京沪高速铁路济南西站大跨度钢屋盖带柱累积滑移施工监理控制

刘太伟，董效佩，李 鹍

(山东济铁工程建设监理有限责任公司，济南 250001)

1 工程概况

京沪高速铁路济南西站位于济南市总体规划中西部腊山新区的西客站片区，主站房建筑面积99 786 m2，分为主站房区及高架候车区，其中高架候车厅22 802 m2，长192.3 m，宽107 m，结构体系采用预应力混凝土梁+型钢混凝土梁+钢管混凝土柱的混合结构。基本柱网21.5 m×24 m和21.5 m×17.5 m，屋面主体结构采用钢管柱+空间三角形管桁结构。其框架柱均由地下通廊相应部位的钢管混凝土框架柱变径后延伸至楼面。楼面上柱高11.4～15 m，柱及桁架总质量3 080 t。

2 带柱累积滑移方案及选用背景

钢屋盖带柱累积滑移是指利用安装在钢柱根部的爬行器(即顶推千斤顶)推动屋面桁架与结构柱组成的组合结构整体进行滑移，经多次滑移后移动到位的施工方案。本方案主要有以下5个步骤:

(1)拼装胎架搭设，桁架组拼。在地面上按桁架图纸尺寸进行胎架的搭设，在胎架上分3部分组拼每一榀主桁架。

(2)轨道梁的安装。在高架楼面上进行轨道梁的安装，与钢柱安装轴线保持一致，通长设置。

(3)高空组装滑移单元。在楼面上搭设拼装胎架并与滑移轨道相连。将钢柱、主桁架、次桁架等构件吊装到高架楼面滑移轨道胎架上，按滑移单元进行组装。

(4)计算机控制同步顶推滑移。利用安装在钢柱根部的爬行器推动滑移单元向目标位滑动。当滑移完成1个滑移单元后，继续在腾空的拼装胎架上，进行吊装钢柱，高空对接桁架单元，前后2个单元通过水平支撑和斜撑焊接连接，形成1个新的滑移单元，继续向前滑移，采用相同的方法直至全部结构滑移完成。

(5)结构卸载落位固定。全部结构滑移完成后采用液压千斤顶同步分级卸载，落位固定。

采用本方案是由于工期紧及高架区立体化交叉作业复杂等原因，原施工方案跨内吊装工期长，影响作业面大，经多次专家评审和论证，确定了高架区钢结构采用屋盖带柱累积滑移施工方案。

3 施工操作要点及监理同步控制

为顺利完成钢屋盖带柱累积滑移，我监理部调配了4名技术力量强，业务素质高的监理工程师成立钢结构组和土建组共同监控本方案的实施。

3.1 施工操作要点及监理的监控

3.1.1 带柱累积滑移安装方法分析及临时结构设计

(1)临时措施结构初步布置

根据钢结构图纸及土建施工图纸，按照混凝土结构形式与钢结构相关联情况，初步确定滑移安装方案。监理部钢结构组与土建组密切配合，与施工单位共同分析图纸，多方面考虑，提高方案的安全性、可行性。

(2)滑移轨道设置

根据现场的实际情况初步布置滑移轨道，利用结构模拟设计软件，对滑移结构最不利工况(考虑风荷载、温度变化等)结构变形情况进行模拟计算，进一步确定滑移轨道的设置数量。

(3)临时措施结构设计

临时支撑体系包括竖向支撑体系和水平支撑体系，采用格构式钢柱、桁架体系。临时措施结构设计包括桁架单元拼装胎架设计、高空拼装胎架设计、滑移轨道梁设计、滑移轨道设计、轨道选型、滑移结构单元设计等。监理工程师仔细阅读设计书，对临时措施结构的强度、承载力、稳定性、变形情况、结构沉降、基础处理等进一步审核，同意滑移轨道梁、拼装胎架等具体布置、规格型号、连接方式等方案。

(4)根据滑移结构总吨位进行计算，确定顶推千斤顶规格、数量、设置部位等。

(5)滑移单元加固

运用有限元分析软件，实际模拟分析每个滑移单元在滑移过程中的受力情况(考虑风荷载、温度变化等)，确定在滑移单元上须加固支撑的位置、数量、规格等，确保每个单元在滑移过程中的应力与应变在允许范围之内。

(6)专项施工方案编制审核及专家组评审

总监理工程师及专业监理工程师仔细审核施工单位编制的桁架拼装专项施工方案、带柱累积滑移专项施工方案、卸载专项施工方案，提出了监理审核意见，施工单位对照进行了修改，使方案更加完善。

由于本工程的特殊性，专业施工单位没有同类大跨度带柱滑移的施工经验，为确保大跨度带柱累积滑移施工的可行性，先后进行了2次专家评审，总监理工程师作为专家组成员之一参加了评审，根据专家组评审意见进一步修改完善。根据通过的施工方案，制定了切实可行的监理实施细则，进行监理控制。监理部还组织监理工程师学习审批通过的方案，明确施工顺序、拼装步骤、测量与过程监测方案、应急方案、安全方案等，以便在实施中更好地加以控制。

3.1.2 临时结构措施安装及监理的检查

(1)拼装胎架搭设

拼装胎架设计根据施工现场实际施工场地情况，进行基础设计，计算胎架在安装荷载作用下的基础沉降量。胎架设计考虑搭拆方便，其下部底盘用路基箱、型钢梁做成，如图1所示。测量监理工程师对此进行精密测量复查，以保证桁架各部位均符合图纸尺寸。

图1 桁架地面组拼胎架搭设

(2)轨道梁安装

①轨道梁的安装与钢柱安装轴线保持一致，通长设置，控制轨道梁高程精度，监理进行高程复测，焊缝连接处按一级焊缝进行探伤处理，监理工程师对探伤进行旁站监理，见证试验。

②根据楼面钢柱分段点的高差，轨道下采用型钢梁的形式，型钢梁的顶面与分段点钢柱顶面齐平，如图2所示，型钢梁布置在下部有混凝土梁的位置，而且在下部混凝土梁上设预埋件。型钢梁在混凝土上的固定均采用安装螺栓、卡码等连接方式。监理工程师在浇筑混凝土时仔细核查预埋件位置，在安装型钢梁时对照方案检查各部件规格尺寸。

图2 型钢梁的顶面与分段点钢柱顶面齐平

③监理严格检查，确保轨道安装中心线与钢柱轴线保持一致，且按照设计高程进行复测。考虑轨道的侧向稳定及滑移方向滑动控制，按800 mm间隔轨道两侧设置10 mm挡板，轨道间的连接采用焊接的方式，顶面打磨处理。

3.2 高空组装滑移单元及加固

大跨度结构滑移安装质量完全取决于胎架上结构组拼精度控制，结构安装的高程、轴线位置、垂直度等均由监理复核控制在规范要求误差之内。吊装过程中，监理工程师全程旁站监理，严格按审批通过的施工方案和监理细则进行监督执行，保证了吊装安全和质量。

(1)钢柱垂直度、平面弯曲控制

钢柱的垂直度、平面弯曲符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)规定，如图3所示。监理工程师随时进行复测、记录，发现偏差立即要求施工单位调整。

图3 钢柱垂直度、平面弯曲的控制

(2)结构竖向位移控制

大跨度钢桁架拼装单元移除支撑后，由于结构的下挠变形，结构会产生竖向位移。根据施工结构模拟分析的挠度变形及桁架分段情况，进行拼装施工折线起拱。监理工程师对起拱尺寸进行复测，控制在允许偏差之内。

(3)滑移单元的加固

为了确保滑移过程中滑移单元的稳定性和整体结构的柔度，在钢柱上加设水平支撑和斜撑，确保滑移过程中整个滑移单元为变形体，如图4所示。

图4 滑移单元加设支撑

3.3 滑移前检查验收及拆除支撑

滑移前，监理对高空拼装构件逐项进行严格检查，确保杆件安装及焊接质量，并对一级焊缝进行了超声波探伤平行检测。然后按照方案有序地拆除临时支撑，并观察卸载后滑移单元的结构变形情况。

3.4 计算机控制同步顶推滑移

(1)准备工作

滑移前，监理检查滑移结构是否与胎架完全脱离，计算机及滑移系统是否调试成功，检查各岗位人员及监测仪器是否到位等。

(2)顶推向前滑移

①预加载:调节一定的压力，使楔形夹块处于相同的锁紧状态。

②预滑移:初始滑移单元质量约为320 t，加载步骤:第一步，按照爬行器最初加压为所需压力的40%、60%、80%;第二步，在一切都稳定的情况下，加载至100%。在滑移单元刚开始有位移后，暂停，全面检查各设备运行情况，推进器夹紧装置、滑移轨道及滑移单元受力变形等情况。监理工程师密切观察计算机图像及现场情况，实时监控。在各项检查符合滑移要求时，方可进行正式滑移。

③开始滑移时，液压助推器伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%、40%，在一切都正常的情况下，继续加载到60%、80%、90%、100%，如图5所示。监理严格监督施工单位按以上议定的施工方案实施。

④滑移过程观测:观测同步位移传感器，监测滑移同步情况;观测支座与轨道卡位的情况;观测推进器夹紧装置与轨道夹紧状况;观测滑移时，通过预先在各条轨道两侧所标出的刻度来随时测量复测每个支座滑移的同步性。此步骤是监理工程师控制的重点，同步性决定了滑移单元的安全和质量。

图5 顶推滑移

⑤滑移过程结构调整

滑移过程中由于各种因素，可能导致结构产生不均匀侧向位移，主要表现在轨道与两侧限位挡板间距发生变化，监理督促其及时调整，通过钢尺测量同一基线的距离偏差，找出所有轨道上结构位移的偏差，再通过不同轨道上结构滑移速度的调整，最终使所有轨道上结构达到同一基线，如图6所示。

图6 测量基线偏差

监理工程师对于监测中出现的异常情况，如结构挠度大于计算变形、出现大的声响、支撑发生变形或结构出现局部振动等，要求施工单位立即采取相应的应急预案处理。

⑥累积滑移

当滑移完成1个滑移单元后，继续在腾空的拼装胎架上，进行吊装钢柱，高空对接桁架单元，前后2个单元通过水平支撑和斜撑焊接连接，形成一个新的滑移单元，继续向前滑移，采用相同的方法直至全部结构滑移完成。监理工程师对吊装过程全程旁站，对焊缝用超声波探伤进行见证试验和平行检验。

3.5 结构卸载落位固定

采用液压千斤顶同步卸载，按照卸载方案进行分级卸载，最终落位固定，安装完成，如图7所示。卸载也是监理控制的又一个重点，严格要求施工单位按卸载方案进行，逐个钢柱进行检查，保持同步非常关键。

图7 同步卸载过程中监理检查

3.6 结构单元的稳定控制

(1)结构挠度变形观测

在每榀桁架组装完毕之后，对所有观测点进行第1次高程观测，并做好详细记录，待高空对接完毕之后，进行第2次高程观测，滑移卸载之后进行第3次高程观测，并进行比较。在此过程中，监理工程师也同时进行复测、记录。

(2)钢柱的变形观测

钢柱就位后测量监理工程师复测钢柱的定位轴线的偏移，柱子的垂直度;卸载之后，复测定位轴线偏移、垂直度、侧向扭曲。

4 结语

京沪高速铁路济南西站高架区空间钢桁架安装因结构跨度大、质量大、结构复杂等特点，导致整个工程施工技术难度相当大。滑移施工前，每个过程都经过全面、详细的方案讨论，每个构件吊装时都经过详细的设计、计算、分析，综合考虑了一切可能遇到的难题，采取了相应的措施，在施工、监理等各单位的共同努力下最终确保了空间桁架滑移施工的安全、顺利、优质的完成，为以后同类结构的滑移施工积累了经验。

［1］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［M］.北京:中国计划出版社，2008.

［2］赵熙元，等.建筑钢结构设计手册［M］.北京:冶金工业出版社，1995.

［3］陈绍蕃.钢结构设计原理［M］.北京:科学出版社，1998.

［4］陈 骥.钢结构稳定理论与设计［M］.北京:科学出版社，2001.