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      城市軌道交通工程施工方法和施工工藝分析

      2023-06-10 01:55:24王一寰
      運(yùn)輸經(jīng)理世界 2023年4期
      關(guān)鍵詞:橋架工法鋼結(jié)構(gòu)

      王一寰

      (中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司軌道交通分公司,北京 100000)

      0 引言

      作為城市交通體系下重要的基礎(chǔ)設(shè)施,城市軌道交通工程直接承受列車荷載,引導(dǎo)列車正常運(yùn)行,為公眾提供交通服務(wù)。因此,采用有效的施工方法、施工工藝,直接關(guān)系到軌道交通工程的施工質(zhì)量。

      1 城市軌道交通特點(diǎn)

      1.1 綠色低能耗與高安全性特點(diǎn)

      一方面,城市軌道交通是世界公認(rèn)的綠色交通,具有低能耗、低污染的特點(diǎn),對(duì)落實(shí)城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)有重要的推動(dòng)作用。另一方面,城市軌道交通車輛在專用軌道上行駛,與其他交通工具交叉點(diǎn)少,不受其他交通工具干擾,交通事故少,因此具有高安全性的特點(diǎn)。

      1.2 快捷性與舒適性良好

      相比常規(guī)公共交通,城市軌道交通其運(yùn)行于專用軌道之上,可保持較高行駛速度,具有高啟動(dòng)、制動(dòng)、加速度特點(diǎn),客車停站時(shí)間短,乘客上下車迅速便捷,且換乘便捷,可有效縮短乘客出行時(shí)間,快速到達(dá)目的地。同時(shí),相比常規(guī)公共交通,城市軌道交通列車運(yùn)行期間穩(wěn)定性高,列車內(nèi)部與車站均安裝有空調(diào)以及通風(fēng)設(shè)施,車站導(dǎo)向足夠明確,設(shè)有自動(dòng)售票設(shè)備為乘客提供便捷購(gòu)票服務(wù)。因此,憑借良好的乘車與候車環(huán)境,城市軌道交通舒適性優(yōu)于常規(guī)公共交通。

      1.3 高交通運(yùn)輸能力

      基于高密度運(yùn)行的特性,城市軌道列車行車間隔短,且行車速度比汽車快、編組數(shù)多,具有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),在單向通行高峰時(shí)間段,郊區(qū)軌道列車可達(dá)到6 萬(wàn)~8 萬(wàn)人(次/h),地鐵可達(dá)到3 萬(wàn)~6 萬(wàn)人(次/h),輕軌達(dá)到1 萬(wàn)~3 萬(wàn)人(次/h),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過城市公交[1]。

      2 城市軌道交通工程施工質(zhì)量要求

      綜上所述,城市軌道交通與常規(guī)交通相比有很多優(yōu)勢(shì),目前已成為城市居民出行的重要交通工具。隨著時(shí)代的發(fā)展,人們對(duì)城市軌道交通的穩(wěn)定性、安全性提出了更高的要求,對(duì)城市軌道交通工程施工提出了更高的質(zhì)量要求。首先,作為專屬軌道交通模式,每天的城市軌道交通需要載客數(shù)十萬(wàn),乃至數(shù)百萬(wàn)人次,因此要確保工程項(xiàng)目滿足相關(guān)法律法規(guī)、文件對(duì)土建工程、設(shè)備安裝工程的各項(xiàng)要求。其次,由于城市軌道交通關(guān)系到城市交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需要按時(shí)完成城市軌道交通項(xiàng)目的施工任務(wù),確保項(xiàng)目按時(shí)投入運(yùn)營(yíng),緩解城市發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨罅縖2]。

      3 城市軌道交通工程施工方法與工藝研究

      3.1 項(xiàng)目概況

      新興路站是杭州地鐵10 號(hào)線首期工程第13 站,位于港虹西路與逸盛路交匯處。新興路站因制冷機(jī)房工程位于逸盛路西側(cè),距離新興路站基坑界線約33m,基坑開挖深度15.15~15.79m,為一級(jí)基坑。新興路站附近存在液氨制冷機(jī)房與液氨輸送管路的交聯(lián)結(jié)構(gòu),該構(gòu)筑物為三級(jí)重大危險(xiǎn)源,主體基坑最小凈距為33m。項(xiàng)目施工期間,杭州地鐵10 號(hào)線一期工程新興路坑開挖,港虹西路常年有超載大車通行,導(dǎo)致周邊道路出現(xiàn)沉降問題,制冷機(jī)房發(fā)生沉降。為確保施工安全,經(jīng)過多種施工方案的選擇對(duì)比,最終決定采用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法。

      3.2 鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法概述

      3.2.1 施工方法特征

      首先,鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法具有安全性能高的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制的工法是基于PLC 液壓同步頂升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液氨輸送管線鋼柱頂升回復(fù),同時(shí)利用外部監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行位移信號(hào)、液壓系統(tǒng)油量控制信號(hào)的傳輸,運(yùn)用終端的多組超薄型千斤頂實(shí)現(xiàn)平坦、安全頂升,對(duì)構(gòu)筑物影響較小,具有較高的安全性能。在鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法中,應(yīng)用的設(shè)備十分先進(jìn),施工進(jìn)度快,頂升和降落的精度誤差在±0.5mm 范圍內(nèi),保證基坑開挖階段構(gòu)筑物的安全性。其次,鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法施工速度快,設(shè)備體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,操作簡(jiǎn)單,可保證快速安裝,并及時(shí)控制構(gòu)筑物沉降,及時(shí)開展沉降恢復(fù)。再次,鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法工作面高度清潔,施工階段無(wú)多余廢棄物和施工垃圾,且施工設(shè)備在運(yùn)行階段無(wú)噪聲、振動(dòng),具有良好的環(huán)保性。最后,鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑物高程動(dòng)態(tài)控制。在開挖階段,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、降水等問題的可能性較大,防止基礎(chǔ)再次沉降,因此頂升加固設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微沉降的自動(dòng)控制,對(duì)已經(jīng)發(fā)生的沉降問題實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,確保構(gòu)筑物整體的安全性,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)。

      3.2.2 施工原理

      鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法的施工原理,是在集成PLC 信號(hào)處理系統(tǒng)、液壓千斤頂、位移監(jiān)測(cè)技術(shù)和橋架結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上,開展配套技術(shù)開發(fā)。在橋梁結(jié)構(gòu)分析和施工技術(shù)總結(jié)的基礎(chǔ)上,以橋架沉降特性為依據(jù),進(jìn)行PLC 信號(hào)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于終端多組超薄型千斤頂實(shí)現(xiàn)平坦、安全的橋墩頂升。PLC 液壓同步控制系統(tǒng)將壓力傳感器、多點(diǎn)位移檢測(cè)裝置信號(hào),通過信號(hào)電纜傳輸?shù)匠邏罕谜倦娍叵鋬?nèi)。信號(hào)經(jīng)放大器放大后,將頂升位移、負(fù)載噸位信息發(fā)送到可編程PLC 內(nèi)。PLC 根據(jù)來(lái)自控制臺(tái)的指令,啟動(dòng)液壓泵馬達(dá),將液壓泵驅(qū)動(dòng)到工作狀態(tài)。液壓泵動(dòng)力通過控制閥組輸出到外接千斤頂,促進(jìn)液壓缸上下運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí),可編程控制器根據(jù)檢測(cè)到的位移信息,與指令信號(hào)不斷展開比較,快速修正誤差值,改變逆變器的輸出頻率和電磁閥的接通斷開,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力油源的連續(xù)調(diào)節(jié)和向外的千兆頭供應(yīng),確保多點(diǎn)外部千斤頂實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)同步。

      3.3 施工方案和材料

      3.3.1 施工方案

      根據(jù)對(duì)新興公路車站基坑開挖和超載出租車通行引起周邊路面和構(gòu)筑物沉降問題的分析,為確保施工的安全性,對(duì)制冷機(jī)房管道支架開展了頂升施工處理。根據(jù)機(jī)房8 根支撐柱的頂升加固需要,確保對(duì)后期橋架沉降問題實(shí)現(xiàn)有效控制。具體施工方案為:在1 根支撐鋼柱的4 個(gè)側(cè)面焊接牛腿構(gòu)件,橫向設(shè)置16mm 厚的加強(qiáng)筋板,對(duì)角設(shè)置φ25 拉桿,周圍設(shè)4 臺(tái)100t 千斤頂,實(shí)現(xiàn)鋼柱支撐頂升,確認(rèn)沉降穩(wěn)定后,利用鋼柱焊接形式、外部焊接鋼板形式,開展加固施工。

      3.3.2 機(jī)械設(shè)備與施工材料

      針對(duì)新興路車站機(jī)房,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降工法,主要施工機(jī)械設(shè)備包括32 臺(tái)100t千斤頂、4臺(tái)交流電焊機(jī)、1臺(tái)切割機(jī)、1只主配電箱、3只二級(jí)配電箱、10 只三級(jí)配電箱、400m 各種電纜線,2 臺(tái)PLC 同步儀、1 臺(tái)精密水準(zhǔn)儀、1 臺(tái)極光垂直儀、1 臺(tái)電子經(jīng)緯儀、20 臺(tái)百分表以及32 臺(tái)位移傳感器。主要施工材料見表1。

      表1 新興路車站機(jī)房鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制施工材料

      3.4 施工方法作業(yè)要點(diǎn)

      3.4.1 設(shè)備設(shè)置

      在升降機(jī)施工設(shè)備的安裝階段、布置頂升點(diǎn)階段,應(yīng)根據(jù)線荷載的分布情況和集中力位置進(jìn)行布置。通常,在混合結(jié)構(gòu)下,千斤頂間距應(yīng)設(shè)置在1.0~1.5m,并沿墻分布。在荷載相對(duì)集中的情況下,安排施工單位使用較大的千斤頂承載工作荷載。在框架結(jié)構(gòu)內(nèi),柱子周圍主要集中布置千斤頂。

      3.4.2 施工準(zhǔn)備

      在施工準(zhǔn)備方面,第一步,安排施工單位采用經(jīng)緯儀、水標(biāo)儀測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,并根據(jù)軸線,對(duì)不同柱位需要上升的具體高度進(jìn)行劃分和計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,確認(rèn)各階段提升高度為3~5mm,并要求施工人員將數(shù)據(jù)顯示在各柱上。第二步,以現(xiàn)場(chǎng)具體情況為依據(jù),選擇參照面,設(shè)置刻度尺,便于加固階段讀取,嚴(yán)格記錄刻度尺初始記錄數(shù)值。布置施工人員,準(zhǔn)備足夠的鋼板墊等施工材料、工具,積極開展技術(shù)說(shuō)明,確保施工人員充分了解其負(fù)責(zé)提升柱位的高度、實(shí)際操作要點(diǎn)。第三步,開展托盤系統(tǒng)和鋼制牛腿的鋼軋檢驗(yàn),確認(rèn)鋼制牛腿滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。及時(shí)清理各段伸縮縫內(nèi)的雜物,對(duì)附屬構(gòu)件進(jìn)行支撐、分離,完成千斤頂額定。第四步,設(shè)立頂升工程指揮部,安排施工人員開展應(yīng)急演練,并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

      3.4.3 頂升前結(jié)構(gòu)檢查與設(shè)備調(diào)試

      (1)安排施工單位實(shí)施頂升前的既有結(jié)構(gòu)檢查。在全面了解結(jié)構(gòu)損傷等建筑物工程情況的基礎(chǔ)上,通過梁板柱的實(shí)測(cè),為頂升工程提供原始數(shù)據(jù),并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)提出施工安全措施。具體檢查內(nèi)容包括建筑物的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸、樓面臺(tái)套、裂縫檢查、強(qiáng)度檢查。

      (2)開展設(shè)備安裝調(diào)試。針對(duì)新興路站制冷機(jī)房沉降問題,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法,采用100t 螺旋液壓千斤頂。在千斤頂安裝階段,要求施工單位保證千斤頂軸線垂直,避免千斤頂傾斜在頂升過程中產(chǎn)生水平分力。在配置千斤頂階段,施工人員要求以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù),密切關(guān)注32 臺(tái)千斤頂?shù)呐渲茫瑫r(shí)配置16 臺(tái)手動(dòng)千斤頂作為更換用。

      (3)頂升作業(yè)。以頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)、對(duì)稱結(jié)果的校準(zhǔn)為依據(jù),開展5mm 高的頂升試驗(yàn)。完成頂升試驗(yàn)后,整理結(jié)構(gòu)位移數(shù)據(jù)、橋架整體姿態(tài)數(shù)據(jù),為后期正式頂升施工提供依據(jù)。

      3.4.4 整體頂升與連接處理

      在正式頂升操作階段,施工單位需保證千斤頂?shù)耐巾斏⒈WC支柱墊的穩(wěn)定性,在累計(jì)頂升高度超過頂升階段,及時(shí)展開千斤頂回位。在回位階段,不能進(jìn)行相鄰的千斤頂同步回位,并且在返回作業(yè)前必須用楔塊保護(hù)支柱墊。頂升至設(shè)計(jì)高度后,施工人員需立即對(duì)主要受力部位采用墊塊或墊板進(jìn)行支撐,并迅速展開結(jié)構(gòu)連接處理。確認(rèn)結(jié)構(gòu)連接達(dá)到既定強(qiáng)度后,對(duì)千斤頂進(jìn)行批拆除。與此同時(shí),在施工作業(yè)階段,施工單位應(yīng)在各起重點(diǎn)設(shè)置分量尺度。在起重階段,開展統(tǒng)一指揮,每次起重作業(yè)均采用水標(biāo)儀、經(jīng)緯儀開展觀測(cè),嚴(yán)格控制建筑物的傾斜情況。

      在鋼柱焊接階段,采用不低于原柱要求的材料,頂升完成后,不可一次性拆除千斤頂,通常需要分2~3 次實(shí)現(xiàn)拆除,確保結(jié)構(gòu)的整體性。

      3.4.5 頂升反力體系設(shè)計(jì)

      設(shè)計(jì)頂升反力體系階段,要求施工單位充分考慮頂升施工階段上部結(jié)構(gòu)的水平、垂直荷載分布傳遞特性,同時(shí)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度及局部抗壓要求。在布置頂升反力體系階段,提升底盤結(jié)構(gòu)上表面,采用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行平整,牛腿結(jié)構(gòu)采用焊接連接形式,天花板底盤采用結(jié)構(gòu)鋼柱,在周圍上下對(duì)稱焊接牛腿結(jié)構(gòu),對(duì)應(yīng)牛腿支撐方向焊接兩層鋼板構(gòu)成底盤結(jié)構(gòu)。使用肋板和φ25 拉桿形式加強(qiáng)牛腿橫向連接,上下機(jī)架形成后,焊接固定4 臺(tái)100t 千斤頂,形成千斤頂+鋼柱共同受力體系,最后利用環(huán)切形式切割鋼柱,將液氨管線推上設(shè)計(jì)位置。

      3.4.6 臨時(shí)支撐體系與限位器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      在設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐體系階段,第一,需要確保臨時(shí)支撐體系滿足剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求,結(jié)構(gòu)必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)的要求,鋼結(jié)構(gòu)和焊接部位必須符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)的要求。第二,為了避免頂升施工階段臨時(shí)支撐體系不穩(wěn)定,要求施工單位在鋼管支撐間設(shè)置水平支撐、夾持支撐,并以螺栓形式連接。其中螺栓等級(jí)要求>8.8 級(jí),螺栓直徑16mm 以上,連接法蘭表面要求平整度誤差<0.05mm。

      3.5 質(zhì)量管理要點(diǎn)

      鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法質(zhì)量管理要點(diǎn)如下:第一,頂升施工前,應(yīng)嚴(yán)格開展設(shè)備檢測(cè),確保設(shè)備檢測(cè)結(jié)果符合《立式油壓千斤頂》(GB/T 27697—2011)的要求及《液壓千斤頂》(JJG 621—2012)的要求。第二,加強(qiáng)頂升前焊接質(zhì)量、底座結(jié)構(gòu)檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50205—2020)和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB 50661—2011)的要求。第三,鋼柱結(jié)構(gòu)應(yīng)確保滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50205—2020)的要求。支撐腳的垂直度或傾斜允許偏差控制在0.3%×H 范圍內(nèi),腳、柱的上表面高程控制在±2mm 誤差以內(nèi),梁體的縱向、橫向偏移分別控制在±3mm 和±1mm 誤差以內(nèi)。第四,施工完成后,開展焊縫外觀、點(diǎn)焊渣、立焊接頭檢測(cè),確定焊接質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)程。第五,城市軌道交通施工管理對(duì)象,主要為各分項(xiàng)工程,如電氣施工、土木建設(shè)、設(shè)備安裝等。為確保工程質(zhì)量滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)以及各項(xiàng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求,施工單位應(yīng)根據(jù)工作內(nèi)容,合理配置施工人員與機(jī)具,且明確各施工崗位所承擔(dān)的責(zé)任,以有效提升施工人員工作態(tài)度,保障施工質(zhì)量。

      4 結(jié)語(yǔ)

      針對(duì)新興路站路面和建筑物下沉問題,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法,有效保證橋架基礎(chǔ)安全,降低開挖風(fēng)險(xiǎn),保證施工進(jìn)度,同時(shí)在效益方面,與傳統(tǒng)的貝雷梁托換法相比,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法,實(shí)現(xiàn)了節(jié)約25 萬(wàn)元成本、20d 工期,施工中未發(fā)生安全事故,未發(fā)生環(huán)境污染事故。相關(guān)部門可將該研究成果作為參考依據(jù),在企業(yè)施工階段,有效提高鋼結(jié)構(gòu)橋架頂升加固及微沉降控制工法的應(yīng)用水平,充分發(fā)揮工法優(yōu)勢(shì),提高城市軌道交通工程施工質(zhì)量。

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