建（構(gòu)）筑物移位技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向

王建永 藍戊己

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

2019年，我國城市老舊小區(qū)改造的大規(guī)模啟動，標志著我國建筑業(yè)進入新建與加固改造并重階段[1]，移位技術(shù)在內(nèi)河航道升級、鐵路電氣化改造、高速公路改擴建、城市更新等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時移位技術(shù)的研究也會更加深入。

本文在參考已有的研究成果及移位工程實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了移位技術(shù)的應(yīng)用方向及研究趨勢，以期為移位技術(shù)工程應(yīng)用及研究提供參考。

1 移位技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 移位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

移位技術(shù)在我國經(jīng)過近30年的發(fā)展，在既有建（構(gòu)）筑物移位改造、新建建（構(gòu)）筑物移位建造、工業(yè)設(shè)備安裝等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2]。同時，移位技術(shù)還應(yīng)用于古樹名木的整體平移，如2001年浙江三門縣1 200歲的古樟樹向西平移40 m，2008年浙江建德386歲的古樟樹整體移位74 m、頂升3.5 m。

1.2 移位技術(shù)研究現(xiàn)狀

移位技術(shù)的專項子技術(shù)可以分解為托換技術(shù)、臨時性地基處理與軌道基礎(chǔ)技術(shù)、結(jié)構(gòu)切割分離技術(shù)、移位設(shè)備裝置及同步控制技術(shù)、移位過程中的姿態(tài)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)、就位連接技術(shù)[3]。

1.2.1 托換技術(shù)的研究

托換結(jié)構(gòu)多采用抱柱梁和雙夾墻梁，為了研究托換結(jié)構(gòu)的受力機理，眾多研究者進行了試驗研究及理論分析，并提出了不同的設(shè)計方法。

框架結(jié)構(gòu)多采用抱柱梁托換形式，張正先等[4]得出了新舊混凝土界面連接節(jié)點抗剪承載力的計算公式；杜健民等[5]提出了托換體系抗沖剪承載力的預(yù)計模型；劉建宏[6]提出了大截面柱的控制參數(shù)及定義；王瓊[7]研究了鑿毛、植筋、支承形式對抱柱梁節(jié)點極限承載力的影響；張鑫等[8]提出了引入托換梁跨高比后的托換節(jié)點抗剪承載力計算公式；都愛華等[9]提出了托換節(jié)點承載力與縱筋、箍筋、高跨比相關(guān)的計算公式；吳二軍等[10]建立了規(guī)則凹凸咬合界面的受剪承載力方程。

砌體結(jié)構(gòu)多采用雙夾墻梁形式，杜健民等[11]假定了承重磚墻托換體系承載力平面桁架力學(xué)模型并推導(dǎo)了承載力計算公式；張鑫等[12]研究了不同托換梁截面高度及縱筋配置對托換結(jié)構(gòu)受力性能及破壞形態(tài)的影響。

不同研究機構(gòu)對混凝土抱柱梁、夾墻梁等托換結(jié)構(gòu)的受力機理進行了眾多的研究及分析，在理論分析及試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出新建界面的受剪承載力計算公式，但對受力機理的認識仍不夠深入，各自的承載力計算公式存在較大差異。

1.2.2 下滑道梁的研究

2002年，江南大酒店整體平移工程中設(shè)計了沉管灌注樁方案和木樁地基處理方案[13]；2006年，廈門市檢察院刑偵樓設(shè)計了同心圓圓弧形滑道梁[14]；2013年，安達火車站整體平移工程首次采用冰面作為下滑道梁，整體平移240 m旋轉(zhuǎn)90°[15]；2016年，龍溪塔整體平移工程應(yīng)用了復(fù)合地基加固方案[16]。

1.2.3 平移工藝及裝備的研究

移位工藝的創(chuàng)新與研發(fā)大多以實際項目為背景，當常規(guī)工藝與裝備較難解決移位項目難題時，必然會促進工藝與裝備的創(chuàng)新。

2003年，上海音樂廳整體平移頂升工程為了實施多點同步頂升，研發(fā)了一種力和位移綜合控制的頂升方案，而且為了克服移位過程中的不均勻沉降，首次采用了液壓懸浮工藝[17]；2006年，廈門市檢察院刑偵樓采用無固定軸的圓弧曲線牽拉移位技術(shù)，整體旋轉(zhuǎn)45°，最大弧長57.4 m；2009年，濟南經(jīng)八緯一路老別墅采用平板拖車整體移位25 km[18]；2014年，某公路轉(zhuǎn)盤內(nèi)的城市景觀雕塑移位工程首次采用高壓氣囊移位技術(shù)[19]；2020年，廈門后溪車站整體移位工程首次采用交替步履器技術(shù)，旋轉(zhuǎn)90°，最大弧長288 m。

1.2.4 就位方式的研究

2001年，江南大酒店整體平移后，采用聚四氟乙烯隔震支座進行連接[20]；2005年，山東豐大銀行舊址整體平移后，增設(shè)隔震橡膠墊與滾軸共同支撐上部結(jié)構(gòu)荷載[21]；2008年上海市清水灣保護建筑[22]及2017年玉佛禪寺大雄寶殿的隔震就位采用摩擦滑移組合隔震技術(shù)[23]。

移位建筑物與新建基礎(chǔ)的分離狀態(tài)使基礎(chǔ)隔震在移位工程中的實施成為一種優(yōu)勢，值得對托換、移位、就位等施工過程的關(guān)鍵技術(shù)作協(xié)同研究。

2 移位技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 移位技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢

移位技術(shù)在工程實踐中得到了發(fā)展。隨著城市更新、裝配式施工的快速推進，移位技術(shù)的發(fā)展趨勢總體涵蓋3個方面：

1）移位技術(shù)與傳統(tǒng)施工工藝結(jié)合，形成新的開發(fā)模式及建造工藝，并且在城市更新中得到快速推廣。比如移位技術(shù)與逆作、順作、蓋挖、管幕、隔震等工藝相結(jié)合，解決城市核心區(qū)歷史建筑群地下空間的開發(fā)難題[24]。

2）不同領(lǐng)域的移位技術(shù)借鑒與融合，從而開發(fā)出新型的移位工藝，提升移位技術(shù)的智能化及自動化水平，提高移位速度和精度。

3）通過工藝及技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)移位技術(shù)的成本降低，比如模塊化裝配式托換結(jié)構(gòu)、滑道梁、臨時加固結(jié)構(gòu)等的研究及推廣應(yīng)用。

2.2 移位關(guān)鍵技術(shù)研究趨勢

移位理論的建立和裝備的自動化、智能化升級是新時代移位技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。因此，未來會對移位關(guān)鍵子技術(shù)方面展開深入的研究。

2.2.1 建（構(gòu)）筑物托換與移位關(guān)鍵力學(xué)模型研究

1）整體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型與振動分析。

移位施工中，除同步控制誤差及累積誤差會對建筑物造成不利影響外，加速度及振動也可能會對建筑物造成擾動。目前的移位研究多側(cè)重于對同步誤差的控制，對移位振動的影響研究較少，多以直觀感受為主，尤其是一些歷史保護建筑，本身存在較多的薄弱環(huán)節(jié)，迫切需要開展移位加速度和振動的相關(guān)監(jiān)測及動力特性的研究，得出量化的評估分析，為移位設(shè)計與施工提供參數(shù)。

2）托換關(guān)鍵節(jié)點力學(xué)模型研究與分析。

目前，研究人員及工程技術(shù)人員對移位托換技術(shù)最為關(guān)注，研究得也較深入，但是各自的承載力計算公式存在較大差異，不同規(guī)范的承載力計算結(jié)果相差近2倍。

研究日趨深入后，會形成能夠兼顧安全及經(jīng)濟目標且形式統(tǒng)一的承載力計算公式。除了托換新舊界面承載力研究外，有必要對托換及移位工程進行系統(tǒng)分析及總結(jié)。

托換結(jié)構(gòu)的受力傳力與新建結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，實際移位工程中托換結(jié)構(gòu)也多有裂縫出現(xiàn)，說明移位托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計簡化計算方法與實際受力不完全相符，比如切斷對托換結(jié)構(gòu)及建筑結(jié)構(gòu)的影響、剪扭耦合的影響、不均勻沉降及平整度誤差的影響等。

3）移位條件下結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能試驗評估研究。

移位條件下結(jié)構(gòu)受力與靜力分析相比，有其不確定性及特殊性，有必要針對移位條件下結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能進行試驗評估研究，比如頂升工況下鋼支撐循環(huán)式壓縮與回彈的量化研究、移位條件下水平偏位的研究等。

① 頂升中的豎向工具式鋼支撐是頂升千斤頂?shù)闹误w系，由不同高度的標準節(jié)通過法蘭螺栓進行接高，高度有0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 m等不同規(guī)格。臨時支撐在荷載作用下會產(chǎn)生壓縮變形，此部分變形包含材料的彈性變形及法蘭拼縫處的空隙，根據(jù)工程實際經(jīng)驗，拼縫處的空隙壓縮占主要部分。每個支撐點的差異壓縮沉降會引起上部結(jié)構(gòu)姿態(tài)的變化，每個行程累積下來會造成上部結(jié)構(gòu)的強制變形及附加內(nèi)力。

目前，鋼支撐壓縮為非線性，其與單點位置的上部結(jié)構(gòu)荷載、法蘭拼縫數(shù)量、臨時鋼支撐高度等相關(guān)，目前的頂升缺乏實際的數(shù)據(jù)，計劃研究壓縮變形的規(guī)律性，以指導(dǎo)實際施工中消除該不利影響。

② 由于千斤頂安裝垂直度誤差、鋼托架的垂直度誤差、同步頂升控制誤差等原因的存在，頂升過程中不可避免地會引起建筑物的附加水平偏位（包括水平扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)），附加水平偏位會隨著頂升高度的增加持續(xù)累積，如果控制不好，會對建筑物的軸線對中及就位連接造成不利影響。計劃通過監(jiān)測建筑物頂升過程中監(jiān)測點的水平位移，開展對水平偏位的數(shù)量及形態(tài)研究，分析水平偏位與客觀誤差及頂升控制的關(guān)系，找到水平限位裝置水平力設(shè)計的參數(shù)，并在實際頂升中進行相關(guān)研究。

2.2.2 移位裝備升級改造與智能化

1）位移與壓力組合式同步控制技術(shù)。

上海音樂廳研發(fā)了一種力和位移綜合控制的方案，建立在位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上。現(xiàn)在頂升工程的體量越來越大，對于面積大、頂升點繁多且頂升位移控制點距離較近的情況，如果采用單純的位移式控制，由于上部結(jié)構(gòu)及上托盤梁整體剛度較大，位移控制點間距太近可能互相干擾，使得個別位移傳感器被帶動造成該處千斤頂壓力浮動過大，或者不再供壓而出現(xiàn)行程脫空現(xiàn)象，脫空點很有可能引起房屋結(jié)構(gòu)的強制變形。

研究“位移＋壓力”組合控制技術(shù)可以改進單純位移控制的缺點，達到在頂升過程中局部頂升點在脫空前直接切換為壓力跟隨的壓力控制狀態(tài)，以壓力值作為控制基礎(chǔ)，達到位移同步的目的。

2）自動保護式頂升裝置研發(fā)。

建筑物在升降施工時，會因為液壓千斤頂內(nèi)泄、油管斷裂、停電、機械故障等多種原因而突然回收，進而造成建筑物失穩(wěn)或者內(nèi)力變化過大的破壞情況?，F(xiàn)有的建筑物頂升的安全保護方法為隨動支撐、液壓千斤頂安裝液壓鎖或平衡閥來保持液壓千斤頂工作時的安全。針對一些頂升面積大、頂升高度高、頂升工期長的情況，需要研發(fā)一種在各種意外情況下均能保證建筑物安全的設(shè)備。

3）智能感知研究。

同步頂升控制精度是通過PLC液壓同步控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，以位移控制為主、壓力控制為輔。每一頂升行程需要倒換一次，循環(huán)頂升至設(shè)計標高。若每一倒換過程誤差0.1 mm，則頂升到位后累積誤差已經(jīng)比較大。常規(guī)需要每頂升4個左右循環(huán)后，通過全站儀測量建筑物的整體姿態(tài)，檢驗頂升的成果，并以此數(shù)據(jù)為依據(jù)指導(dǎo)下一頂升參數(shù)的調(diào)整。

在建筑頂升中的測量會受現(xiàn)場條件的限制，而且實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)也有其局限性（受溫度等影響），不能作為絕對的參考數(shù)據(jù)。計劃開展頂升工況下建筑物整體姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究，為結(jié)構(gòu)分析和移位控制形成信息閉環(huán)和網(wǎng)上展示。

2.2.3 托換與移位施工技術(shù)的創(chuàng)新

1）裝配化與循環(huán)利用。

實際工程中絕大多數(shù)托換結(jié)構(gòu)和滑道梁均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而很少利用具有顯著可重復(fù)利用優(yōu)勢的裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)行規(guī)范也幾乎未提及相關(guān)技術(shù)要求和設(shè)計方法。裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、速度快、可拆卸重復(fù)利用等突出優(yōu)點，在特定條件下的工程中無疑將具有經(jīng)濟性和工期短的優(yōu)勢，因此對其應(yīng)用范圍和技術(shù)要求進行明確規(guī)定是十分必要的。

2）預(yù)防性可調(diào)平主動托換技術(shù)研究。

鄰近既有建筑物的基坑開挖及下穿建筑物的隧道開挖必然會對建筑物地基及基礎(chǔ)造成擾動，從而對建筑物產(chǎn)生不利影響，會造成建筑物沉降、傾斜、開裂等損傷。常規(guī)的處理措施為建筑物外側(cè)或內(nèi)部注漿加固地基，以及在建筑物內(nèi)部壓樁補強建筑物地基及基礎(chǔ)承載力。

基坑及隧道開挖對建筑物地基及基礎(chǔ)的不利影響是一項持續(xù)性且時間跨度相對較長的活動，單純采用常規(guī)的被動式補強加固措施只可能減小開挖對建筑物的影響，無法完全避免開挖的影響，尤其是施工的復(fù)雜性，常規(guī)被動式托換和加固無法準確量化基坑對相鄰建筑物造成的影響。有必要研究與開發(fā)可以全過程控制開挖對建筑物不利影響的預(yù)防性可調(diào)平主動式托換技術(shù)。

3）快速移位頂升技術(shù)研究。

移位技術(shù)的發(fā)展，使其需求越來越大、應(yīng)用場景越來越廣泛，在某些特殊情況下（如鐵路梁更換搶險）對整體移位速度有著超常規(guī)要求，目前的移位速度（1～3 m/h）及常規(guī)施工工藝無法滿足這些要求。因此在保證安全的前提下，研究快速移位的裝置以及施工工藝，大大縮短移位的整體工期很有必要。比如香港國際機場天際走廊采用了場外預(yù)制拼裝，整體頂升安裝的施工方法，主橋整體運輸、頂升18 m、定位及固定焊接在4 d內(nèi)完成[25]，該項目采用了船舶移位中的SPMT拖車技術(shù)。

另外，廈門后溪車站整體旋轉(zhuǎn)90°，旋轉(zhuǎn)弧長288 m，首次采用交替步履走行裝備，將頂推點分散到各頂升位置，相較傳統(tǒng)移位方法，該裝置旋轉(zhuǎn)平移的精確性及自動化水平大大提高，縮短了移位作業(yè)的周期。

2.2.4 移位建（構(gòu)）筑物功能再生與韌性提升研究

1）移位建（構(gòu)）筑物功能再生方案研究。

移位技術(shù)的市場接受程度越來越高，應(yīng)用場景越來越廣泛，但是早期移位技術(shù)的市場應(yīng)用都是工程進展到某個階段后被動式的應(yīng)用。

其實，移位技術(shù)也應(yīng)該積極參與到工程開發(fā)的前端，更早期地參與到規(guī)劃階段、方案階段及設(shè)計階段中，在恰當?shù)碾A段利用合適的移位技術(shù)手段解決工程中的難題，從而達到縮短工期、減少造價的目的。若對有移位需求的新建建筑，在建造設(shè)計階段即考慮移位的設(shè)計，對有改造要求的建（構(gòu)）筑物，在規(guī)劃階段即考慮移位技術(shù)的應(yīng)用，將移位路線、地下空間開發(fā)、就位連接、移位動作組合等綜合比選分析，并且與新建工程結(jié)合，達到建（構(gòu)）筑物功能再生的目的，確定最優(yōu)的改造方案。

2）地下空間開發(fā)中托換移位協(xié)同施工技術(shù)研究。

在地下室頂板上移位時，傳統(tǒng)的解決辦法為將地下室頂板荷載通過臨時支撐傳遞至地下室基礎(chǔ)，此種支撐技術(shù)需要在地下室內(nèi)部設(shè)置鋼管或混凝土支撐，工程量大，工程費用高，而且支撐與原結(jié)構(gòu)體系傳力不明確。

托換層技術(shù)是通過設(shè)置縱橫梁系直接將上部結(jié)構(gòu)傳遞至地下室框架柱上，通過原有框架柱傳遞至永久基礎(chǔ)，不需要在地下室內(nèi)部設(shè)置臨時支撐，而且托換結(jié)構(gòu)自成體系，完工后拆除方便。

3 結(jié)語

移位技術(shù)經(jīng)過長期的工程實踐及試驗和理論研究，與早期移位技術(shù)相比，已取得了質(zhì)的飛越，但與未來廣泛的應(yīng)用需求之間還有不小的提升空間。

因此，有必要對移位關(guān)鍵子技術(shù)方面展開深入研究，主要研究內(nèi)容包括移位關(guān)鍵力學(xué)模型研究、移位裝備升級改造與智能化研究、移位施工技術(shù)的創(chuàng)新、移位建筑功能再生與韌性提升等，從而實現(xiàn)從結(jié)構(gòu)理論分析、設(shè)計方法研究、設(shè)備裝置升級、施工技術(shù)創(chuàng)新等方面的突破，促進移位技術(shù)的整體進步。