梁生武
(中國鐵路總公司工程管理中心, 北京 100038)
大型客站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移跨既有鐵路線施工技術(shù)
梁生武
(中國鐵路總公司工程管理中心, 北京 100038)
隨著我國高速鐵路的發(fā)展和不斷完善,對已開通運營客站的改擴建也不斷增加,既有線安全是關(guān)鍵,文章緊扣這一課題,結(jié)合滬昆客專貴安站施工實踐,對大型客站鋼結(jié)構(gòu)累積滑移跨既有鐵路線施工技術(shù)及質(zhì)量控制等進(jìn)行了論述,克服了各種困難,既圓滿地解決了施工與運輸相互干擾的問題,又保證了既有線施工安全。
屋蓋; 管桁架; 累積滑移; 營業(yè)線
近年來,隨著我國高速鐵路大規(guī)模建設(shè),鐵路客站鋼結(jié)構(gòu)跨既有鐵路線施工也在不斷增加,如何在不影響鐵路運輸?shù)臈l件下完成施工任務(wù)成為關(guān)鍵,本文通過貴安站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移施工實踐,對大型客站鋼結(jié)構(gòu)管桁架累積滑移跨既有鐵路施工技術(shù)進(jìn)行了探討。
新建長沙至昆明客運專線貴安站站房工程位于貴安新區(qū)湖馬片區(qū)核心區(qū),一期工程總建筑面積為69 240 m2,站場規(guī)模4臺8線。站房高架候車室鋼結(jié)構(gòu)主要分為三部分:9.9 m標(biāo)高樓面鋼結(jié)構(gòu)、15.9 m標(biāo)高夾層平臺和高架候車屋蓋鋼桁架(圖1)。貴安站高架候車室9.9 m和15.9 m的結(jié)構(gòu)于2016年8月30日滬昆客專西段聯(lián)調(diào)聯(lián)試前完成,而屋蓋鋼結(jié)構(gòu)需在滬昆客專貴安站正線開通運營期間施工,成為既有線施工。
圖1 站房鋼結(jié)構(gòu)模型
既有線施工,安全風(fēng)險大、施工難度大、大件運輸困難、施工體量大、高空作業(yè)多。
貴安站為滬昆客專西段正線通過站,線路不能封閉,只能在股道上方作業(yè),因此,使用傳統(tǒng)的“整體吊裝”施工技術(shù),安全無法保證;另外,貴安站施工場地狹窄,通道困難,沒有加工場地,再加上鋼結(jié)構(gòu)管桁架構(gòu)件龐大,幾何尺寸大,不便于運輸和安裝。如果對滬昆客專正線進(jìn)行安全防護,鋼結(jié)構(gòu)管桁架在一側(cè)拼裝完成后,采用累積滑移施工技術(shù)滑移到位,問題就簡單化,就能保證貴安站滬昆客專正線正常運營。
為了保證滬昆客專正線在聯(lián)調(diào)聯(lián)試及后續(xù)施工期間行車安全,在高架候車廳9.9 m標(biāo)高南北兩側(cè)(滬昆客專正線上方)12 m寬的室外平臺上方,搭設(shè)三排腳手架防護墻,掛鋼板沖孔網(wǎng),對營業(yè)線進(jìn)行防護。
通過對整體結(jié)構(gòu)的分析,對可行的方案進(jìn)行優(yōu)缺點比較后,最后決定本工程采用累積滑移技術(shù)進(jìn)行安裝,滑移采用液壓同步滑移技術(shù)。
圖紙設(shè)計屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為9榀倒三角形管桁架,考慮其完整性和穩(wěn)定性,把屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架分割為9個完整的滑移單元(圖2)。
圖2 管桁架滑移單元劃分布置
4.2.1 拼裝平臺的設(shè)置
結(jié)合現(xiàn)場情況,在J軸至K軸設(shè)置寬約10 m拼裝胎架,也是第1單元的位置,拼裝完成后滑移出拼裝胎架位置,然后進(jìn)行第2單元拼裝;第2單元拼裝完成并與第1單元拼裝連接成一體,然后對第1~2單元整體滑移出拼裝胎架位置;拼裝依次類推。
4.2.2 滑移軌道的布置
經(jīng)過優(yōu)化,并結(jié)合現(xiàn)場實際情況,在兩排柱子軸線(T20、T17)上,即10根獨立柱(2排×5根)軸線位置設(shè)置兩支雙軌道(圖3)。
圖3 滑移軌道布置
4.2.3 滑靴構(gòu)造
滑靴采用HW350×350箱型扁擔(dān)梁,采用Q345,2 cm厚鋼板焊接加勁滑靴,滑靴下設(shè)限位板,限位板與鋼軌間隙不大于2 cm。
4.2.4 頂推點的布置
桁架滑移時,在TA、TC、TE、TH軸線桁架底部對稱布置滑移頂推點,其余位置布置滑移跟隨點,并對拉鋼絞線控制水平變形。每個頂推點布置2臺60 t油缸并配置相應(yīng)夾軌器,采用累積滑移,根據(jù)拼裝區(qū)大小進(jìn)行單元,共計使用16臺設(shè)備。
4.2.5 液壓泵站的布置
設(shè)置2個油泵站,分別控制2支軌道的頂推壓力,每個泵站控制4個油缸。
采用累積滑移技術(shù)進(jìn)行安裝,施工流程主要分為以下幾個步驟:第1單元在拼裝胎架位置拼裝;第1單元滑移出拼裝胎架位置;第2單元在拼裝胎架位置與第1單元對接拼裝; 第1~2單元滑移出拼裝胎架位置;拼裝依次類推;第9單元在拼裝胎架位置與第8單元對接拼裝;第1~9單元滑移出拼裝胎架位置;整體滑移到位卸載。
計算工況選取如圖4所示。
圖4 工況選取
“液壓同步滑移技術(shù)”采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu),一端以楔型夾塊與滑移軌道連接,另一端以鉸接點形式與滑移胎架或構(gòu)件連接,中間利用液壓油缸驅(qū)動爬行。
本工程利用計算機同步控制液壓油缸步進(jìn)式推動構(gòu)件進(jìn)行水平滑移施工作業(yè)。由液壓泵站、主油缸、自動反力支座、連接耳板、電器液壓控制系統(tǒng)組成?;七^程中主油缸在兩支雙軌道上推動待滑移構(gòu)件,爬行器控制主油缸收縮,計算機控制系統(tǒng)控制油缸壓力及同步性。滑移系統(tǒng)如圖5所示。
圖5 滑移系統(tǒng)
摩擦系數(shù):根據(jù)以往滑移經(jīng)驗,在滑道上涂抹黃油后,靜摩擦系數(shù)為0.18,正?;茣r滑移摩擦系數(shù)為0.15。
正?;茣r屋蓋動量為mv(v=4.4mm/s);滑移摩擦系數(shù)為0.15,滑移摩擦力為 0.15 mg;根據(jù)沖量規(guī)律:mv=0.15 mgt;則制動所需時間為t=mv/0.15mg=0.03s;制動時滑行距離 1/2×4.4mm/s×0.03s=0.067mm。由此可見,滑移制動時滑行距離很短,不會竄行。
采用3D3s模擬計算1跨、1~2跨、1~3跨、1~4跨、1~5跨、1~6跨、1~7跨、1~8跨、1~9跨滑移階段工況驗算。
經(jīng)過計算應(yīng)力超限的桿件部位出現(xiàn)在桿件HN500x200及HW350x350,模型中構(gòu)造為未加固桿件,實際結(jié)構(gòu)已經(jīng)加固,桿件應(yīng)力比均在0.85之內(nèi),以HW350x350為例,加固后軸力產(chǎn)生應(yīng)力為10.1 MPa,彎矩產(chǎn)生應(yīng)力比為174.8 MPa,考慮穩(wěn)定性后結(jié)構(gòu)正應(yīng)力比為0.75。
管桁架分段臥式拼裝胎架制作→桁架桿件定位安裝→校正→檢驗→對接焊縫焊接→UT檢驗→焊后校正→監(jiān)理工程師檢查→分段涂裝→檢驗合格→150t履帶吊高空分段對接→滑移檢查→預(yù)滑移→試滑移→正式滑移第1單元→累積拼裝第2單元→滑移檢查→累積滑移第1~2單元→如此類推直到1~9單元全部累積滑移完成→最終落位檢查→卸載→拆除滑移軌道及支撐點。
計算機進(jìn)入“自動”操作程序,進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的整體滑移;在滑移預(yù)過程中,對各點的位置與負(fù)載等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,觀察系統(tǒng)的同步控制狀況;根據(jù)同步情況,對控制參數(shù)進(jìn)行必要的修改與調(diào)整。
確定推力:根據(jù)設(shè)計滑移荷載預(yù)先設(shè)定好泵源壓力值,由此控制爬行器最大輸出推力,保證整個滑移設(shè)施的安全。
測量位移:在滑移過程中,測量人員應(yīng)通過長距離傳感器或鋼卷尺配合測量各滑移點位移的準(zhǔn)確數(shù)值。
同步滑移:計算機控制系統(tǒng)通過長距離傳感器反饋距離信號,控制兩組爬行器誤差在10 mm內(nèi),從而控制整個桁架的同步滑移。
沖擊力:爬行器為液壓系統(tǒng),通過流量控制,爬行器的啟動、停止時,加速度幾乎為零,對軌道的沖擊力很小。
若滑移過程中發(fā)現(xiàn)壓力不足,應(yīng)立即停止滑移,按照預(yù)檢程序逐一檢查后排出故障后重新啟動預(yù)滑移;若發(fā)現(xiàn)壓力超限,應(yīng)立即停止滑移,檢查兩支軌道行程是否偏移,如有偏移應(yīng)單支校正,校正完成后重新進(jìn)行預(yù)檢、預(yù)滑移。
屋蓋到位卸載如圖6所示,Y字撐支座平行于滑移方向設(shè)置卸載上牛腿,采用Q345,板厚20 mm鋼板焊接。對應(yīng)上牛腿位置設(shè)置卸載下牛腿,采用Q345,板厚20 mm鋼板焊接。油缸高240 mm,外徑180 mm,活塞桿直徑100 mm,行程100 mm。頂升額定載荷100 t,頂升時受力約50 t。
采用全站儀對滑移軌道、各工況滑移單元進(jìn)行撓度變形監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果與電腦模擬驗算計算結(jié)果一致。
滑移完成后對鋼桁架焊接質(zhì)量和網(wǎng)架變形,內(nèi)力監(jiān)測均符合設(shè)計要求,工程驗收合格。
在現(xiàn)場實施過程中,結(jié)合現(xiàn)場條件,先采用場外加工、地面單元散拼、高空對拼的安裝方式,再利兩支雙軌道累積滑移,滑移到位后采用整體落位卸載,較好地完成了高架候車室屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架的安裝工作。
圖6 屋蓋到位卸載
從工期、成本費用、安全度等方面來分析,滑移施工與傳統(tǒng)法施工相比,效果特別明顯(表1)。
表1 滑移施工與傳統(tǒng)法施工對比
隨著已開通運營客站的改擴建任務(wù)的增多,要保證施工、運輸兩不誤,更好地解決施工與運輸?shù)南嗷ジ蓴_是擺在鐵路建設(shè)、設(shè)計、施工、運營單位面前的一個重大課題。本文闡述的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)管桁架,通過場外加工,場內(nèi)地面單元散拼、高空二次拼裝,然后再利兩支雙軌道累積滑移施工技術(shù),可以達(dá)到施工運輸兩不誤,且安全質(zhì)量得到,還節(jié)約了成本。
[1] GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].
[2] GB 50011—2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].
[3] GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].
[4] GB 50068—2001 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].
[5] GB/T 12467—90 焊接質(zhì)量保證[S].
[6] YB 9254—95 鋼結(jié)構(gòu)工制作安裝施工規(guī)程[S].
[7] GB 50205—2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].
[8] 高國敏,楊李忠,李雪良,等.天津濱海國際會展中心二期鋼結(jié)構(gòu)滑移施工安裝技術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu), 2008, 23(6):64-68.
[定稿日期]2017-11-04
梁生武(1978~), 男, 大學(xué)本科,高級工程師,從事鐵路客站技術(shù)管理工作。
U449.52
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