石瑛莉

（常泰建設(shè)集團(tuán)有限公司，常州213000）

0 引 言

近年來(lái)，為提高土地利用效率和提升土地價(jià)值，地鐵上跨建筑越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們面前。受限于地鐵上跨結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)其上跨部分建筑的施工方案也作為新課題引起了人們的關(guān)注。作為橋梁上使用的頂推施工工法也因?yàn)槠鋵?duì)于建筑原位占用要求低、原位支撐和大型機(jī)械使用程度低、工程質(zhì)量易控、占用場(chǎng)地少、不受季節(jié)影響［1］的特點(diǎn)逐漸出現(xiàn)在該類建筑施工中。

自1959 年萊昂哈特（Leonhardt）和鮑爾教授在奧地利的阿格爾橋首次使用頂推法以來(lái)［2］，頂推法施工已經(jīng)在橋梁工程中得到了應(yīng)用。頂推法施工是在沿建筑軸線方向設(shè)置預(yù)制場(chǎng)，設(shè)置鋼導(dǎo)梁和臨時(shí)支撐、滑道、水平千斤頂施力裝置，通過(guò)鋼絲繩牽引或步履式推進(jìn)裝置頂推主體結(jié)構(gòu)就位。大跨度空間結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，可以采用高空散裝、分條分塊吊裝、滑移法和頂升法［3］，滑移法（頂推法）作為常規(guī)施工方法需要保證其導(dǎo)梁、滑道平行等高，主體自身剛度大，頂推位置節(jié)點(diǎn)處理好等方面要求。對(duì)于主體呈現(xiàn)楔形結(jié)構(gòu)且兩側(cè)及下部場(chǎng)地吊裝受限制情況下，如何安裝主體鋼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行專門的研究。本文以廣州凱達(dá)爾樞紐國(guó)際廣場(chǎng)宴會(huì)廳楔形鋼框架結(jié)構(gòu)頂推施工方案的研究，解決其實(shí)施需求。

凱達(dá)爾樞紐國(guó)際廣場(chǎng)宴會(huì)廳鋼結(jié)構(gòu)主要分布在5 層至9 層，其中5 層至7 層有7 榀巨型桁架，8層、9 層主要為H 型鋼梁和矩形鋼柱。桁架截面尺寸大，材料強(qiáng)度高，桁架上下弦中心高度為12.1 m，主要弦桿為箱形構(gòu)件，箱形截面最大規(guī)格為□2 000 mm×1 250 mm×70 mm×70 mm，主體結(jié)構(gòu)最大鋼板厚達(dá)80 mm，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。兩側(cè)塔樓建筑物呈現(xiàn)八字形夾角且已經(jīng)施工完成，宴會(huì)廳桁架在兩個(gè)塔樓之間，下部為地鐵施工區(qū)域，受上述場(chǎng)地限制要求，地下架空層實(shí)施吊裝的大噸位吊機(jī)無(wú)法靠近，以上特點(diǎn)給鋼結(jié)構(gòu)的安裝帶來(lái)了很大的難度。

具體詳見(jiàn)圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)布置圖Fig.1 Structural layout

1 方案研究

1.1 難點(diǎn)分析

（1）本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高、大、重。主體桁架重量較重，且整榀桁架的外形尺寸很大，桁架的最大長(zhǎng)度和高度分別達(dá)到53 m和12.2 m。

（2）異形結(jié)構(gòu)布局提升安裝難度。工程結(jié)構(gòu)平面布局兩側(cè)不對(duì)稱，呈不對(duì)稱八字形，桁架非平行布置，須采用特定的安裝方案，安裝難度大。

（3）鋼結(jié)構(gòu)安裝受土建結(jié)構(gòu)影響大。宴會(huì)廳下部為城市軌道交通結(jié)構(gòu)，而且均在鋼結(jié)構(gòu)安裝前已完成施工，原位或周邊鋼結(jié)構(gòu)拼裝場(chǎng)地和拼裝條件均不具備，大型機(jī)械也很難進(jìn)入其中。常規(guī)吊裝設(shè)備及方法無(wú)法滿足安裝要求。宴會(huì)廳兩側(cè)為混凝土結(jié)構(gòu)的主體塔樓，其主桁架的一側(cè)與主體塔樓混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部勁性柱連接，另一側(cè)與通過(guò)成品球鉸支座與勁性柱柱頂連接。桁架高度方向跨5～7層兩個(gè)樓層，塔樓土建已完成施工，鋼結(jié)構(gòu)施工只能局限在雙塔之間，猶如在混凝土的叢林中謹(jǐn)慎實(shí)施。

1.2 方案對(duì)比

1）方案一：整體提升安裝方法

在柱頂設(shè)置提升支架，鋼結(jié)構(gòu)在樓面或支架面進(jìn)行分層拼裝，拼裝完成后進(jìn)行整層提升，各層提升就位后吊裝次鋼梁和層間立柱。

優(yōu)點(diǎn)：提升施工技術(shù)成熟，提升速度快，可避免高空拼裝的風(fēng)險(xiǎn)，減少高空焊接工作量，提升架可減少大型機(jī)械的使用。

缺點(diǎn)：①主體結(jié)構(gòu)下部為軌道交通施工區(qū)域，場(chǎng)地條件限制大，拼裝機(jī)械很難進(jìn)入場(chǎng)地進(jìn)行拼裝；②由于涉及軌道交通和東西塔土建施工，交叉作業(yè)干涉環(huán)節(jié)多；③既有場(chǎng)地土建完成程度不一致造成拼裝層高不一致位置需要搭建拼裝平臺(tái)和措施支架；④提升跨度大，臨時(shí)措施如提升架等需要利用下部橋墩，牽涉多部門作業(yè)，環(huán)境影響因素多，措施費(fèi)用高，工期影響因素多。

圖2 整體提升示意圖Fig.2 Overall lifting chart

2）方案二：采用頂推滑移和退步軌道吊機(jī)吊裝相結(jié)合的安裝方法

第一步：將5～6層頂推滑移安裝到位，拆除頂推用臨時(shí)措施。

第二步：在6 層頂（標(biāo)高32.65 m 處）架設(shè)帶軌道架梁履帶吊，7～9層采用從南到北退步式拼裝。

第三步：拆除履帶吊和軌道梁等臨時(shí)措施。

具體步驟見(jiàn)圖3-圖5。

圖3 頂推作業(yè)示意圖Fig.3 Schematic diagram of jacking operation

該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用頂推滑移施工，可以解決現(xiàn)場(chǎng)無(wú)原位拼裝作業(yè)環(huán)境和大噸位吊車費(fèi)用高、功效低的問(wèn)題。

（2）采用頂推滑移施工，施工操作有足夠的調(diào)整空間，所有拼裝都在總裝平臺(tái)上進(jìn)行，結(jié)構(gòu)整體線型精度和焊接質(zhì)量容易保證。

（3）滑道梁和總裝平臺(tái)是通過(guò)鋼柱牛腿和柱頂懸挑進(jìn)行連接，對(duì)原結(jié)構(gòu)混凝土梁板無(wú)接觸，可最大限度減少對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)的影響。

（4）總裝平臺(tái)可使拼裝構(gòu)件的工作半徑顯著減小，對(duì)垂直運(yùn)輸物料的大型吊車的選擇起到了極大的優(yōu)化，對(duì)于場(chǎng)地的配套加固措施費(fèi)用可以大大減小。

（5）工期不再受大型吊車工作吊裝效率影響，大型吊車僅承擔(dān)拼裝構(gòu)件的垂直運(yùn)輸，施工效率明顯增加。

圖4 完成后拆除措施示意圖Fig.4 Schematic diagram of demolition measures

圖5 退步吊裝示意圖Fig.5 Backward hoisting diagram

該方案具有以下缺點(diǎn)：需投入滑道梁、總裝平臺(tái)和牛腿支架，由于八字形頂推設(shè)計(jì)需要考慮滑道梁布置和換軌措施。對(duì)于頂推滑移和退步軌道吊機(jī)吊裝需要進(jìn)行大量的施工驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全。

選擇方案二作為實(shí)施方案，其主要施工難點(diǎn)在于非平行頂推作業(yè)的實(shí)施，下面對(duì)該部分重點(diǎn)進(jìn)行敘述。

2 頂推作業(yè)重點(diǎn)

2.1 滑道梁處理：階段平行化處理

由于主體結(jié)構(gòu)布置呈八字形口，各個(gè)桁架的長(zhǎng)度不同，滑移軌道的設(shè)置比較復(fù)雜，根據(jù)柱的布置，考慮了變軌道滑移的方式，西側(cè)柱的位置設(shè)置整體一條軌道。東側(cè)根據(jù)柱位設(shè)置伸出牛腿，牛腿上連接軌道桁架，軌道桁架與西側(cè)的軌道梁平行布置，相鄰柱之間向內(nèi)整體進(jìn)行收縮布置，形成2 個(gè)平行的軌道，首桁架長(zhǎng)度較小，制作時(shí)加長(zhǎng)處理，滑移到變軌道位置，使用第二個(gè)平行的軌道進(jìn)行后續(xù)的滑移，桁架加長(zhǎng)的部位進(jìn)行拆除處理。最終滑移完成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 八字滑道梁系統(tǒng)圖（俯視、軸側(cè)）Fig.6 System diagram of eight-character slide beam

2.2 變軌起落梁設(shè)置

由于在滑移過(guò)程中，東側(cè)鋼柱的牛腿在立柱外側(cè)，桁架滑移過(guò)程中為避免桁架的斜撐與鋼牛腿的碰撞，因此對(duì)于桁架斜撐需要到位后裝處理，滑塊位置需要設(shè)置延長(zhǎng)支架和拼裝節(jié)點(diǎn)。同時(shí)由于采用變軌滑移，為防止結(jié)構(gòu)梁局部屈曲需要增設(shè)內(nèi)部加勁肋，對(duì)于已建好的西塔立柱頂部主結(jié)構(gòu)落梁需要加大水平和豎向觀測(cè)力度。

整體變軌起落梁流程如圖7所示。

3 結(jié)論與建議

（1）楔形軸線鋼結(jié)構(gòu)采用頂推滑移施工法主要是受到現(xiàn)場(chǎng)條件的影響，原位整體提升或小單元高空散裝無(wú)法實(shí)施造成的，其難點(diǎn)主要在對(duì)滑道梁、牛腿和變軌次數(shù)的選擇?；懒哼B續(xù)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，變軌次數(shù)越少，施工簡(jiǎn)單，但牛腿就越長(zhǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)立柱影響越大。反之滑道梁連續(xù)段越少，牛腿對(duì)立柱影響越小，變軌次數(shù)增多。

（2）采用頂推滑移工法必須加大監(jiān)測(cè)力度和完善的調(diào)差措施（水平、豎向）。對(duì)于施工過(guò)程也需嚴(yán)格管控。

頂推滑移施工采取的措施需要考慮負(fù)荷情況下的拆除工況，一般都可借用既有結(jié)構(gòu)立柱，對(duì)于主結(jié)構(gòu)的落梁拆除措施應(yīng)充分考慮。

圖7 落梁過(guò)程示意圖Fig.7 Schematic diagram of beam falling process