楔形轴线地铁上跨钢结构顶推施工重难点研究

石瑛莉

（常泰建设集团有限公司，常州213000）

0 引 言

近年来，为提高土地利用效率和提升土地价值，地铁上跨建筑越来越多的出现在人们面前。受限于地铁上跨结构的特点，对其上跨部分建筑的施工方案也作为新课题引起了人们的关注。作为桥梁上使用的顶推施工工法也因为其对于建筑原位占用要求低、原位支撑和大型机械使用程度低、工程质量易控、占用场地少、不受季节影响［1］的特点逐渐出现在该类建筑施工中。

自1959 年莱昂哈特（Leonhardt）和鲍尔教授在奥地利的阿格尔桥首次使用顶推法以来［2］，顶推法施工已经在桥梁工程中得到了应用。顶推法施工是在沿建筑轴线方向设置预制场，设置钢导梁和临时支撑、滑道、水平千斤顶施力装置，通过钢丝绳牵引或步履式推进装置顶推主体结构就位。大跨度空间结构根据结构特点和现场施工条件，可以采用高空散装、分条分块吊装、滑移法和顶升法［3］，滑移法（顶推法）作为常规施工方法需要保证其导梁、滑道平行等高，主体自身刚度大，顶推位置节点处理好等方面要求。对于主体呈现楔形结构且两侧及下部场地吊装受限制情况下，如何安装主体钢结构需要进行专门的研究。本文以广州凯达尔枢纽国际广场宴会厅楔形钢框架结构顶推施工方案的研究，解决其实施需求。

凯达尔枢纽国际广场宴会厅钢结构主要分布在5 层至9 层，其中5 层至7 层有7 榀巨型桁架，8层、9 层主要为H 型钢梁和矩形钢柱。桁架截面尺寸大，材料强度高，桁架上下弦中心高度为12.1 m，主要弦杆为箱形构件，箱形截面最大规格为□2 000 mm×1 250 mm×70 mm×70 mm，主体结构最大钢板厚达80 mm，节点构造复杂。两侧塔楼建筑物呈现八字形夹角且已经施工完成，宴会厅桁架在两个塔楼之间，下部为地铁施工区域，受上述场地限制要求，地下架空层实施吊装的大吨位吊机无法靠近，以上特点给钢结构的安装带来了很大的难度。

具体详见图1。

图1 结构布置图Fig.1 Structural layout

1 方案研究

1.1 难点分析

（1）本结构特点：高、大、重。主体桁架重量较重，且整榀桁架的外形尺寸很大，桁架的最大长度和高度分别达到53 m和12.2 m。

（2）异形结构布局提升安装难度。工程结构平面布局两侧不对称，呈不对称八字形，桁架非平行布置，须采用特定的安装方案，安装难度大。

（3）钢结构安装受土建结构影响大。宴会厅下部为城市轨道交通结构，而且均在钢结构安装前已完成施工，原位或周边钢结构拼装场地和拼装条件均不具备，大型机械也很难进入其中。常规吊装设备及方法无法满足安装要求。宴会厅两侧为混凝土结构的主体塔楼，其主桁架的一侧与主体塔楼混凝土结构内部劲性柱连接，另一侧与通过成品球铰支座与劲性柱柱顶连接。桁架高度方向跨5～7层两个楼层，塔楼土建已完成施工，钢结构施工只能局限在双塔之间，犹如在混凝土的丛林中谨慎实施。

1.2 方案对比

1）方案一：整体提升安装方法

在柱顶设置提升支架，钢结构在楼面或支架面进行分层拼装，拼装完成后进行整层提升，各层提升就位后吊装次钢梁和层间立柱。

优点：提升施工技术成熟，提升速度快，可避免高空拼装的风险，减少高空焊接工作量，提升架可减少大型机械的使用。

缺点：①主体结构下部为轨道交通施工区域，场地条件限制大，拼装机械很难进入场地进行拼装；②由于涉及轨道交通和东西塔土建施工，交叉作业干涉环节多；③既有场地土建完成程度不一致造成拼装层高不一致位置需要搭建拼装平台和措施支架；④提升跨度大，临时措施如提升架等需要利用下部桥墩，牵涉多部门作业，环境影响因素多，措施费用高，工期影响因素多。

图2 整体提升示意图Fig.2 Overall lifting chart

2）方案二：采用顶推滑移和退步轨道吊机吊装相结合的安装方法

第一步：将5～6层顶推滑移安装到位，拆除顶推用临时措施。

第二步：在6 层顶（标高32.65 m 处）架设带轨道架梁履带吊，7～9层采用从南到北退步式拼装。

第三步：拆除履带吊和轨道梁等临时措施。

具体步骤见图3-图5。

图3 顶推作业示意图Fig.3 Schematic diagram of jacking operation

该方案具有以下优点：

（1）采用顶推滑移施工，可以解决现场无原位拼装作业环境和大吨位吊车费用高、功效低的问题。

（2）采用顶推滑移施工，施工操作有足够的调整空间，所有拼装都在总装平台上进行，结构整体线型精度和焊接质量容易保证。

（3）滑道梁和总装平台是通过钢柱牛腿和柱顶悬挑进行连接，对原结构混凝土梁板无接触，可最大限度减少对原混凝土结构的影响。

（4）总装平台可使拼装构件的工作半径显著减小，对垂直运输物料的大型吊车的选择起到了极大的优化，对于场地的配套加固措施费用可以大大减小。

（5）工期不再受大型吊车工作吊装效率影响，大型吊车仅承担拼装构件的垂直运输，施工效率明显增加。

图4 完成后拆除措施示意图Fig.4 Schematic diagram of demolition measures

图5 退步吊装示意图Fig.5 Backward hoisting diagram

该方案具有以下缺点：需投入滑道梁、总装平台和牛腿支架，由于八字形顶推设计需要考虑滑道梁布置和换轨措施。对于顶推滑移和退步轨道吊机吊装需要进行大量的施工验算，确保结构安全。

选择方案二作为实施方案，其主要施工难点在于非平行顶推作业的实施，下面对该部分重点进行叙述。

2 顶推作业重点

2.1 滑道梁处理：阶段平行化处理

由于主体结构布置呈八字形口，各个桁架的长度不同，滑移轨道的设置比较复杂，根据柱的布置，考虑了变轨道滑移的方式，西侧柱的位置设置整体一条轨道。东侧根据柱位设置伸出牛腿，牛腿上连接轨道桁架，轨道桁架与西侧的轨道梁平行布置，相邻柱之间向内整体进行收缩布置，形成2 个平行的轨道，首桁架长度较小，制作时加长处理，滑移到变轨道位置，使用第二个平行的轨道进行后续的滑移，桁架加长的部位进行拆除处理。最终滑移完成。系统设计如图6所示。

图6 八字滑道梁系统图（俯视、轴侧）Fig.6 System diagram of eight-character slide beam

2.2 变轨起落梁设置

由于在滑移过程中，东侧钢柱的牛腿在立柱外侧，桁架滑移过程中为避免桁架的斜撑与钢牛腿的碰撞，因此对于桁架斜撑需要到位后装处理，滑块位置需要设置延长支架和拼装节点。同时由于采用变轨滑移，为防止结构梁局部屈曲需要增设内部加劲肋，对于已建好的西塔立柱顶部主结构落梁需要加大水平和竖向观测力度。

整体变轨起落梁流程如图7所示。

3 结论与建议

（1）楔形轴线钢结构采用顶推滑移施工法主要是受到现场条件的影响，原位整体提升或小单元高空散装无法实施造成的，其难点主要在对滑道梁、牛腿和变轨次数的选择。滑道梁连续长度越长，变轨次数越少，施工简单，但牛腿就越长对结构立柱影响越大。反之滑道梁连续段越少，牛腿对立柱影响越小，变轨次数增多。

（2）采用顶推滑移工法必须加大监测力度和完善的调差措施（水平、竖向）。对于施工过程也需严格管控。

顶推滑移施工采取的措施需要考虑负荷情况下的拆除工况，一般都可借用既有结构立柱，对于主结构的落梁拆除措施应充分考虑。

图7 落梁过程示意图Fig.7 Schematic diagram of beam falling process