跨多条营业线大跨度多层钢桁架分段吊装施工技术

李明坤，张建林，李辰旻

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

海外某高铁车站高架站房跨5 条普速铁路，作业场地狭小，临近营业线施工，安全风险高，国内外尚无类似案例。针对大跨度多层钢桁架吊装难题，对传统施工技术进行创新，提出了跨多条营业线大跨度多层钢桁架分段吊装施工技术[1]。

1 工程概况

1.1 工程简介

新建海外某高速铁路工程换乘车站建筑面积9833m2，站房钢结构为2 层，建成后跨4 条高速铁路和5 条普速铁路，可以实现既有普速铁路与高速铁路的换乘。

站房7.902m（7.652m）标高以下部位为内置钢骨柱，截面为圆钢管，7.902m（7.652m）标高以上部位为圆钢管柱，截面规格主要为ϕ600×30、ϕ800×30、ϕ800×40。

楼面为型钢桁架，跨度为33.00m～33.66m，桁架弦杆顶标高为7.727m、7.447m。桁架弦杆采用焊接H 型截面、焊接箱型截面，其最大规格分别为H500mm×500mm×26mm×35mm、H500mm×600mm×40mm×40mm，腹杆采用焊接H 型截面，其最大规格H500mm×500mm×26mm×26mm。2 层局部设有钢结构夹层，夹层的钢柱采用焊接箱型截面，钢梁采用焊接H 型截面。

屋面为管桁架，跨度为（16.45m+33.00m）～（16.45m+33.66m），桁架上弦中心标高为16.825～24.375m。桁架为钢管桁架，钢管截面规格为P203×10、P245×10、P350×14、P400×15、P450×15、P450×20、P450×25。

1.2 场地环境

场地环境较复杂，站房南侧紧邻市政道路，东侧为既有普速铁路车站，西侧为既有民房（未拆迁），站房跨5 条既有普速线。

1.3 工程特点

新建站房涉及跨5 条营业线施工，高空作业影响列车运行；场地周边环境极为复杂，存在市政道路、既有建筑、既有车站等，站房A 轴线距离现有道路仅7.0m，场地狭小，钢桁架堆放、拼装以及吊装空间非常受限；该工程仅有1 条进出场道路，该道路为当地主要道路，交通流量大，材料运输存在困难；C-D 轴楼面型钢主桁架最大跨度33.66m，吊重59.5t，次桁架吊重9.2t。C-D 轴屋面钢管主桁架最大跨度33.66m，吊重22.2t，次桁架吊重6.2t。吊装荷载大、工况复杂。在保障施工安全的前提下，实现多层钢桁架高质量施工，是该站房工程亟待解决的关键技术问题。

2 钢桁架安装方案选择

C-D 轴桁架吊装是本工程的重难点，结合现场情况，分别对分段吊装方案、滑移+吊装方案进行比选。采用滑移+吊装方案，滑移拼装平台占用既有市政道路、紧靠既有站房，交叉干扰较大。采用分段吊装方案更易实现多层钢桁架安装，工期可控性较高，工程造价优于滑移方案，因此决定采用分段吊装方案[2-3]。方案比选情况如表1 所示。

表1 方案比选

3 吊装工况分析

拟选取C-D 轴楼面型钢主桁架、C-D 轴楼面型钢次桁架、C-D 轴屋面钢管主桁架、C-D 轴屋面钢管次桁架吊装工况进行分析，以验证方案的可行性，并采用有限元软件对主要受力构件进行计算。计算结果如下。

3.1 C-D 轴楼面型钢主桁架吊装工况分析

C-D 轴楼面型钢主桁架采用500t 履带式起重机吊装，由中部往两端同时进行吊装。

3.2 C-D 轴楼面型钢次桁架吊装工况分析

C-D 轴楼面型钢次桁架采用320t 性履带式起重机吊装，由中部向两端同时进行吊装。

3.3 C-D 轴屋面钢管主桁架吊装工况分析

C-D 轴屋面钢管主桁架采用320t 履带式起重机吊装，由中部向两端同时进行吊装。

3.4 C-D 轴屋面钢管次桁架吊装工况分析

C-D 轴屋面钢管次桁架采用320t 履带式起重机吊装，由中部向两端同时进行吊装。

3.5 C-D 轴楼面型钢主桁架吊装吊耳板计算

根据吊装工况分析计算吊装耳板，均满足要求。吊装时履带下垫厚度为20cm 路基板，尺寸为3.0m×6.0m，每侧履带设横垫3 块，同时对地基换填AB 料。实测承载力满足设计要求。耳板位移云图如图1 所示，应力云图如图2 所示。

图1 位移云图

图2 应力云图

4 施工工艺流程

跨多条营业线大跨度多层钢桁架分段吊装施工工艺流程如图3 所示。

图3 跨多条营业线大跨度多层钢桁架分段吊装施工工艺流程

5 施工技术控制要点

5.1 C-D 轴钢柱分段吊装

车站的二层楼面标高以下部位为内置钢骨柱、截面为圆钢管，二层楼面标高以上部位为圆钢管柱，截面规格主要为ϕ600×30、ϕ800×30、ϕ800×40。

（1）C-D 轴的钢柱分3 段进行加工、安装。第1 段和第2 段采用75t 汽车吊吊装、第3 段采用320t 履带式起重机吊装。

（2）钢柱对接固定。钢柱对接过程中的临时固定措施，将会直接影响吊装安全以及整体结构钢柱的安装质量。拟在上下段钢柱的四周提前焊接临时定位耳板（其上带有螺栓孔），钢柱对接节点示意图如图4 所示。待钢柱吊装就位后，采用高强螺栓将上下两段钢柱进行临时固定，取掉临时定位耳板的条件是钢柱对接处焊接满足其截面周长的2/3。

图4 钢柱对接节点示意图

（3）钢柱稳固。钢柱安装就位，并通过地脚锚栓进行临时固定，即拉设揽风绳进行稳固，以更好地调整钢柱的垂直度，并保证钢柱安装后的稳定性与可靠性。揽风绳拉设高度约在钢柱高度的2/3 处，也可设置于上下柱相交节点的牛腿位置处。钢柱的地面固定需要借助周边基础承台和地梁，在无法实现借助地面结构固定的场地，应在地面上设置重物进行固定。

5.2 C-D 轴楼面型钢桁架现场拼装

楼面型钢桁架则采取散件方式进场，运至现场后在A-C 轴区域地面搭设胎架进行整榀拼装。楼面型钢桁架采用25t 汽车吊、120t 汽车吊进行拼装。

5.3 C-D 轴楼面型钢桁架及钢梁吊装

（1）采用1 台500t 履带式起重机吊装型钢主桁架，用1 台320t 履带式起重机吊装型钢次桁架及相应楼面钢梁。

（2）为确保营业线施工安全，采用天窗点进行吊装。考虑海外营业线施工经验缺乏，根据国内营业线施工经验，现场配置施工员、安全员和防护员，整体施工现场服从一人指挥，做到传递信号唯一、迅速、正确。同时与所在国铁路局积极沟通，争取天窗点作业，可利用天窗100 余个。

（3）进行吊装单元的检查，确保拼装过程中的固定挡块已全部割除，方可将吊装单元脱离胎模。四周拉设安全警戒线，非吊装作业人员不得入内。

（4）进行试吊，确认现场完全正常、安全情况可控后，现场指挥人员方可发出试吊命令；构件起吊高度0.50m 时，需要发出停止命令，对吊装系统的机械设备、被吊装构件的状态进行再次检查，以保证安全；现场各环节均确认安全后，方可继续进行吊装。

（5）正式吊装需要在现场指挥人员发出指令后进行，被吊装构件需要稳定、缓慢上升，严禁与其他物体发生摩擦甚至碰撞。被吊装构件提升至一定高度后，开始同时旋转吊机臂和被吊装构件，使钢桁架与安装方向垂直。被吊装构件处于安装位置的上方时，发出指令开始缓慢下降构件，进行构件的调整就位，经现场实测实量满足设计要求和规范的相关规定，进行焊接固定后方可松钩。现场具体吊装情况如图5 所示。

图5 楼面型钢桁架吊装

（6）施工人员上、下需要通过钢爬梯，爬梯每间隔约2m 与钢柱固定，并在爬梯上部挂设防坠器。楼面型钢桁架在地面拼装时设置好安全生命线，便于后续次构件安装时施工作业人员操作。

5.4 C-D 轴屋面钢管桁架吊装

C-D 轴屋面钢管桁架吊装待楼承板施工完毕并完成混凝土混凝土浇筑、形成封闭空间后施工，减少营业线作业时间，用2 台320t 履带式起重机吊装屋面桁架及相应次构件。

5.5 焊缝质量控制

为确保现场钢结构焊接质量，施焊完毕的焊缝待冷却24h 后，按设计要求对全熔透一级焊缝进行百分之百超声波探伤检测，现场经检测全部合格[4-5]。

该站房多层钢桁架的安装焊接工程量较大，焊接难度高、完成周期长，控制焊接变形、有效消除焊接应力，才能够保障工程结构安全。焊接过程采取以下控制措施。

（1）考虑钢结构为国内加工、国际运输，需对钢结构桁架进行合理分段，确保大量焊接作业在工厂完成，现场进行组装。

（2）采用组合焊接的焊接方法，具体包括CO2气体半自动保护焊与药芯焊丝及手工焊接；加大焊接能量密度，减少热输入；采用小电流，快速度、多层、多道焊接工艺措施；选用小直径的焊条、焊丝；所使用的焊材具有在大电流密度下保持电弧持续稳定的特性。

6 结语

本工程为跨4 条高速铁路和5 条普速铁路的换乘车站，其中普速铁路已投入运营，高速铁路即将施工完成并进行联调联试，建设场地周边环境极其复杂，国内尚无相似案例可供参考；且工程地处海外，可利用的资源极度匮乏。通过研究形成跨多条营业线大跨度多层钢桁架分段吊装施工技术，解决了跨多条营业线大跨度多层钢桁架吊装难题。研发并形成该技术，现场应用效果较好，有效保障多层钢桁架的施工质量、保证跨营业线施工的安全，确保作为“一带一路”标志性工程的海外高铁线路如期通车，社会和经济效益显著。该技术更适合应用于跨营业线、环境复杂、场地狭小情况下的铁路工程站房、桥梁工程施工，具有广泛、良好的推广价值。