)測頻率和內(nèi)容。

8 分級同步卸載實(shí)施結(jié)果

8.1 主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測情況

在結(jié)構(gòu)卸載完成后，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大累計(jì)變化量為-20.81 MPa，測點(diǎn)為YB-XT-HJ7-2-B；卸載階段最大變化量為-3.55 MPa，測點(diǎn)為YB-XT-HJ7-1-A，累計(jì)變化量小于設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)值，無報警情況。

8.2 主體結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測情況

通過卸載階段對懸挑主體結(jié)構(gòu)的持續(xù)測量監(jiān)測，主體懸挑結(jié)構(gòu)豎向最大位移-6 mm，測定位置在HJ6上中下三個測點(diǎn)，X向最大水平位移13 mm，Y向最大水平位移-12 mm，變形量均未超過卸載前的計(jì)算值。

9 結(jié)語

綜上，卸載完成后結(jié)合應(yīng)力及位移數(shù)據(jù)和本項(xiàng)目地鐵周邊監(jiān)測表明，分級同步卸載過程的模擬計(jì)算與實(shí)際施工狀態(tài)基本相符，地鐵主體沉降與項(xiàng)目安評報告吻合，支撐體系及主體結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換穩(wěn)定結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)異常情況，采用的卸載技術(shù)安全可靠，滿足施工作業(yè)需求，可為之后類似工程提供借鑒。