大跨度拱形网架外扩拔杆组接力转换提升施工技术研究

杨希富

（中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150001）

1 前言

随着空间钢网架结构施工技术的日趋成熟，该结构已被广泛用于剧院、体育场馆、展厅、高铁站、雨篷、高架建筑的屋面[1]。目前球型网架的安装就位方式大致为两种:一种是在原场地焊接组装后进行液压整体提升或吊装[2-3]；另一种是高空散拼或高空滑移就位组装[4-5]。对于大跨度球型钢网架组拼安装多采用局部（总体）液压提升或高空滑移就位法[6]。上述方法的实施均需具备足够的提升空间，当空间不能满足提升要求时，需要重新选择方案，给施工增加了难度。

本文以哈牡客专牡丹江侧式站房工程的钢网架施工为例，对外扩拔杆组接力转换提升施工技术进行研究。

2 工程概况

牡丹江火车站为牡丹江市重要的交通枢纽中心，其侧式站房屋面为空间钢网架结构，站房屋面网架位于结构的A～G轴×7～10线之间，长度52 m，宽度39 m，采用正放的四角锥形，上弦为多点支承体系，其最大矢高8.18 m，支座球的中心位置标高为+21.223 m，网架上下弦间距3.0 m，网架上弦最高点标高为32.300 m；网架总重量约为139 t。正面结构图见图1、俯视结构图见图2。A～C轴部分标高7.780 m处设二层门厅。由于门厅位置阻碍，网架无法进行整体拼装提升。

图1 正面结构图(单位:mm)

图2 俯视结构图(单位:mm)

3 总体施工方案

网架安装就位采用独脚拔杆外扩拼装及转换提升施工方法。独脚拔杆群组向外扩展拼装，即:运用独脚拔杆组悬挂滑轮组与架体，各起吊支承点进行铰接，由多台绞车配合牵引顶升架体[7]，安装独角拔杆柱后就地外扩拼装拱形网架，边拼装边提升，待提升通过7.780 m（二层门厅）处后，加拼A～C轴部分，最后将网架整体转换为液压提升就位[8]。

4 关键施工技术

4.1 独脚拔杆结构设计

拔杆选用直径φ478 mm圆钢管，长度20 m的拔杆，单根拔杆承载能力400 kN。在圆管顶端部焊接圆形吊环，吊环采用直径25 mm的HPB235钢筋，宽50 mm、高70 mm，分八个方向布置，用于拖拉绳的悬挂。在圆管顶部向下250～350 mm处，焊接起重吊板，吊板采用20 mm厚钢板。拔杆底座选用厚壁圆管，直径150 mm，长度1.5 m，共计6根，平整放置于拼装平面位置，两管之间采用CO2气保焊接，上铺1 000 mm×800 mm×20 mm钢板与底座焊接牢固，钢板与拔杆立柱满焊并用耳板进行固定。

4.2 网架施工区块划分及提升工序

本网架拼装面积为39 m×52 m，总重量为140.830 t（含马道），将网架分为5个拼装提升阶段进行网架的拼装提升。网架提升单元划分见图3，区块划分和提升工序见表1。

图3 网架提升单元划分

表1 区块划分和提升工序

4.3 拔杆布置

（1）拔杆的布设位置不得阻碍网架的安装及提升。

（2）各杆件应受力均匀。

（3）拔杆基础及支撑系统必需稳固可靠。

4.3.2 拔杆布设位置

对提升结构及系统进行受力验算时，将各顶升点作为约束点，调整各顶升点周围的杆件截面尺寸，直至不出现超应力杆件；同时，确保此时整个网架处于弹性工作阶段，最终确定独角拔杆的安装点位[9]。拔杆布设位置如图4所示。

图4 拔杆安装点位示意

4.3.3 受力分析

前几天乘凉时，柳红问起公公年轻时候的事，苏长河什么也不肯说。柳红对公公的过去一直充满着好奇，因为她对公公苏长河始终怀着某种特殊的情愫。乡亲们都说他年轻时英俊风流，有过好几个女人，而且还为一个女人戳瞎了自己的双眼；那个女人和苏长河生活了七年，在苏秋琴五岁、苏石一岁多的那年秋天，跟一个男人跑了，跑得无踪无影。苏长河没有去找她，他知道当一个女人的心不在自己身上时，就是找回来了还会再跑的。

按最不利工况，即提升最大单元时的荷载考虑，拔杆轴力如图5所示。

图5 拔杆轴力(单位:kN)

由图5可见最大轴向力为251.3 kN，小于该种拔杆最大轴向承载力400 kN，符合要求[10]。

4.4 地锚挖设

（1）按照图纸预先选定位置，结合现场施工情况，挖设地锚基坑。地锚基坑长为2.5 m，宽1.2 m，深2.5 m，在基坑中埋设φ160×10 mm钢管1根，基坑底部两侧挖洞，于基坑底部将承力钢管埋设，地锚用索具为双股直径为φ18 mm的钢丝绳，沿地锚坑中间部位挖斜坡，确保地锚绳的布置方向需与拖拉绳一致。选用石灰土作为地锚基坑的回填土，分层夯实至满足承载力要求。

（2）地锚埋设注意事项:

①地锚反力点布置位置，要求土质良好坚固，不可有积水及潮湿现象。

②地锚不得使用腐烂的木料，并确保钢丝绳要绑扎牢固可靠。

③重要的地锚应经过计算。

④地锚埋设后，应经过仔细检查，方能允许使用。使用时要有专人负责看守，发生变形，应立即采取措施加固。

4.5 拔杆立设

施工工序:场地准备→定位拔杆位置→开挖基坑→埋设地锚→校正拔杆→调试拖拉绳→安装滑轮组[11]。

通过测量定位拔杆位置，且实测拔杆处基底承载力符合要求后，安装拔杆，设置倾斜及水平拖拉绳对拔杆进行临时固定，两种拖拉绳相互连接成为整体，6根拔杆顶部相互连接拉紧，组成大方格状的内拖拉绳框，每根拖拉绳配置一个地锚[12]。所有拔杆安装完毕后，检查水平及斜拉拖拉绳是否安装就位并连接稳固，撤掉临时拖拉绳。在拔杆上安装滑轮组，设置临时防护措施。安装后需确保拔杆垂直度，直接滑轮组安装在拔杆上并配专人监管，以防现场过往车辆碰挂拖拉绳。

4.6 提升前准备工作

配备专用配电柜，检查各线路连接及开关，对12台电动绞磨及6根起重拔杆进行清晰明确的编号。试运行前检查电源及配电柜，确保总开关控制全部12台电动绞磨可同步运行、停止，也可单独控制。

4.7 整体吊装同步保证措施

网架进行整体吊装时，须保证网架始终同步水平上升或下降，以防网架架体产生变形或扭曲，引起整个吊装设备系统负荷的急骤变化，导致质量安全问题出现。

4.7.1 同步措施

（1）要求起重滑轮组索具的缠绕方式、有效长度及滑轮数量保持一致。

（2）起重钢丝绳的直径应选用同一强度等级，同一规格型号，同一材质。

（3）统一起吊绞磨卷筒上钢丝绳的初始缠绕数和长度，并在正式起吊前用拉力表监测，将钢丝绳的张力控制在同一数值。

（4）在正式起吊安装前必须对操作手进行集中指挥统一操作演练、培训，确保能统一操作绞磨。

4.7.2 同步观测装置

使用水准仪对提升进程进行实时监测，在网架底部两端设下垂钢尺作为观测点，为保证测量数据准确性，使用两个水准仪，设置两个监测站点同时观测，测量时需保证钢尺垂直度。观测人员监测钢尺的读数并及时整理互相对比，随时将数据通过对讲机向总调度人员汇报。

4.7.3 同步电脑控制系统

工程吊装采用电动绞磨，电动绞磨配备完善的控制系统，控制柜为吊装的总控制系统，吊装指挥人员可以根据控制柜内控制系统的读数来控制每个绞磨的实际受力大小，从而控制网架提升的同步性。

4.7.4 吊装微调措施

吊装过程中，利用滑车组进行微调控制，设置滑车组配合测控仪器对需要调整的部位进行微调控制。通过调整吊装装置实现网架吊装的高度微调；另可通过连接网架吊装点与吊装滑车组之间的微调滑车组对网架吊装的水平角度进行微调。

4.8 网架提升

将已拼装完成的C～G轴拱形网架利用独脚拔杆提升至标高为7.780 m的门厅上方，进行二层门厅（A～C轴）部分的拼装，待拼装完成后，进行拔杆与液压提升的空中转换，增加液压提升器的荷载直至拔杆组受力为0时停止，静载12 h，进行液压同步提升装置的检查，静载完毕后拆除拔杆组，最后进行整体提升及体系转换。

4.9 拔杆的拆除

利用卷扬机进行单根拆除，用两台卷扬机紧固拔杆上端和下端，待固定端分离后，向下慢慢下落保持两台设备同步进行，拔杆平稳横放在地面即完成单根拔杆的拆除工作，依次拆除其余拔杆，拆除过程中注意拔杆稳定性，不要发生大幅度晃动与网架构件发生碰撞。

5 结束语

（1）网架外扩拔杆组接力转换整体提升施工技术解决了受限空间下，拱形网架无法在地面实施整体拼装及一次性完成提升的问题。

（2）该技术使网架在稳定结构平台位置拼装，提高了焊接质量，保证了施工安全；无需搭设大规模的临时施工支架，降低了临时工程措施费，缩短了施工周期。

（3）采用拔杆作为支撑设备，方便安拆，拔杆细长，便于在网架间隔内穿插通过。其属于周转材料可重复利用，使用成本低，安拆工作量小，总体经济性较好。

该技术在哈牡客专牡丹江侧式站房工程中得到了成功应用，施工中不受空间、跨度、重量、面积等诸多因素的影响[13]，规避了常规施工的工期长、危险系数大和整体吊装费用高等不利因素，有效地解决了超大拱形网架安装施工过程中安全管控、工期紧张、成本控制相互冲突的问题，安全可靠、操作方便、经济合理，可为同类施工提供借鉴。