白國(guó)巖

(中鐵十六局集團(tuán)電氣化工程有限公司 北京 100018）

1 引言

近年來(lái)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于新建新型鐵路站房工程。站房屋面鋼結(jié)構(gòu)一般采用吊裝方法施工，但由于建筑規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吊裝模塊高空拼裝精度要求高、作業(yè)難度大，因此屋面鋼結(jié)構(gòu)的安裝是站房施工的難點(diǎn)。鄭海波等[1]針對(duì)蘭州西站屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)吊裝，提出利用BIM技術(shù)建立站房三維模型，從而對(duì)每根桁架進(jìn)行空間定位。張利[2]針對(duì)太原南站站房屋面單元體結(jié)構(gòu)吊裝，通過(guò)對(duì)屋面主桁架采取精確的測(cè)量定位，來(lái)保證屋面整體的安裝精度。趙娜等[3]研究了站房大跨度雙曲屋面網(wǎng)架分塊拼裝、分塊整體提升、轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)安裝等方法；趙宇新、王立省等[4-5]研究了受限空間站房大跨度雙曲屋面網(wǎng)架小單元分塊拼裝施工工藝流程。相關(guān)研究大多針對(duì)大型建筑結(jié)構(gòu)屋面的施工方案研究，基本沒(méi)有涉及到結(jié)構(gòu)的精密安裝的具體工藝和方法，也沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的變形影響。本文針對(duì)新建中衛(wèi)南站站房弧形屋面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝精度要求高、高空拼裝作業(yè)難度大的特點(diǎn)，研究雙向正交斜放鋼梁吊裝單元間及其與拱柱的精密對(duì)接技術(shù)。

2 工程概況

新建中衛(wèi)南站是新建吳忠至中衛(wèi)城際鐵路上的一座中型客運(yùn)站。站房主體建筑一層，長(zhǎng)196.1 m，最大建筑高度34 m，建筑面積11 875 m2。為了在造型設(shè)計(jì)上突出中衛(wèi)市“沙漠水城”的城市特色，以連續(xù)的箱形截面鋼拱結(jié)構(gòu)模擬著名“沙坡頭”景觀意向，連續(xù)弧形帶狀屋面猶如黃河水流淌于連綿起伏的大漠。如圖1所示。

圖1 站房三維示意

弧形屋面雙向正交斜放鋼梁安裝面積9 072 m2。鋼梁為焊接組合截面，上、下翼緣為Q345圓形鋼管，通過(guò)腹板連接，截面高度為1 300 mm。屋面斜梁與鋼拱柱呈45°夾角，采用套管補(bǔ)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)側(cè)面連接方式，如圖2所示。

圖2 鋼拱與斜梁連接示意

該工程屋面為曲面結(jié)構(gòu)，需要解決雙向正交斜放鋼梁吊裝單元間及其與拱柱的高空精密對(duì)接技術(shù)難題。

3 工藝原理與施工工藝流程

弧形屋面雙向正交斜放鋼梁安裝施工按照“工廠預(yù)拼、散件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊裝單元安裝、補(bǔ)間單元吊裝、整體分級(jí)同步卸載”的工藝原理進(jìn)行施工。

考慮起重設(shè)備的能力、斜梁的重量以及吊裝過(guò)程中的變形，將屋面斜梁劃分為合理尺寸的單元，再根據(jù)斜梁構(gòu)造特點(diǎn)將單元分割為散件[6]，在工廠制作完成后進(jìn)行預(yù)拼，檢測(cè)合格后將散件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。

根據(jù)鋼拱柱實(shí)測(cè)空間位置及屋面設(shè)計(jì)高程，采用絕對(duì)坐標(biāo)與相對(duì)定位相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)吊裝單元的精準(zhǔn)形位控制，在拼裝胎架上拼裝完畢后進(jìn)行吊裝。

屋面吊裝時(shí)，吊裝單元間預(yù)留補(bǔ)間單元，利用自主研發(fā)的弧形屋面補(bǔ)間鋼梁吊、裝一體化裝置對(duì)補(bǔ)間鋼梁進(jìn)行起吊、移動(dòng)，并作為精調(diào)及焊接的作業(yè)平臺(tái)。

卸載時(shí)根據(jù)整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分區(qū)實(shí)施。采用控制位移的方法實(shí)現(xiàn)分階段整體分級(jí)同步卸載。

施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 施工單元的劃分

為了保證弧形屋面鋼梁間對(duì)接精度，降低拼接難度，提高施工效率，將屋面沿垂直于拱軸線方向劃分為吊裝單元和補(bǔ)間單元。吊裝單元在地面拼接成形，用起重設(shè)備整體吊裝。補(bǔ)間單元為吊裝單元間預(yù)留的單元，其寬度為1個(gè)梁段長(zhǎng)度，在吊裝單元安裝后原位拼裝。

吊裝單元的劃分應(yīng)考慮工程現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備的能力、屋面曲面形狀、斜梁的構(gòu)造特點(diǎn)，以及單元重量和吊裝過(guò)程中的變形。單元?jiǎng)澐謶?yīng)盡量對(duì)稱劃分。單元重量不能超過(guò)起重設(shè)備額定起重量的95%。各單元的大小盡量一致。在屋面斜度較大部位的單元寬度應(yīng)適當(dāng)減小。補(bǔ)間單元預(yù)留位置不宜在大斜度弧形屋面部位[7]。

根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)的劃分方法，吊裝單元寬度劃分為10.5 m，吊裝單元間留有1.5 m的補(bǔ)間單元。

4.2 屋面斜梁與鋼拱柱接口空間位置測(cè)設(shè)

鋼拱柱在安裝過(guò)程中由于施工誤差、自重、風(fēng)荷載、溫差等作用會(huì)與原設(shè)計(jì)位置存在偏差，因此在斜梁地面拼裝前，需要重新確定每片屋面斜梁與鋼拱柱實(shí)際對(duì)接位置。屋面斜梁與鋼拱柱接口位置的精確測(cè)設(shè)是保證安裝精度的關(guān)鍵。為保證弧形屋面線形與設(shè)計(jì)一致，接口高程采用設(shè)計(jì)高程，接口的平面位置在鋼拱柱內(nèi)側(cè)表面。需要分別計(jì)算并測(cè)設(shè)每根斜梁上下翼緣實(shí)際接口的三維坐標(biāo)。方法如下:

計(jì)算每根斜梁與拱柱理論接口位置坐標(biāo)(x0，y0，z0），在拱柱側(cè)面測(cè)設(shè)出點(diǎn)D1(xG，y0，z0），xG為拱柱側(cè)表面的X坐標(biāo)。如圖4所示。由于拱柱施工完成后實(shí)際平面位置與設(shè)計(jì)位置存在偏差ΔxG，且斜梁與拱柱成45°或135°夾角，因此實(shí)際接口位置D2(xG，y0+ ΔyG，z0）(夾角 45°）或D2(xG，y0- ΔyG，z0）(夾角135°），ΔyG= ΔxG。

圖4 接口位置示意

4.3 吊裝單元現(xiàn)場(chǎng)拼裝

(1）拼裝場(chǎng)地及胎架要求

在施工現(xiàn)場(chǎng)地面進(jìn)行吊裝單元拼裝。為避免吊裝單元在安裝過(guò)程中由于地面不平整或者承載力不夠造成施工偏差或影響拼裝精度，拼裝場(chǎng)地要求整平，并硬化，滿足平整度及承載力要求。在地面搭設(shè)拼裝胎架[8]。搭設(shè)過(guò)程中，必須對(duì)拼裝胎架的豎向標(biāo)高實(shí)時(shí)進(jìn)行沉降位移監(jiān)測(cè)，防止由于胎架下沉導(dǎo)致構(gòu)件拼裝變形。

(2）現(xiàn)場(chǎng)拼裝

主梁鋼構(gòu)件制作本身存在弧度，地面拼裝時(shí)，用吊車(chē)將1根主梁懸吊。從一端開(kāi)始，根據(jù)斜梁接口實(shí)際位置三維坐標(biāo)，在現(xiàn)場(chǎng)用直尺(鋼卷尺）測(cè)量調(diào)整到位，在下面搭建工字鋼胎架，將主梁固定。再將主梁兩側(cè)次梁逐段調(diào)整，進(jìn)行焊接。將1根主梁拼裝好后，依照上述步驟，逐根對(duì)主梁進(jìn)行拼裝，直至整個(gè)吊裝單元拼裝結(jié)束。

(3）定位7字板安裝

7字板是安裝在吊裝單元兩端每根斜梁上翼緣處的7字形鋼板，在吊裝單元就位時(shí)7字板搭在鋼拱柱頂面，起到支承和精調(diào)標(biāo)高的作用[9]。由于鋼拱柱的變形，鋼拱上表面的高程存在變化，為保證弧形屋面線形與設(shè)計(jì)一致，因此各個(gè)7字板高度并不同。為了吊裝單元就位后高程的微調(diào)，在每個(gè)7字板與拱柱間放置10 mm厚的調(diào)高墊板。從上翼緣實(shí)際接口位置垂直向上量取到鋼拱柱內(nèi)側(cè)頂面的鉛垂距離再加調(diào)高墊板厚度10 mm，即為7字板高度H。如圖5所示。

圖5 字板與調(diào)高墊板示意

4.4 臨時(shí)支架安裝

臨時(shí)支架是吊裝單元就位和調(diào)整的臨時(shí)支撐裝置，根據(jù)吊裝單元大小一般布置1～2個(gè)，位于吊裝單元中部。臨時(shí)支架采用型鋼四肢格構(gòu)柱形式，由2 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成。頂部設(shè)置液壓支座用于與吊裝單元連接及調(diào)整高度。液壓支座由管托、套筒和液壓千斤頂組合而成。

臨時(shí)支架應(yīng)隨著吊裝單元的吊裝進(jìn)度安裝，不宜過(guò)早安裝。在安裝臨時(shí)支架前，對(duì)臨時(shí)支架平面位置進(jìn)行精密測(cè)量，確保位置準(zhǔn)確。安裝前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理、整平和夯實(shí)，必要時(shí)鋪設(shè)專用地基箱，使臨時(shí)支架與專用地基箱固結(jié)，以保證支架安裝后的地基穩(wěn)定可靠[10]。

臨時(shí)支架安裝完畢后，及時(shí)安裝纜風(fēng)繩對(duì)臨時(shí)支架進(jìn)行穩(wěn)定性拉結(jié)。對(duì)臨時(shí)支架按1.2倍設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行超載預(yù)壓，消除支架及地基的非彈性變形。根據(jù)吊裝單元就位位置(起拱后）設(shè)置液壓支座。

4.5 吊裝單元分片吊裝與精調(diào)

吊裝過(guò)程分為試吊與正式提升2個(gè)階段。

起重機(jī)采用履帶吊或汽車(chē)吊，回轉(zhuǎn)半徑和作業(yè)角度結(jié)合施工場(chǎng)地大小及屋面高度確定，起重機(jī)最大負(fù)荷不得超過(guò)額定起重量的95%。

施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)區(qū)及起重機(jī)走行道路均要求是回填層并需夯實(shí)。局部區(qū)域無(wú)法滿足的情況時(shí)在履帶或車(chē)輪下方鋪設(shè)厚度不小于25 mm的鋼板。

(1）試吊

起吊點(diǎn)的確定。吊點(diǎn)位置應(yīng)盡量選擇關(guān)于吊裝單元重心對(duì)稱的節(jié)點(diǎn)位置處，保證各個(gè)吊點(diǎn)受力均勻，吊裝單元提升過(guò)程的穩(wěn)定，避免吊裝過(guò)程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力。吊點(diǎn)位置和數(shù)量要合理，應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，避免吊裝單元產(chǎn)生過(guò)大變形及應(yīng)力。

在吊裝單元吊點(diǎn)處焊接吊耳，焊接完成后檢查其合格性。將鋼絲繩一端繩扣與吊耳間用吊裝卡環(huán)連接，另一端繩扣直接掛在吊鉤鉤頭。

弧形部位吊裝單元應(yīng)根據(jù)傾斜度和弧度調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度，保證單元吊裝過(guò)程中斜度不變、吊點(diǎn)受力均勻、吊裝單元提升過(guò)程的穩(wěn)定。

吊裝前的準(zhǔn)備工作就緒后，指揮者發(fā)出試吊信號(hào)，進(jìn)行試起吊，吊起高度為200～300 mm時(shí)，發(fā)出停止信號(hào)，對(duì)各吊具的安全性和牢固性進(jìn)行檢查，檢查焊縫狀況和在自重作用下的變形是否符合設(shè)計(jì)要求，保證正式提升的安全。

試吊無(wú)誤后，吊裝單元緩慢下降重新置于胎架，確保安置穩(wěn)妥后摘除吊鉤。檢查焊縫狀況和結(jié)構(gòu)變形情況，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下即可進(jìn)行正式提升。

(2）吊裝單元提升、就位

吊裝單元一端固定纜繩，吊至空中后，對(duì)角各設(shè)置兩組人員通過(guò)纜繩對(duì)單元方向、角度進(jìn)行調(diào)整。將單元由拼裝位置緩慢移至該單元相應(yīng)位置。

(3）吊裝單元精調(diào)

吊裝單元就位后，復(fù)核斜梁標(biāo)高，當(dāng)標(biāo)高不滿足時(shí)，通過(guò)調(diào)高墊板調(diào)整。校核標(biāo)高并安排焊工對(duì)兩端進(jìn)行臨時(shí)固定，確保吊裝單元穩(wěn)定[11]。

通過(guò)臨時(shí)支架上千斤頂頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高(包含起拱高度），調(diào)整到位后進(jìn)行大面積焊接，焊接完成后進(jìn)行松鉤，吊裝下一單元。

4.6 補(bǔ)間單元安裝

一個(gè)單元吊裝完成后，及時(shí)對(duì)與上一吊裝單元間的補(bǔ)間單元進(jìn)行安裝，使屋面盡早形成整體。利用自主研發(fā)的弧形屋面補(bǔ)間鋼梁吊、裝一體化裝置進(jìn)行吊裝拼接。該裝置包括兩股分別臨時(shí)固定于屋面已安裝節(jié)段上的相互平行且可供龍門(mén)架及安裝作業(yè)平臺(tái)走行的軌道、在軌道上方移動(dòng)的龍門(mén)架、位于弧形屋面下方可移動(dòng)的安裝作業(yè)平臺(tái)和調(diào)節(jié)軌道水平的固定裝置等組成，如圖6所示。

圖6 弧形屋面補(bǔ)間鋼桁架吊、裝一體化裝置示意

在吊裝過(guò)程中，具體操作過(guò)程如下:

(1）在弧形屋面補(bǔ)間單元兩側(cè)單元上利用固定裝置固定軌道并調(diào)節(jié)軌道水平，架設(shè)龍門(mén)架。

(2）將地面組裝好的安裝作業(yè)平臺(tái)通過(guò)龍門(mén)架從補(bǔ)間一端提升至空中，通過(guò)軌道移動(dòng)到屋面安裝作業(yè)平面位置，與軌道結(jié)構(gòu)連接，調(diào)節(jié)作業(yè)平臺(tái)到合適高度并固定。

目前很多學(xué)者都認(rèn)為醉酒型危險(xiǎn)駕駛犯罪行為的主觀方面應(yīng)該屬于過(guò)失，其理由主要為以下兩個(gè)方面：首先從我國(guó)刑法修正案的相關(guān)規(guī)定可以看出，危險(xiǎn)駕駛罪應(yīng)該屬于交通肇事罪的范疇，其犯罪構(gòu)成應(yīng)該和交通肇事罪保持一致，因?yàn)樵诮煌ㄕ厥伦镏衅渲黧w的主觀罪過(guò)屬于過(guò)失，則醉酒型危險(xiǎn)駕駛罪也不會(huì)例外；其次就實(shí)踐中的主觀意識(shí)來(lái)說(shuō)，雖然醉酒的駕駛行為人可能會(huì)意識(shí)到自己的行為會(huì)造成一定的危害結(jié)果，是過(guò)于自信或疏忽大意，認(rèn)為自己不會(huì)或者是沒(méi)有想到自己的行為必然會(huì)造成危害結(jié)果，而且一般都不會(huì)主動(dòng)希望其結(jié)果的發(fā)生，這應(yīng)該屬于過(guò)失犯的主觀意識(shí)，因此醉酒型危險(xiǎn)駕駛罪應(yīng)該屬于過(guò)失犯的范疇。

(3）在屋面單元強(qiáng)度較高的一端設(shè)置吊裝口，單塊屋面補(bǔ)間空缺鋼梁通過(guò)龍門(mén)架提升至屋面，通過(guò)軌道移動(dòng)龍門(mén)架，將鋼梁移至所在位置。

(4）工人在安裝作業(yè)平臺(tái)上對(duì)單塊鋼梁進(jìn)行精調(diào)，調(diào)整好位置后，進(jìn)行臨時(shí)固定。

(5）完成作業(yè)平臺(tái)范圍內(nèi)初步作業(yè)后，將作業(yè)平臺(tái)降至地面，通過(guò)龍門(mén)架從補(bǔ)間一端提升至空中，通過(guò)軌道移動(dòng)到屋面下一作業(yè)平面位置。

(6）重復(fù)上述步驟逐一吊裝補(bǔ)間其他空缺鋼梁，直至整個(gè)弧形屋面補(bǔ)間空缺鋼梁全部吊裝完畢，焊接固定。

4.7 卸載

在屋面斜梁施工完成之后，進(jìn)行臨時(shí)支架卸載。在卸載前所有構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)必須全部安裝、焊接完成，并驗(yàn)收合格。

(1）卸載方案

本工程屋面面積大，臨時(shí)支架數(shù)量多，且各臨時(shí)支架卸載量相差較大，為了保證卸載過(guò)程中每步卸載量相近，使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡，采用“分階段整體分級(jí)同步卸載”的方法進(jìn)行臨時(shí)支架卸載。該方法卸載分區(qū)及每級(jí)卸載量，需要根據(jù)屋面面積、臨時(shí)支架布置情況，結(jié)合屋面斜梁仿真計(jì)算進(jìn)行確定。每個(gè)臨時(shí)支架的總卸載量根據(jù)臨時(shí)支架位置處的屋面斜梁豎向位移求得。由式(1）求得。

式中，δ支架拆除為無(wú)支架情況下原臨時(shí)支架位置處屋面斜梁的豎向位移(mm）；δ支架未拆為有支架情況下臨時(shí)支架位置處屋面斜梁的豎向位移(mm）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將臨時(shí)支架劃分為3個(gè)卸載區(qū)，每個(gè)區(qū)分5級(jí)進(jìn)行卸載，保證每級(jí)卸載都能使屋面斜梁整體變形緩慢，受力均勻，易于控制。

(2）卸載方法

卸載前先計(jì)算好支點(diǎn)處斜梁變形量。若卸載點(diǎn)水平位移較大時(shí)，在卸載之前利用墊鐵調(diào)整千斤頂垂直度釋放其水平位移[12]。根據(jù)變形量在千斤頂上用水平尺標(biāo)出需下降總行程距離，如變形量超出千斤頂?shù)淖畲笮谐蹋瑒t卸載到一定位置時(shí)，將屋面臨時(shí)固定，更換千斤頂后繼續(xù)卸載。

卸載過(guò)程中由施工負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮，每個(gè)支架安排一組操作人員，同時(shí)控制千斤頂?shù)幕芈渲?，記錄每一階段的撓度值，并對(duì)屋面斜梁位移進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。千斤頂每下降一段行程后檢查所有節(jié)點(diǎn)及支座連接處是否有異常，直至整體結(jié)構(gòu)卸載完成。

5 結(jié)論

該安裝技術(shù)的實(shí)施，解決了弧形屋面雙向正交斜放鋼梁安裝精度難以保證的技術(shù)難題。

(1）通過(guò)根據(jù)拱柱實(shí)測(cè)幾何形位進(jìn)行吊裝單元拼裝，提高了拼裝精度，實(shí)現(xiàn)了一次拱柱與斜梁對(duì)接成功，減少了斜梁二次加工和調(diào)整等高空工作量，提高了施工效率。

(2）通過(guò)設(shè)置補(bǔ)間單元代替吊裝單元間直接拼接，降低了對(duì)接難度，減少了人工、機(jī)械消耗，保證了施工質(zhì)量。

新建中衛(wèi)南站站房弧形屋面結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和各部位變形和位移均達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，工程質(zhì)量良好。