大跨度桁架梁吊装技术研究与应用

李仲峰,魏兆雷,朱茂龙

(中铁四局集团宜万铁路工程指挥部,湖北宜昌 443001)

1 概述

近年以来,铁道部投入大量的资金对国内大、中型火车站进行了新建或改扩建,而火车站雨棚多为大跨度钢管桁架梁结构的无站台柱雨棚,由于桁架梁跨度较大,整榀桁架梁长达百米,无法进行整体吊装,故必须进行分段后才能吊装。经过对宜昌东站无站台柱雨棚工程桁架梁分段吊装技术的探讨和研究,摸索出大跨度桁架梁吊装技术。

宜昌东火车站为客运火车站,位于宜昌东伍家岗区桔城路东侧共强村位置,该站为宜万铁路东大门。无站台柱雨棚采用中轴对称布置,覆盖 1至 5站台,为3跨结构,总建筑面积约52601m2。雨棚主体结构形式采用倒三角钢管桁架结构,长约 462.2m,桁架梁长度约 113.8m,净高 11m;雨棚钢立柱为 Y形立柱,纵向 16个轴线,横向 4个轴线,横向分为 JM、MN和 NP 3跨,最大跨度为 47.35m。桁架梁分段示意见图1。

图1 桁架梁分段示意(单位:mm)

2 吊装技术研究过程

经过对宜昌东站无站台柱雨棚最长最重的桁架梁进行分段吊装技术的研究,将整榀桁架梁分成 3段进行吊装,最长最重的 NM段桁架梁长度为 52.3m,质量为 29.8t。施工中要确保桁架梁安全吊装和高空精确对位以及焊接质量,就必须解决起重设备的选型、吊点设置的设计和辅助调整支架的搭设以及选择科学合理的吊装方案。

2.1 吊装方案选择

桁架梁的吊装主要包括:桁架梁和斜撑杆。

将分段后的桁架梁用炮车倒运至吊装现场吊装位置后,用 50t汽车吊进行吊装,其中 PN段桁架梁采用1台 50t汽车吊上五站台进行吊装;NM段桁架梁采用2台 50t汽车吊分别上三、四站台进行吊装,1台 50t汽车吊进行辅助吊装;MJ段桁架梁采用 2台 50t汽车吊分别上基本站台和二站台进行吊装。

桁架梁吊装顺序和吊点位置选择如图2所示。

图2 桁架梁吊装顺序和吊点位置选择

2.2 吊装方法及工艺

吊装工艺流程:搭设承重脚手架→吊装位置桁架梁、汽车吊就位→PN段桁架梁吊装(含 1根斜撑杆)(图3)→NM段桁架梁吊装(含 3根斜撑杆)(图4)→MJ段桁架梁吊装(图5)。

图3 PN段桁架梁吊装实物

图4 NM段桁架梁吊装实物

图5 MJ段桁架梁吊装实物

2.2.1 承重脚手架搭设

(1)编制承重脚手架专项施工方案并经批复后实施。按轴线位置和桁架梁分段处在各立柱位置上搭设承重脚手架。

(2)承重脚手架采用 φ48mm×3.5mm普通扣件式钢管脚手架,搭设高度为主桁架梁上弦高度位置,承重脚手架底部满铺脚手板,并设扫地杆和剪刀撑。承重脚手架上部搭设操作平台,操作平台满铺脚手板,周边设防护栏杆,水平投影尺寸为 6m×4m。

2.2.2 桁架梁、汽车吊就位

将分段后的桁架梁用炮车倒运至相应的吊装位置。将PN段桁架梁倒运至五站台吊装位置;将 NM段桁架梁倒运至三站台吊装位置,并用50t汽车吊将桁架梁吊转横跨在二、三和四站台相应吊装位置;将 MJ段桁架梁倒运至二站台吊装位置,并用 50t汽车吊将桁架梁吊转横跨在基本站台和二站台相应吊装位置。

PN段桁架梁采用 1台 50t汽车吊上五站台进行吊装;NM段桁架梁采用 2台 50t汽车吊分别上三、四站台进行吊装,并用 1台 50t汽车吊进行辅助吊装;MJ段桁架梁采用 2台 50t汽车吊分别上基本站台和二站台进行吊装。

2.2.3 PN段桁架梁吊装

(1)吊装准备。采用 50t汽车吊 1台,上五站台相应吊装位置并做好开始吊装准备。

(2)PN段桁架梁吊装采用 4点吊装,将钢丝绳绑扎在预先标识出的吊点位置。绑扎位置设在纵向桁架梁两端的 4个节点上进行吊装,确保吊装稳定、平衡并防止吊装过程中钢丝绳滑移。

(3)PN段桁架梁运输至五站台北侧适当位置,做好相应准备。

(4)绑扎:桁架梁起吊时,起重机吊钩对准上弦中心,吊索左右对称,并与水平面夹角≥60°。绑扎点选在上弦节点处,防止吊索滑移并减少吊装变形。如因吊装重心原因,绑扎点不在节点处,加焊挡块以防止吊索滑移。

(5)桁架梁吊升、旋转和临时放置:在吊装指挥人员指挥下,先将 50t汽车吊支腿固定;吊装前检查起重机、吊具、吊索状态是否完好,然后升长主臂达到吊装的位置;将吊点位置绑扎好钢丝绳,汽车吊起吊,将桁架梁从炮车上吊起后,按照一定方向慢慢旋转,下面工人拉好缆风绳控制桁架梁的转向,使桁架由平行于轨道方向转至垂直轨道方向。然后起重机向前爬杆、起吊,将纵向桁架梁缓缓放在承重脚手架的枕木和钢支架上,安装人员在起重工的指挥下,用夹板包箍迅速将纵向桁架梁在承重脚手架上作临时固定,并在两侧各设置 4道缆风绳拉牢。

(6)控制吊装过程中桁架梁分段点处的高程和轴线的偏差。

(7)桁架梁吊装就位后利用承重脚手架 U托调整其下弦杆的高程。将弦杆的端部对准柱中心,然后检查相贯线的接口是否满足要求,若有问题采用手工气割进行修整,直至满足要求。

(8)将纵向桁架梁分段点处的高程和轴线的偏差再次进行校核,并经监理单位(或甲方)检查,确认施工误差在允许偏差(高程偏差在 0～+15mm,水平偏差在 -10～+10mm)范围内,开始将纵向桁架梁 PN段与钢立柱连接处焊接作业,焊牢固后松钩。松钩后用全站仪监测 PN段分段处高程的变化情况。

2.2.4 NM段桁架梁吊装顺序

(1)吊装准备。准备 3台 50t汽车吊,其中 2台 50t汽车吊车分别上三、四站台,第 3台 50t辅助汽车吊进三、四站台线间,并到达指定吊装位置,做好吊装准备。

(2)钢丝绳在预定吊点处先绑扎好,梁的两端绑上缆风绳,并检查两头的相对方向是否正确。

(3)由吊装指挥人员统一指挥 2台汽车吊作业,通过桁架两端的缆风绳控制起吊桁架在空中位置,将桁架吊至承重脚手架指定位置。

(4)检查纵向桁架梁 PN与 NM两段梁 N端的接口对准,检查接口的对接间隙、错边量,并校正达到规范要求。

2.2.5 MJ段桁架梁吊装

MJ桁架梁长度为 37.85m,质量约为 19t,用炮车将制作成二段的 MJ段桁架梁运至基本站台相应轴线位置,进行二次拼接,拼接好后用 2台 50t汽车吊分别上一、二站台,先用 1台 50t吊将 MJ段桁架梁起吊旋转 90°,将 MJ段 M端放置在二站台、J端放置在一站台上。汽车吊移位重新支腿后做好吊装准备,2台汽车吊同时起吊进行吊装,吊装时有专人指挥,当 MJ段桁架梁就位后及时用电焊进行加固,然后再松钩。MJ段桁架梁吊装顺序类似 NM段桁架梁。

2.2.6 纵向主桁架梁与钢立柱间斜撑杆吊装

当 PN、NM和 MJ各段吊装就位完成,应用汽车吊吊装各对应部位斜撑杆,吊装斜撑杆与立柱和桁架梁对应就位后焊接牢固。

3 桁架梁吊装的具体技术措施

3.1 桁架梁的吊装

3.1.1 桁架梁的扶直和就位

桁架梁吊装单元在施工现场处于平卧状态,吊装前先要将桁架梁扶直,然后将桁架梁吊到承重脚手架,因桁架梁的侧向刚度相对差一些,扶直时起吊速度不宜大于 0.2m/s,以防止速度过快造成桁架杆件变形。

3.1.2 绑扎

汽车吊扶直桁架时,起重机吊钩对准上弦中心,吊索左右对称,并与水平面夹角≥45°。绑扎点选在上弦节点处,采用 4点绑扎法。

3.1.3 吊升、对位和临时固定

在指挥人员的指挥下,先将桁架梁吊离地面 300 mm后,检查起重机、吊具吊索状态完好后可继续向上提升,超过承重脚手架约 300mm后,将桁架梁与承重脚手架相平行,然后起重机向前爬杆,将桁架梁缓缓放在承重脚手架的小钢架上,安装人员在指挥人员的指挥下,用夹板包箍迅速将桁架梁在承重脚手架上作临时固定,并在两侧各设置 4道缆风绳拉牢。

3.2 桁架梁的高空作业

3.2.1 承重脚手架

桁架梁在每个轴线相应的立柱位置搭设承重脚手架,以保证施工安全。

承重脚手架采用可拆卸式结构,安装拆卸方便,施工速度快。承重脚手架上设夹板抱箍及桁架校正器。夹板抱箍的作用是临时固定和调整桁架在承重脚手架上的位置。

3.2.2 桁架梁高空拼装

桁架梁在承重脚手架上拼装时,要严格对准上下弦杆件的钢管接口,反复调整夹板抱箍和桁架校正器,用全站仪测量、监控。

桁架梁上、下弦杆件的直线度、杆件的扭曲,用全站仪监测分段处端头及高程。

焊接接头完成后,须重新对杆件的直线度、杆件的扭曲,上、下弦的拱高及高程参数等进行检测合格后,方可焊接。

4 结论

根据宜昌东站无站台柱雨棚(图6、图7)工程多专业同时施工和吊装的实际情况,对桁架梁进行合理分段,选用了适宜的起吊设备、合理可行的吊装方案,设置了正确的吊点,制订了桁架梁的吊装工艺,设计了多种吊装专用吊具、卡具、辅助安装支架,并在吊装过程中严格执行施工方案和工艺文件要求,加强施工现场信息处理速度,较好地解决了吊装安全技术问题,保证了安装就位精度和焊接质量,确保了大跨度桁架梁吊装安全和吊装焊接质量目标的实现,2009年 11月,由业主组织设计、监理、施工和第三方检测单位对钢构雨棚工程进行初验,经验收各项指标均达到设计要求。

图6 雨棚整体实物

图7 雨棚局部实物

[1] 路克宽.钢结构工程便携手册[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2] 顾纪清.实用钢结构施工手册[M].上海:上海科学技术出版社,2005.

[3] 鲍广鑑.钢结构施工技术及实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4] 杨文渊.起重吊装手册[M].上海:上海科学技术出版社,1996.

[5] 祝燮权.实用五金手册[M].上海:上海科学技术出版社,1995.

[6] 建筑施工手册编写组.建筑施工手册第四版缩印本[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.