分段拼装及步履式顶推施工技术在站改项目的应用探究

陈剑溪CHEN Jian-xi

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300000）

0 引言

天桥等大型钢构一般采用汽车吊等起重设备将单个构件（或少数构件组成的单元部品）吊起至设计位置直接进行高空拼装，或借助临时支撑平台进行拼装，此类工艺工法已十分成熟，操作简易，进度可控，安全性也较好[1]。而杭绍台铁路临海站站房项目涉及三座跨营业线钢构天桥，现场场地十分有限，其建设过程涉及横跨高铁线路（杭深线），采用常规吊装、散拼等工艺安全风险极大，且需要相关站点长期停办客运以创造施工条件，不仅工程成本巨大，对当地群众的日常出行造成阻碍，社会影响极大。如何有效减少对作业场地的要求和后续跨线作业量，减少对既有杭深高铁运营的影响，同时做到进度可控、安全可靠，是该项目的一大难点，但目前行业内相关施工经验较少，迫切需要开发新技术、引入新工艺。

1 难点分析及研究思路

在临海站三座天桥正式施工前，组织各方人员反复踏勘现场实际条件：现场场地狭窄，作为拼装平台的高架站房部分楼板，其宽度33m，无法完成总长度58.25m 的天桥结构拼装；横跨的杭深线无法停止行车，仅可利用天窗封锁的短暂时间进行顶推作业；在既有站台内设置小范围的临时支撑，支撑间距较大，顶推过程中最大将有25.7m 结构处于悬挑状态，整体稳定性较差；结构施工完成后还需进行屋面和幕墙的施工，涉及大量焊接作业，危及下方接触网等线路设备[2]。在对施工方案进行了多轮论证并在过程中持续优化后，逐渐形成以下研究思路：①分析构件尺寸和结构数据，合理进行分段。在确保各节段自身结构稳定的前提下，将天桥主体划分为5 个节段，每个节段既可以单独升降、移动，也能与后续节段继续组合。一个节段拼装完成后将其顶推前移，空出场地以便下一节段的拼装，循环步骤直至所有节段全部完成。通过这一循环，实现在较小区域内完成整座钢构天桥的拼装。②采用步履机系统，竖向千斤顶顶起构件，水平千斤顶向前顶推，就位后竖向千斤顶收缸，至此完成一个顶推行程。重复多个顶推行程，最终将整个天桥推移至设计位置。由于步履机系统顶推过程大部分作用力存在于系统内部，对外影响较小，可以大幅减小顶推过程对支撑系统的反力，支撑系统的设置更加方便，也更加安全[3]。③在构件前端加设截面较小且略作上扬的钢构导梁，大幅减少其悬挑端荷载，从而减少端部下沉量，使得前端能更快地完成跨线并到达支墩位置，整体形态从悬挑转化为简支，满足了“正线上方无悬挑，行车安全有保障”的规定条件。④在天桥主体拼装阶段同步进行装修龙骨的安装，通过改变施工节点做法形成自由端，结合顶推完成后的二次矫正技术，使得龙骨安装质量满足后期装修标准，大幅减少跨线装修安装作业量。

2 应用操作要点

分段拼装及步履式顶推施工是结合了顶升、顶推、拼装等工序的复合过程，主要施工步骤如下：

2.1 安装步履机与平台

①根据构件尺寸、重量等参数，通过建模验算，确定步履机的型号、数量以及布设位置，在现场根据设计图纸放样出平面位置线，注明顶推方向线，为搭设步履机安装平台做好准备。②根据步履机的结构特点，采用搁放平台支架方式搭设步履机安装平台。平台包括一个搁墩、一台步履机、分配梁及垫块若干以及一个搁放平台组成，分配梁和搁放平台采用多块H 型钢拼接而成。通过调整搁放平台高度，可调节整个构件拼装平台高度，为最后的落梁步骤提供条件（见图1）。

图1 搁放平台支架方式

2.2 拼装第一节段

将第一节段下弦杆放置在布设完毕的步履机上，然后进行斜杆、上弦杆等其余构件的拼装。在此阶段同步完成导梁的拼装，将其与天桥主体进行可靠连接（见图2）。

图2 拼装结构主体第一节段

2.3 顶升构件

通过集中控制系统控制竖向千斤顶将拼装完成的天桥节段顶起，使其离开搁墩30mm 左右。这一过程用时20秒左右（见图3）。

图3 顶升千斤顶升梁

2.4 前移构件

节段顶升就位后略作静置，迅速检查各部位状态，确保构件无形变、侧翻等安全隐患，并确认各步履机状态正常。然后通过控制系统控制步履机的水平千斤顶伸缸，使天桥节段前移（见图4），通过位移传感器反馈到控制系统的数据，确定推移量符合设定（约600mm）。这一过程用时40 秒左右。

图4 水平千斤顶前移

2.5 水平千斤顶收缸回程

水平千斤顶顶推就位后，迅速对整个系统再次检查，确认正常后控制各步履机水平千斤顶收缸回程600mm（见图5），此过程用时40 秒左右。

图5 水平千斤顶收缸回程

随着水平千斤顶恢复原始状态，一个完整顶推行程完成，循环这一行程，将第一节段顶推至预定位置。每循环5个行程，对构件进行一次观测，确认其端部下沉是否超限、水平偏移是否超限等，确保符合要求后方可继续顶推。

2.6 竖向千斤顶收缸回程

当水平千斤顶恢复原始状态后，控制各步履机竖向千斤顶活塞收缸回程，将构件落到搁墩上，进行力系转换（见图6）。这一过程用时20 秒左右。

图6 竖向千斤顶收缸回程

2.7 拼装结构主体第二节段

调整步履机布置，然后参照2.2 步骤进行第二节段的拼装（见图7）。

图7 拼装结构主体第二节段（同步进行装修龙骨安装）

2.8 剩余节段的拼装和顶推

重复“2.2”~“2.7”步骤，直至天桥所有节段全部拼装以及顶推平移完成。确认天桥整体到达设计位置后，拆除端部导梁。杭绍台铁路临海站3 号天桥后续拼装及顶推程序见图8~图11。

图8 第三次顶推并拼装天桥第三节段（同步进行装修龙骨安装）

图11 顶推就位并拆除导梁

2.9 装修龙骨的融入

为进一步压缩天桥主体安装就位后的跨线焊接、拼装作业量，减少施工危险源，缩短危险时段，在三座天桥施工过程中，逐步加大装修龙骨的融入。第一座天桥顶推时，仅进行了幕墙主龙骨和屋面主檩条的预安装，至第三座天桥顶推时，已基本完成了包含了屋面板及所有装修龙骨的安装工作[4]。主要从以下三方面进行控制：①结合天桥主体形变相关演算数据，对横向龙骨适量起拱，使得顶推就位后，随着天桥主体下挠、稳定，龙骨趋向于平直。②通过设置腰形孔、插芯套接等连接方式，使龙骨体系具备一定量的自由活动空间，避免因主体变形导致刚性接头部位出现崩裂、变形等质量事故。③顶推完成后，及时量测实际形变量，根据形变量，对幕墙龙骨进行二次矫正，确保平直度满足规范要求。

图9 第四次顶推并拼装天桥第四节段（同步进行装修龙骨安装）

图10 第五次顶推并拼装天桥第五节段（同步进行装修龙骨安装）

2.10 注意事项

①认真检查进场的步履机各构件、油管、机电、电气元件、液压油量及通讯是否符合要求，电缆是否安全、可靠，有无断路、短路和绝缘损坏现象；液压油是否洁净无污染等。顶推系统使用前，应进行整体调试和演练，确保顶推过程中所有油缸、油站、油路、控制系统的正常运行。②认真确认步履机搁置支架系统的材料选用、焊接工艺、支架垂直度等施工质量是否符合方案设计、国家施工规范及检验标准的要求。搁放平台必须满足：平面位置误差≤±2cm、倾斜度≤0.5%、标高误差≤±1cm、平整度≤±2mm[5]。③顶推作业前在步履机顶升作用点的纵向轴线位置（一般是在顶推腹板位置）设置监测点，顶推过程中必须设置专人连续观测，确保顶升的作用点平面位置偏差小于3cm。在构件的最前端和尾部分别设置平面位置反光贴，配合全站仪等仪器进行监测。当步履机作用点位置偏移值大于3cm时，必须进行纠偏[6]！④在各工况条件下，要及时调整各台步履机前后搁墩的高度，确保搁墩标高符合要求，前后搁墩受力一致。如果分配梁上面需要垫块调高或调坡，分配梁上面的垫块应满铺并密贴，码放后的顶面要平整，确保分配梁与箱梁底面处于受力密贴状态，确保分配梁方向要与顶推方向一致；如横向、纵向倾斜角度大于1%时，及时铺垫相应的调平板，使横向、纵向倾斜角度小于1%，以免顶升偏心受压损坏、支架偏心受压产生过大的水平推力，从而避免支架失稳和顶推方向偏移[7]。⑤顶推操作前，操控人员必须通过计算机界面数据确定各台步履机处于正常状态，且与各台步履机看守人员确认全部步履机处于正常工作状态，步履机顶升作用点位置偏差小于3cm 的情况下，才能进行顶推操作。⑥操控人员必须和防护、指挥等现场看守人员间保证通讯畅通，并按约定的语句应答，及时通报情况，发现异常立即报告。

3 安全性验算及监测分析

为进一步梳理顶推过程中各阶段天桥主体结构和支持系统的受力状态，在方案阶段利用Midas Civil 2017 软件对整个顶推施工进行了模拟，分析各工况下结构本身及支撑系统的受力状态，甄别最不利状态，并分析在此状态下整个系统的稳定性，同时加强监测工作，比对警戒数据，从而确保顶推全过程的安全性。本文以临海站尺寸最大的1 号天桥相关数据为例。

根据建模分析，当导梁前端到达对侧临时支撑步履机位置但未落上步履机时，此时顶推整体前端悬挑长度最大，天桥结构的稳固性最差，位于既有2 站台的临时支撑荷载最大，为顶推过程最不利状态，此状态见图12。

图12 最不利工况状态

3.1 端部下沉

结合Midas Civil 2017 进行顶推模拟，得出此状态下端部最大下沉值为13mm。在顶推过程中，采用全站仪对其端部的下沉情况进行监测。测点设在导梁下弦杆端部外侧，在顶推前观测一次并记录高程数据，顶推过程中观测4 次，顶推到位后测一次，并分别与顶推前的数据进行比对，得出实测值为9mm，低于验算值。

3.2 临时支撑稳定性

据实测，临时支撑位置地基承载力为150kPa，顶推支架反力及支架系统自重F1=195.58t，临时支撑基础尺寸为6.4×4×1.2m，基础自重G2=6.4×4×1.2×2.5=76.8t，2#站台地基承载力：

P=（196.58+76.8）/（6.4×4）=106.4kPa＜150kPa，支撑系统稳定可靠。经实际观测，最大沉降量为2mm，低于预警值3mm，周边建筑无超出警戒值的变形情况[8]。

3.3 分析结论

根据以上验算数据和实测数据的对比，可见顶推过程安全可靠，对周边线路、雨棚等无影响，可以确保行车安全。

4 结语

分段拼装及步履式顶推施工技术在站改项目方面应用前景十分广阔，具体体现在以下几点：①分段拼装使得拼装平台仅需满足部分节段长度即可，大幅降低了对于主体拼装场地的需求，能有效规避大规模搭设拼装平台，从而降低经济成本。②由于大部分作用力在于步履机系统内部，施工过程中对于支撑系统的侧向反力相对较小，降低了支撑系统设置难度，抗倾覆能力强，安全性高。③整个顶推施工仅需5 次天窗封锁，其中跨线仅需1 次封锁即可完成，全程无需高铁线路停运，避免了对当地社会、经济等的影响；也无需在线路上设置起重设备或支撑设施，对线路质量无影响，确保行车和旅客安全。④在主体顶推阶段可以融入装修龙骨的安装，大幅减少后期天窗施工作业量，有效提升了工作效率和安全性。