樟樹東站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架高精度同步頂升技術(shù)研究

1 工程概況

昌贛客專CGFJ-2標(biāo)樟樹東站站房屋面為平面鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，投影面積為100m×54m，采用下弦多點(diǎn)支承、正放四角錐螺栓球網(wǎng)架，網(wǎng)架的板式橡膠支座設(shè)在鋼筋砼框架柱上。網(wǎng)架垂直厚2.8m，屋面建筑高度17.3m。屋面采用鋁鎂錳合金面板，屋面排水采用天溝有組織排水，網(wǎng)架找坡，坡度5%。

2 施工的重難點(diǎn)

由于前期主體結(jié)構(gòu)施工受鄰近既有線專項(xiàng)施工評(píng)審及施工計(jì)劃審批影響，整體工期滯后，導(dǎo)致網(wǎng)架施工工期特別緊張，甚至不足定額工期的70%，必須采取合適的施工安裝方案及技術(shù)措施，以加快進(jìn)度。

網(wǎng)架傳統(tǒng)支架法施工操作均為高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工質(zhì)量控制難，如何減少安全風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)度，確保網(wǎng)架拼裝質(zhì)量是本工程的技術(shù)重難點(diǎn)。

3 網(wǎng)架安裝方案比選及方案說明

3.1 方案比選

根據(jù)網(wǎng)架的設(shè)計(jì)規(guī)模及施工條件，項(xiàng)目部決定采用新型高精度同步頂升技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)架的施工。表1為傳統(tǒng)支架法及新型頂升法兩種方案的比選。

從表1可看出，頂升施工在安全、質(zhì)量、工期及成本控制方面均有巨大的優(yōu)勢(shì)。故本項(xiàng)目采用新型高精度同步頂升法施工。

表1 頂升方案優(yōu)勢(shì)比較表

3.2 頂升安裝方案說明

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，將網(wǎng)架中間區(qū)域約3000m2在地面整體拼裝、整體頂升就位的施工方法。中間區(qū)域頂升到安裝位置后，將周邊網(wǎng)架桿件與支座連接（高空散裝，吊車配合），最后采用吊車配合高空原位散裝網(wǎng)架四周懸挑部位。

第一步：在網(wǎng)架螺栓球正下方的地面搭設(shè)磚垛胎架，整體拼裝中間區(qū)域網(wǎng)架（如圖1所示）。

圖1 網(wǎng)架安裝第一步施工

第二步：設(shè)置8個(gè)頂升點(diǎn)同步將中間拼裝單元頂升到安裝位置，將網(wǎng)架與支座的桿件連接，形成空間穩(wěn)固體系（如圖2所示）。

圖2 網(wǎng)架安裝第二步施工

第三步：采用散裝法，安裝四周懸挑部位網(wǎng)架（如圖3所示）。

圖3 網(wǎng)架安裝第三步施工

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 網(wǎng)架地面拼裝方案

地面安裝工藝流程：準(zhǔn)備工作→清點(diǎn)桿件（球）→施工機(jī)具設(shè)備準(zhǔn)備→現(xiàn)場(chǎng)定位放線→安裝臨時(shí)支撐（砌磚跺）→網(wǎng)架地面拼裝→網(wǎng)架檢查驗(yàn)收→網(wǎng)架頂升。

①放線：將施工第一步的網(wǎng)架下弦節(jié)點(diǎn)投影至地面上，并在投影位置砌370×370×500mm3的磚跺（如圖4所示），磚跺上口抹水泥砂漿找平。

圖4 下弦節(jié)點(diǎn)磚跺支點(diǎn)實(shí)景圖

②精確放線：將下弦節(jié)點(diǎn)精確投放到磚跺上。

③地面拼裝網(wǎng)架。

先在網(wǎng)架中心部位拼裝1個(gè)穩(wěn)固的基本單元（4個(gè)網(wǎng)格），再向四周延伸拼裝。安放基本單元的9個(gè)下弦球，并精確調(diào)整標(biāo)高及位置。同時(shí)將上弦球安裝位置投影到地面上。安裝基本單元的下弦桿，并與下弦球栓接固定。然后根據(jù)上弦球垂直投影點(diǎn)進(jìn)行腹桿、上弦球和上弦桿的安裝，直至拼裝完成1個(gè)具有相當(dāng)剛度的穩(wěn)固基本單元。檢查基本單元的弦球位置、弦球標(biāo)高、弦桿軸線無(wú)誤后，向四周進(jìn)行網(wǎng)架的延伸拼裝，直至完成頂升部分網(wǎng)架的拼裝。網(wǎng)架拼裝期間，隨時(shí)檢測(cè)及調(diào)整上下弦球及桿件軸線安裝誤差。

4.2 網(wǎng)架的頂升方案

4.2.1 網(wǎng)架安全性驗(yàn)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、頂升面積、總荷載等數(shù)據(jù)，在下弦球節(jié)點(diǎn)處設(shè)置8個(gè)網(wǎng)架頂升點(diǎn)。采用同濟(jì)大學(xué)3D3S軟件進(jìn)行頂點(diǎn)頂升力、桿件承載安全的驗(yàn)算。根據(jù)軟件驗(yàn)算得出各頂升點(diǎn)所需頂升力如圖5所示。

圖5 8個(gè)頂升點(diǎn)位支座反力

桿件的應(yīng)力分布、網(wǎng)架撓度值的驗(yàn)算結(jié)果表明有兩處頂點(diǎn)共4根腹桿出現(xiàn)超應(yīng)力，需采取臨時(shí)加固措施。采取在桿件外側(cè)用夾具加固的技術(shù)，如圖6所示。

圖6 超應(yīng)力桿件加固圖

4.2.2 頂力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及頂升架安裝

采用8套50t系列頂升架，理論總輸出頂升力為400t，出于安全考慮，每套頂升架按40t頂力計(jì)，總輸出頂力為320t；網(wǎng)架總計(jì)算頂力為164.8t。故頂升系統(tǒng)頂力滿足施工要求，且有足夠的安全儲(chǔ)備。

按頂升設(shè)計(jì)，在頂升點(diǎn)安置頂升架。

4.2.3 頂升前的準(zhǔn)備

①技術(shù)準(zhǔn)備。對(duì)施工隊(duì)長(zhǎng)、班組長(zhǎng)、操作人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底、安全交底。

②機(jī)具、設(shè)備及材料檢查驗(yàn)收。如表2所示。

表2 機(jī)具、設(shè)備及材料檢查驗(yàn)收表

③頂升點(diǎn)及網(wǎng)架驗(yàn)收。頂升前的驗(yàn)收：網(wǎng)架各頂點(diǎn)的空心球、螺栓球是否按要求進(jìn)行更換；超應(yīng)力腹桿桿件是否采取加固措施；各類焊縫是否按規(guī)范要求經(jīng)專業(yè)職能部門驗(yàn)測(cè)合格，并出具相關(guān)報(bào)告；各相關(guān)部門是否批準(zhǔn)、同意進(jìn)行頂升作業(yè)。

④安裝頂升設(shè)備及頂升控制系統(tǒng)。通過行程傳感器、壓力傳感器的應(yīng)用及組合，并采用相應(yīng)的信息化、智能化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升油缸的頂升力、行程等。以實(shí)現(xiàn)高精度同步頂升，確保施工安全及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全。所有傳感器的信號(hào)經(jīng)由總線，傳輸至主控計(jì)算機(jī)實(shí)施運(yùn)算及分析處理，然后按控制算法對(duì)各頂升泵站發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，智能調(diào)整各頂升油缸的動(dòng)作。控制系統(tǒng)還能對(duì)頂升的安全狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)指標(biāo)超過預(yù)設(shè)安全值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)停止頂升作業(yè)，并進(jìn)行安全鎖定，確保施工安全。

頂升控制系統(tǒng)不僅能夠整體同步頂升及下降外，還可對(duì)油缸任意組合及單個(gè)發(fā)出動(dòng)作指令，以便調(diào)整網(wǎng)架空中姿式。液壓頂升系統(tǒng)控制界面及頂升架實(shí)景圖如圖7、圖8所示。

圖7 液壓頂升系統(tǒng)控制界面

圖8 頂升架實(shí)景圖

⑤頂升準(zhǔn)備。再次檢測(cè)網(wǎng)架安裝質(zhì)量及安全狀況。調(diào)整油缸頂部標(biāo)高，要求誤差不超過±20mm。

進(jìn)行初頂，使網(wǎng)架全部升起，脫離支點(diǎn)約5cm，鎖定油缸，靜置8h后，全面檢查頂升點(diǎn)地面、頂升系統(tǒng)、網(wǎng)架是否出現(xiàn)異常。如有異常，須妥善處理后方可正常提升。

⑥頂升。

1）頂升步驟。第一步：?jiǎn)?dòng)泵站，使千斤頂活塞同步頂升1個(gè)行程。第二步：檢查安全狀況，再次頂升至適當(dāng)高度，安裝頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。第三步：重復(fù)第一、第二步工作，使網(wǎng)架上升。第四步：當(dāng)網(wǎng)架下弦上升高度超過6m時(shí)，增加頂升架的斜撐桿（至少4組頂升架安裝斜支撐），以保證其穩(wěn)定。第五步：當(dāng)頂升架高度達(dá)到12m左右時(shí)，頂升架設(shè)置4道?12鋼絲繩攬風(fēng)繩。第六步：繼續(xù)頂升，使網(wǎng)架略超過安裝高度，停止頂升。第七步：補(bǔ)裝支座、封邊，下落網(wǎng)架，使支座受力。

2）正式頂升。由施工經(jīng)驗(yàn)豐富的施工人員任頂升總指揮。開始每次頂升50mm，且每200mm檢測(cè)一次標(biāo)高。確認(rèn)頂升順利后每次頂升100mm，且每500mm檢測(cè)一次標(biāo)高，確保各點(diǎn)同步頂升。

頂升時(shí)，各施工人員選擇安全工位，嚴(yán)格按總指揮的指令進(jìn)行操作。

每班工作完成后，鎖定電源、油缸，以防回油，并派專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全巡察。

⑦卸載。卸載前全面檢查網(wǎng)架狀況，確保無(wú)任何安全及質(zhì)量問題。

各頂升點(diǎn)同步卸載。由總控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，各油泵同步回油，直至支座完全承載和頂升機(jī)構(gòu)脫離網(wǎng)架。然后再次全面檢查網(wǎng)架的安全狀況，確認(rèn)無(wú)誤后方可開始進(jìn)行頂升設(shè)備的拆除。

⑧頂升架增高與拆除。千斤頂頂升時(shí)，由下托架承力，油缸活塞全部伸出后，增加1節(jié)頂升架，擰緊聯(lián)結(jié)螺栓后，油缸回油（此時(shí)由上托架承力），下托架被提升，活塞全部收回時(shí)，將擺放下托架的橫桿上挪至新的安裝位置以支撐千斤頂，即完成一次頂升架的增高。

拆除時(shí)，將油缸回油至不受力（此時(shí)由上托架承力），下挪橫桿，進(jìn)油伸出活塞，帶動(dòng)下托架至橫桿，并使下托架承力、上托架不承力，拆除最上節(jié)頂升架。按此方法拆除2節(jié)頂升架后用汽吊整體吊放頂升至地面再拆除。

4.3 頂升及卸載過程中的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

通過軟件驗(yàn)算，表明有2處共4根腹桿在頂升期間出現(xiàn)超應(yīng)力，雖然采取了加強(qiáng)措施。但頂升時(shí)及卸載后，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)承載方式急劇轉(zhuǎn)變，鋼架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變的變化幅度大，為了確保網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)安全，對(duì)支架處的腹桿及驗(yàn)算時(shí)有較大應(yīng)力的上、下弦桿進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。采取安設(shè)振弦應(yīng)變計(jì)的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)桿件上對(duì)稱安設(shè)2個(gè)振弦應(yīng)變計(jì)。施工期間沒有出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變超過允許值的情況，且與驗(yàn)算結(jié)果基本符合。表明腹桿的加強(qiáng)措施科學(xué)有效，原有驗(yàn)算方法合理。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目部在大跨度鋼網(wǎng)架的施工中，采用了高精度整體同步提升技術(shù)。該工法不需要大量的大型吊裝機(jī)械，與傳統(tǒng)的支架法相比較，避免了大規(guī)模高大腳手架的搭設(shè)及拆除。將大量高空作業(yè)轉(zhuǎn)換成地面施工，在確保安全施工的同時(shí)，也易于鋼網(wǎng)架安裝質(zhì)量的控制，且縮短了工期，降低了成本投入，在同類工程施工中具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。