□文/李全喜 韓振勇 劉瑞光

□韓振勇/天津城建集團(tuán)有限公司。

□劉瑞光/天津市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)。

天津西站主站樓移位頂升技術(shù)綜述

□文/李全喜 韓振勇 劉瑞光

由于線路的增加和站房規(guī)模擴(kuò)大，原天津西站主站樓需拆除或遷移，但天津西站主站樓是天津市文物保護(hù)單位和歷史風(fēng)貌建筑，從保護(hù)文物的角度出發(fā)，西站主站樓整體遷移。文章介紹了遷移方案、平移、頂升技術(shù)以及監(jiān)控測(cè)量成果。

天津西站；主站樓；頂升；平移

天津西站是津浦鐵路的起點(diǎn)，坐落于紅橋區(qū)西站前街。主站樓由德國(guó)人設(shè)計(jì)建造，具有鮮明的西洋古典建筑風(fēng)格，始建于清光緒二十八年（1902年），宣統(tǒng)二年（1910年）12月落成啟用，距今已有百年歷史，被列為天津市文物保護(hù)單位和歷史風(fēng)貌建筑（特殊保護(hù)），也是津浦鐵路中唯一完整保留下來的德式建筑風(fēng)格的車站。

為適應(yīng)天津社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和京滬高速鐵路建設(shè)的需要，2008年，天津市政府決定實(shí)施天津西站交通樞紐改造工程；在樞紐改造規(guī)劃中，由于線路的增加和站房規(guī)模擴(kuò)大，原西站主站樓需拆除或遷移。從保護(hù)文物的角度出發(fā)，實(shí)施西站主站樓整體平移。

工程概況

西站主站樓為磚石木結(jié)構(gòu)3層建筑，建筑面積2058m2，東西長(zhǎng) 37.24m，南北寬 31.42m，高約 25m，其中1層凈高3m，2層大廳凈高10.4m，其他部分高5.4 m，3層凈高3.6m。建筑總質(zhì)量約5500t。見圖1。

在天津西站地區(qū)總體規(guī)劃中，主站樓的新址規(guī)劃位置距離現(xiàn)狀位置東南141m且豎向高程需要頂升2.9m。受周邊環(huán)境等條件限制，綜合考慮保護(hù)建筑的結(jié)構(gòu)情況以及造價(jià)、工期等因素，決定采取三維遷移方案，即先向南平移135m再向東平移40m，待到達(dá)新址后再進(jìn)行垂直頂升2.9m。見圖2。

該方案平移方向與結(jié)構(gòu)的軸線方向基本一致，傳力路線明確，便于計(jì)算；可盡快搬離舊址，為鐵路建設(shè)提供場(chǎng)地。

關(guān)鍵技術(shù)

移位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）移動(dòng)方式。移位方式指的是上下軌道體系之間的接觸方式，也可以簡(jiǎn)單看做上下軌道體系間的行走裝置?？紤]到本工程需要折向平移且房屋荷載較小，平移中需要提供的動(dòng)力不會(huì)很大，選用振動(dòng)小、易于調(diào)整糾偏且具備轉(zhuǎn)向功能的滑動(dòng)平移方式。

（2）托換結(jié)構(gòu)。托換體系由上滑道及其連系梁，抱柱梁及其連系梁，夾墻梁及其連系梁，樓梯抬梁，頂升系梁等組成。托換體系直接承受上部荷載，因此應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

（3）平移軌道。下滑梁是整個(gè)建筑物移位的行走軌道，用來承受滑動(dòng)面以上的全部動(dòng)靜荷載。考慮到該建筑局部荷載較大、平移過程中需要轉(zhuǎn)向以及工期等因素，下軌道梁采用水平布置，為雙肢梁形式，按滑腳布置位置的倒不等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)。

室內(nèi)下滑梁緊貼在原有基礎(chǔ)放大腳兩側(cè)，使下滑梁與原有基礎(chǔ)共同受力。由于平移荷載較大，為保證橫向平移時(shí)縱墻下的原基礎(chǔ)也能共同持力，在室內(nèi)檐墻設(shè)置夾墻梁，使縱橫墻基礎(chǔ)連成整體，增強(qiáng)原基礎(chǔ)剛度。

根據(jù)地勘報(bào)告，持力層地基承載力為100kPa，故沿程段下滑梁采用條形基礎(chǔ)即可滿足平移的需要。

（4）跨地鐵通道技術(shù)措施。平移沿線經(jīng)過地鐵1號(hào)線西站地下通道，該通道為東西走向橫穿西站前街，通道寬約6.5m，覆土約3m。考慮到平移過程中地鐵通道的安全，過地鐵段采用肋梁式筏基設(shè)計(jì)，增加基礎(chǔ)與地基地接觸面積，有效降低局部承壓荷載。由北向南平移通過地鐵道，主站樓對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)施加的最大應(yīng)變?yōu)?256.44，地鐵結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

主站樓加固

長(zhǎng)細(xì)比較大的構(gòu)件或者開間較大的大廳以及節(jié)點(diǎn)連接處，都需要驗(yàn)算穩(wěn)定性和整體性。為了保證整個(gè)平移過程的順利進(jìn)行，在對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)和強(qiáng)度計(jì)算后，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算，找出不符合抗震要求的薄弱部位，進(jìn)行臨時(shí)性加固。

考慮到2層大廳高超過10m，跨度超過15m，比較空曠，決定采用空間輕型鋼桁架對(duì)薄弱桿件進(jìn)行支撐與拉結(jié)，降低柱桿件自由度，加強(qiáng)各區(qū)域內(nèi)部及各區(qū)域間的結(jié)構(gòu)連接，提高局部及整體穩(wěn)定性并利用桁架抵抗平移過程中可能產(chǎn)生的附加應(yīng)力。鋼桁架底部固定在托盤梁內(nèi)，使桁架臨時(shí)成為房屋結(jié)構(gòu)的一部分，通過“內(nèi)撐外扶”加強(qiáng)抗震安全性。對(duì)桁架范圍內(nèi)無法覆蓋的柱，采用鋼抱箍進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增加其穩(wěn)定性。

主站樓平移

（1）總頂推力的確定。根據(jù)初步計(jì)算，房屋移位總質(zhì)量約6000t，正常摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為0.04，設(shè)計(jì)時(shí)考慮取啟動(dòng)時(shí)滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1，所需總推力為6000kN。

根據(jù)橫縱向平移滑梁的布置形式，分別在向南布置11臺(tái)100t千斤頂，向東布置9臺(tái)100t千斤頂，以上配置均可以滿足平移啟動(dòng)的要求且有足夠的動(dòng)力儲(chǔ)備。

（2）反力支座和施力點(diǎn)的設(shè)計(jì)。在建筑物托換結(jié)構(gòu)后端設(shè)置鋼筋混凝土反力支座并對(duì)應(yīng)各個(gè)軸線設(shè)置反力后背。反力后背布置原則為頂力點(diǎn)的位置應(yīng)盡量靠近上軌道梁，減小在托換結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的彎矩；反力支座和反力后背均按牛腿進(jìn)行設(shè)計(jì)。見圖3和圖4。

（3）平移控制原理。對(duì)國(guó)內(nèi)平移技術(shù)水平調(diào)研，結(jié)合西站主站樓的特點(diǎn)，選定頂推的方式平移施工，即通過測(cè)定移動(dòng)距離及時(shí)調(diào)整頂推力的方法來達(dá)到平移目的。將建筑物平移的位移作為主要控制參數(shù)，將收集到的位移信號(hào)比較計(jì)算，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)發(fā)送給PLC泵站系統(tǒng)，從而控制各點(diǎn)的液壓千斤頂頂推動(dòng)作。通過各受控點(diǎn)之間的精確控制動(dòng)作，整個(gè)同步控制系統(tǒng)達(dá)到一種運(yùn)動(dòng)中同步的目的，使建筑物在保持現(xiàn)有姿態(tài)的情況下進(jìn)行整體移位。這種同步移位工藝可以保證建筑物在移位過程中產(chǎn)生的形變非常小，完全控制在建筑物允許產(chǎn)生的形變范圍內(nèi)，從而保證建筑物現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀態(tài)安全。見圖5。

同步頂升技術(shù)

（1）控制精度的確定。天津西站主站樓為磚石木混合結(jié)構(gòu)，屬于砌體承重結(jié)構(gòu)類型。參照GB50007—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部?jī)A斜值控制。GB50007—2002表5.3.4中有相鄰墻體不均勻沉降變形不超過0.3%的規(guī)定要求，確定房屋不均勻沉降變形值為9mm?？紤]到該建筑已有百年歷史、施工過程中存在的系統(tǒng)誤差以及保證一定的安全儲(chǔ)備，同步控制值確定為3mm。

（2）總頂力的確定。通過建模分析建筑物和托換體系荷載累加值，總質(zhì)量約6000t。根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在托換體系上布置98臺(tái)200t千斤頂，取千斤頂最大設(shè)計(jì)負(fù)荷的70%作為設(shè)計(jì)參考，可提供13720t總頂力，有足夠的安全儲(chǔ)備。

（3）控制系統(tǒng)選擇。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該建筑磚石結(jié)構(gòu)受力情況比較復(fù)雜，不能完全參照砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，而且托換體系也參與受力，頂升過程中其荷載分布總是在動(dòng)態(tài)變化的。為此，將位移作為控制參數(shù)，進(jìn)行位移閉環(huán)控制。即在建筑物上設(shè)置若干位移傳感器，隨時(shí)采集反饋各點(diǎn)的位移情況，根據(jù)反饋情況交由PLC（邏輯控制器）來處理各個(gè)點(diǎn)的調(diào)整工作。見圖6。

（4）墊塊選擇和倒換順序。油缸與上滑道固定在一起，在頂升過程中隨上滑道的上升而上升。為保證墊塊下滑道的良好連接，避免頂升過程中墊塊失穩(wěn)，在下滑道頂升點(diǎn)處預(yù)埋法蘭盤及螺栓，用于固定墊塊。為了保證油缸在頂升過程中平穩(wěn)并避免上滑道混凝土因局部受壓過大而開裂變形，在上滑道頂升點(diǎn)及支撐點(diǎn)處預(yù)埋鋼板并預(yù)留螺栓孔。

就位連接措施

（1）頂升就位后即開始框架柱、剪力墻施工。其中，梁、樓板澆注施工受空間影響，無法澆注密實(shí)，采用強(qiáng)度等級(jí)為C50自密實(shí)混凝土，提高混凝土流動(dòng)性，確?；炷翝沧⒚軐?shí)。

（2）為了避免混凝土收縮變形，在混凝土梁與原結(jié)構(gòu)磚墻之間產(chǎn)生縫隙，埋設(shè)注漿管并進(jìn)行注漿處理。

監(jiān)控測(cè)量

力學(xué)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

結(jié)合無線和有線電子測(cè)量技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)巡查，監(jiān)測(cè)主站樓遷移施工中加固結(jié)構(gòu)在切割、平移、頂升等期間的力學(xué)狀態(tài)以及動(dòng)力響應(yīng)和裂紋發(fā)展?fàn)顟B(tài)。為確保遷移安全，對(duì)房屋進(jìn)行的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)盡可能進(jìn)行微機(jī)自動(dòng)化處理和及時(shí)顯示。

形體監(jiān)測(cè)

經(jīng)過對(duì)天津西站主站樓遷移工程沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求分析，采用無基準(zhǔn)點(diǎn)的自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)沉降監(jiān)測(cè)方案，以差異沉降極限值為報(bào)警指標(biāo)。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在建筑物四角以及沿四周外墻每隔10～15m和最容易變形的地方，共布置17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。見圖7。

在建筑物的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安置靜力水準(zhǔn)器，各水準(zhǔn)器相互之間采用連通管連接。各水準(zhǔn)器的液面高度變化由位移傳感采集，然后由智能巡檢儀獲得各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)獲得的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，獲得有意義的監(jiān)測(cè)信息，供技術(shù)人員掌握實(shí)時(shí)的建筑物安全狀況，提供施工決策的依據(jù)，并在必要的時(shí)候發(fā)布預(yù)警信息。

監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)建筑物各階段的應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 建筑物各階段應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表1可以看出，3個(gè)階段各測(cè)點(diǎn)均未出現(xiàn)較大應(yīng)力，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)西站主站樓整體平移頂升，既保證了天津西站交通樞紐改造工程建設(shè)的順利實(shí)施，又保護(hù)了文物建筑的安全、完整。同時(shí)由于西站主站樓整體向東南方向平移約140m，加大了與鐵道線垂直距離，從而減輕了列車高速運(yùn)動(dòng)對(duì)文物建筑的長(zhǎng)期震動(dòng)損壞，使文物建筑得到進(jìn)一步保護(hù)。平移后的西站主站樓，將實(shí)施復(fù)原整修，擬建鐵路博物館，真正使文物建筑的歷史價(jià)值得到利用，從而使百年老建筑進(jìn)一步得到保護(hù)。

TU74

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1008-3197（2010）06-03-04

2010-12-20

李全喜/男，1950年出生，高級(jí)工程師，天津市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)主任，從事工程技術(shù)管理工作。

□韓振勇/天津城建集團(tuán)有限公司。

□劉瑞光/天津市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)。