本文（新建石家莊站站房鋼拱橋結構工程施工技術(shù)）結合新建北京至石家莊鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)石家莊站站房鋼結構工程實(shí)際，通過(guò)對大跨度鋼拱橋結構、鋼桁架結構在站房高架層上進(jìn)行散拼吊裝施工方法的分析與應用，在結構施工過(guò)程中取得了良好的效果。在全國大跨度拱橋鋼結構施工技術(shù)中有所突破（站房高架層上施工），同時(shí)為類(lèi)似結構施工技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步起到推動(dòng)作用。
1.前言
大跨度鋼結構近年來(lái)在國內發(fā)展迅速，主要應用于大型廠(chǎng)（庫）房、飛機機庫、火車(chē)站、大型場(chǎng)館等跨度要求較高的建筑，如圖1。主要采用焊接球網(wǎng)架、鋼桁架、重型鋼結構相結合的結構形式。針對不同的結構形式，如何采用更加科學(xué)的施工方法，對大跨度鋼屋蓋結構的施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度以及施工成本的有效控制在現階段顯得尤為重要。
2.工程概況
新建北京至石家莊鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)石家莊站站房鋼結構工程，主站房總長(cháng)413m（A-Y軸），寬202m（M1-M16軸）。支撐體系為6榀連續拱橋結構，拱橋跨度分別為49.6m、53.5m 、64.35m、76.5m、64.35m、53.5m、49.6m，拱身的矢高均為17m；所有組成拱橋結構支撐體系的拱身、拱肋、橫梁等構件形式均為箱型鋼構件，具體參下表，參見(jiàn)圖2。
屋蓋結構主要為“倒三角”形式的管桁架，主桁架垂直于下部拱橋布置，連接6榀拱橋結構，形成5跨連續空間管桁架體系，每榀主桁架總長(cháng)度為202m，最大單榀桁架跨度60m，見(jiàn)圖3。
站房鋼拱橋結構工程施工：站房拱橋桁架連接示意圖
3.施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析及相應對策
3.1.確保既有線(xiàn)運行安全
新建石家莊站站房工程施工過(guò)程中，京廣鐵路上下行線(xiàn)照常運行，如何確保既有線(xiàn)路和后期撥線(xiàn)運行線(xiàn)路的安全，是
鋼結構安裝工程控制的重點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)十分棘手的施工難點(diǎn)。
對策：在
鋼結構安裝初期，在運行線(xiàn)路上方搭設安全防護棚，安全防護棚從站房向南北無(wú)柱雨棚內延伸30m，盡量減少高架層上吊裝對既有線(xiàn)路的影響；
在吊裝臨邊鋼結構拱橋時(shí)（M1和M16軸），將吊裝前的所有準備工作準備就緒，并利用現場(chǎng)機械進(jìn)行空載模擬吊裝，與建設指揮部溝通，選擇白天既有線(xiàn)路上沒(méi)有列車(chē)通過(guò)的時(shí)間段(最長(cháng)無(wú)車(chē)時(shí)段為2個(gè)小時(shí))進(jìn)行吊裝作業(yè)。
3.2.拱橋結構安裝、桁架安裝
站房總長(cháng)413m，寬202m，高架層標高9.4-9.8m，高架層下方軌道施工與裝修施工同時(shí)進(jìn)行。因此，高架層上鋼結構拱橋、立柱、橫梁、桁架安裝是本工程控制的重點(diǎn)，同時(shí)施工方法及機械選擇也是施工難點(diǎn)。
對策：選擇最不利工況分別進(jìn)行機械在吊裝不同構件過(guò)程中的模擬計算，經(jīng)過(guò)計算后滿(mǎn)足高架層混凝土結構所承受荷載要求。將50T履帶吊吊至高架層上進(jìn)行吊裝作業(yè)，采用鋪設路基箱的安全措施并按規定線(xiàn)路行駛施工。（前提是樓面預應力張拉完成）
高架層構件吊裝時(shí)，根據構件的不同位置、不同重量、不同形式，分別采用單機或雙擊抬吊作業(yè)施工。拱橋構件利用XSTEEL軟件計算出構件的重心，設置吊點(diǎn)并選擇合理的吊索具，25T以上的構件須采用雙機抬吊；采用單機吊裝是，計算出鋼絲繩的長(cháng)度，以便安裝就位順利。
桁架吊裝前，利用MIDAS有限元計算軟件，根據每榀桁架的不同跨度、不同吊裝方法、不同規格重量以及后期預估的施工荷載，計算出桁架的位移值，根據位移值和相關(guān)經(jīng)驗進(jìn)行桁架拼裝預起拱，以防止桁架吊裝后下?lián)匣驌隙冗^(guò)大。
3.3.工期控制
站房
鋼結構施工過(guò)程中，既有線(xiàn)路正常運營(yíng)，并經(jīng)過(guò)春運、暑運等特殊運營(yíng)時(shí)期。為確保正常運營(yíng)并滿(mǎn)足春、暑運運力，本工程的既有線(xiàn)路有兩次撥線(xiàn)的時(shí)間窗口。為確保撥線(xiàn)順利，高架層結構施工、高架層既有線(xiàn)上方
鋼結構施工的施工工期控制也是重中之重。
對策：高架層上拱橋結構施工所必備的履帶吊、胎架工裝、支撐標準節必須提前安排好，并合理布置高架層施工平面平臺，預留大型構件水平運輸通道、履帶吊行走吊裝通道、桁架拼裝場(chǎng)地等。履帶吊的吊次需滿(mǎn)足安裝需要。
在高架層上施工，構件的水平運輸是制約構件安裝進(jìn)度的關(guān)鍵，因此需要地面上150T履帶吊向高架層送料，利用卷?yè)P機和滑輪組通過(guò)滑移軌道將構件滑移至安裝區域，由于每臺履帶吊作業(yè)需要2x6m的路基箱8塊，作業(yè)占地范圍較大，且行走需要倒運路基箱，行走作業(yè)距離較短且相對較慢，6道拱橋安排6臺50T履帶吊在高架層，遠不能滿(mǎn)足吊次需要。為此，為本工程特別定制了兩臺ME-40T-55.35m的龍門(mén)吊，龍門(mén)吊橫跨M3-M7和M10-M14軸線(xiàn)，為構件水平運輸和吊裝作業(yè)提供了有力的支持。
4.施工方案的實(shí)施
4.1工程實(shí)際概況
根據鐵路局和建設指揮部撥線(xiàn)安排，在高架層混凝土結構施工完成以前，原京廣上行線(xiàn)要撥線(xiàn)至29道，為此，現場(chǎng)為29道開(kāi)通搭設了剛性防護結構，用于滿(mǎn)足上部混凝土結構和高架層鋼結構施工要求，站房南北兩側無(wú)柱雨棚已經(jīng)施工完成，29道于2011年1月順利開(kāi)通如圖4、5。
為了工程整體部署，安排將京廣上、下行線(xiàn)于6月中旬全部撥至25-28道。為此，需要在2個(gè)月內將臨近既有線(xiàn)的鋼結構全部吊裝完畢。
4.2施工準備
4.2.1.拱橋結構分段設計
所有組成拱墻結構的拱身、拱上鋼柱（拱肋）、橫梁等構件均為箱型鋼構件，以W-T軸拱橋分段為例：拱身分為6段，最重構件32.1t；立柱共計22段，最重構件9.35t；橫梁共計6段，重10.7t，如下圖6所示。
4.2.2.拱橋吊裝施工機械選擇布置
（1）、M1、M16邊跨拱橋結構（臨近既有線(xiàn)施工）機械選擇布置：
第1段、第2段拱身及其上方立柱橫梁選用150t履帶，42m主臂工況進(jìn)行吊裝作業(yè)，吊裝回轉半徑14m，14m回轉半徑150t履帶額定吊裝荷載為40.9t，最重構件吊重27.6t，滿(mǎn)足吊裝安全要求，吊裝工況見(jiàn)圖7、8。
因29道上方雨棚網(wǎng)殼已經(jīng)安裝完畢，不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進(jìn)行雙機抬吊第3段、第4段，雙機抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機回轉半徑控制在6m，雙機額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計算，起重能力為37.17t，滿(mǎn)足吊裝安全要求，如圖9~12。
50t履帶單機吊裝第5段、第6段，25m主臂工況5.5m回轉半徑額定最大起重量為26.56t；
T-W軸拱墻立柱及橫梁吊裝單元最重構件為13.3t，立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成整體吊裝，選用50t履帶在高架層樓板上單機吊裝，選用37米主臂工況，回轉半徑8m，額定起重能力14.9t。
（2）、M2-M15軸線(xiàn)中間跨拱橋結構機械選擇布置：
M2-M15軸拱墻不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進(jìn)行雙機抬吊W-T拱身（第4段、第5段、第6段）和S-R拱身（第3段），雙機抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機回轉半徑控制在6m，雙機額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計算，起重能力為37.17t，滿(mǎn)足吊裝安全要求，如圖13~14。
4.2.3.拱墻安裝支撐系統設計
（1）、臨近既有線(xiàn)拱橋結構支撐設計
每榀拱墻在安裝過(guò)程中，均需在拱身分段處增加臨時(shí)剛性支撐節，如圖15~19。并在設置兩組側向雙支撐，保證吊裝和就位后的豎向及側向穩定。標準節在場(chǎng)外拼成一段，使用塔吊整體吊裝。
（2）、非臨近既有線(xiàn)拱橋結構支撐設計
4.2.4.構件水平運輸做法
由于站房拱墻構件單體較重，塔吊無(wú)法滿(mǎn)足現場(chǎng)構件水平運輸要求。為確保高架層M3-M14軸線(xiàn)拱身構件順利運輸至安裝位置，現場(chǎng)采用滑移的施工方法，在指定位置鋪設軌道，軌道內使用4組移運器，利用卷?yè)P機作為牽引裝置進(jìn)行構件的單體滑移，如圖20。
9.4m高架層平臺與9.8m平臺過(guò)渡做法參照圖20；9.8m平臺軌道直接將【36a槽鋼鋪設在樓面上，下方鋪設腳手板以保護樓面并增大受力面積，為防止軌道發(fā)生側向位移，將軌道之間做好支撐并與樓面上的地錨做好加固。
當構件滑移無(wú)法就位到起吊位置時(shí)，構件在高架層樓板上的水平運輸選用50t履帶單機吊裝或雙擊抬吊向內側轉臂倒運構件，并要求在水平運輸過(guò)程中50t履帶必須空載行走，構件倒運時(shí)保證構件最低點(diǎn)距高架層樓板30cm以?xún)龋?br />
4.3拱橋安裝方法及流程
4.3.1拱橋結構拱身預拼裝
在寬闊平整的場(chǎng)地上，按1:1比例測放拱橋結構軸線(xiàn)、輪廓線(xiàn)和分段口控制線(xiàn)，按照軸線(xiàn)的形狀布置鋼胎架或鋼馬凳、鋼胎架上表面要經(jīng)過(guò)超平觀(guān)測；根據測放的控制線(xiàn)將拱橋按分段順序在地面進(jìn)行預拼裝見(jiàn)圖21，預拼裝過(guò)程中要注意觀(guān)察胎架的變化并及時(shí)糾偏。
預拼裝完成后，檢查預拼總體情況，著(zhù)重檢查對接接口情況，對拱身外形尺寸、弦高、對接接口間隙等進(jìn)行驗收并記錄，在拱身對接接口處做好標記，以便拱身吊裝就位時(shí)尺寸控制。
4.3.2拱腳結構安裝
高架層混凝土結構強度達到75%后，即可以開(kāi)始安裝拱腳結構；拱腳單體分段重量不超過(guò)10t，50t履帶吊在高架層滿(mǎn)足施工要求，如圖22；（此時(shí)混凝土結構支撐未拆除，預應力未張拉）
4.3.3支撐體系安裝
標準節安裝就位時(shí)用纜風(fēng)繩拉結，以保證側向穩定；使用L75×6角鋼剛性連接兩道豎向支撐與側向支撐，形成三角形穩定支撐體系；每組支撐節間用【12.6槽鋼水平拉結，見(jiàn)圖23~25。
流程2：用150t履帶吊裝第2段拱身、50t履帶單機吊裝第5段拱身；
安全措施：高架層混凝土澆筑完強度達到80%以上履帶開(kāi)始在高架層作業(yè)，50t履帶樓板上作業(yè)鋪設路基箱；高架層混凝土澆筑完畢后在29道正上方放線(xiàn)，保證履帶在鋼防護兩側吊裝作業(yè)，29道上方履帶空載通過(guò)；見(jiàn)圖26~27。
流程3：用兩臺50t履帶雙機抬吊第4段拱身；
流程4：用兩臺50t履帶雙機抬吊第3段拱身,整體拱身合攏安裝完畢；
第3段、第4段安裝安全措施：
構件吊裝：將構件運輸到指定位置，構件起鉤過(guò)程中，始終保證構件與側向支撐間距在10cm以?xún)?，并在構件端部安置安全繩，保證在構件吊裝過(guò)程中的側向穩定，起升就位后將構件水平向前送到位，在其下方為豎向支撐結構，外側仍為側向支撐，保證構件的側向和豎向安全；見(jiàn)圖28~29。
在構件正下方樓板滿(mǎn)鋪路基箱，避免墜落擊穿樓板。
流程5：焊接，拱身共計7個(gè)焊接接口，采取對稱(chēng)跳焊的原則，第一次先焊接①③⑤⑦節點(diǎn)對接焊縫，第二次焊接②⑥節點(diǎn)對接焊縫，最后焊接④節點(diǎn)對接焊縫。
安全措施：焊接作業(yè)面用腳手架搭設封閉的焊接操作平臺，起到防風(fēng)、防止焊渣飛濺、防火的作用。另外，也為防止焊接火花過(guò)大給通過(guò)列車(chē)造成影響，使列車(chē)司機誤認為是危險信號；
為控制焊接變形見(jiàn)圖30，拱身焊接采用2人2機同時(shí)對稱(chēng)焊接的方法進(jìn)行箱型構件的焊接，同一構件的兩個(gè)端接口不得同時(shí)焊接；
流程6：用150t履帶吊裝①-⑥段立柱，50t履帶單機吊裝其余立柱。將立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成為一體，整體吊裝；見(jiàn)圖31~32.
流程7：用50t履帶單機吊裝橫梁，第2-5段橫梁與立柱拼成整體吊裝；
4.3.5拱橋結構安裝龍門(mén)吊的使用
為滿(mǎn)足高架層上拱橋結構吊次要求，以解決履帶吊行走緩慢、行走需要倒運路基箱、施工作業(yè)占地面積過(guò)大、吊次不滿(mǎn)足、水平運輸麻煩等問(wèn)題，根據本工程結構特點(diǎn)，特別為本工程定制了兩臺ME-40T-55.35m型號的龍門(mén)吊，兩臺龍門(mén)吊可橫跨M3-M7和M10-M14軸線(xiàn)，最大單機起重能力40噸，滿(mǎn)足四道拱橋結構施工和兩跨桁架吊裝施工；見(jiàn)圖32~34。
由于龍門(mén)吊跨度55.35m，自身高度31m，在高架層上安裝難度和安裝周期較長(cháng)，在本工程前期的高架層鋼結構安裝過(guò)程中，由于涉及京廣線(xiàn)撥線(xiàn)的時(shí)間窗口，龍門(mén)吊暫時(shí)未安裝，待撥線(xiàn)后，龍門(mén)吊經(jīng)過(guò)組拼安裝、穿線(xiàn)、調試、試吊驗收等環(huán)節后，迅速投入到結構安裝中去，極大的緩解了高架層結構安裝進(jìn)度慢的壓力。
4.3.6拱橋結構卸載
待單跨拱橋所有桿件及合攏點(diǎn)接口焊縫全部焊接并探傷合格后，提前24小時(shí)申請報驗，驗收合格后進(jìn)行支撐卸載。
卸載采用分級卸載，卸載原則：同步、分級、緩慢；
（1）載卸
焊接完畢檢測合格后，拆除接口處高強度螺栓，在豎向支撐下方分別設置4臺50噸千斤將拱身頂緊，將支撐工裝與拱身連接部分切開(kāi)，使由工裝承受荷載轉為由千斤頂承受荷載，并將工裝影響卸載的部分全部切除，參圖35~36.
（2）卸載過(guò)程測量監控
卸載順序：②-⑥-③-⑤-④，如下圖：
卸載時(shí)，需用全站儀全程進(jìn)行跟蹤；在卸載前，布置測量監控點(diǎn)，監控點(diǎn)主要選在卸載點(diǎn)、拱墻中心、拱身拼接接口處，在確定的監控點(diǎn)上貼反光片，并記錄相對空間坐標，在卸載過(guò)程中，隨時(shí)觀(guān)測各個(gè)監控點(diǎn)的位移變化情況。
卸載千斤，拱墻卸載完畢，最后拆除千斤頂、工裝及豎向支撐。
經(jīng)過(guò)實(shí)際監測：53.5m跨度的拱橋卸載前后，Z向位移最大值為-3mm，現場(chǎng)所有拱橋設計要求拱中心起拱30mm；
4.4屋面桁架安裝
對每一榀桁架按照其自重和預加施工荷載進(jìn)行撓度計算，根據計算值并不同的安裝方法以及類(lèi)似施工經(jīng)驗，在桁架小拼和中拼過(guò)程中進(jìn)行預起拱，預起拱值的確定需與設計溝通并最終確定。
站房高架層的屋面桁架全部為“倒三角”形式的桁架，最大跨度60m，最小跨度16m，桁架的安裝標高為34.2m，相對于高架層安裝高度為24.4-24.8m。
根據桁架的不同位置、不同跨度、不同重量，桁架吊裝采用50T履帶單機吊裝、50t履帶雙機抬吊、龍門(mén)吊單機吊裝等多種方法，采用任何機械和吊裝形式，每榀桁架最好都設置4個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)位置須在節點(diǎn)位置；見(jiàn)圖37。
4.5結構安裝相關(guān)計算
結構安裝的每一步都離不開(kāi)安裝工況計算，工況計算滿(mǎn)足要求是結構安裝的有力保證。本工程針對不同安裝工序、步驟進(jìn)行了多方面的工況計算，主要如下：
拱橋結構安裝模擬計算；（第一吊至合攏結束）
拱上鋼柱、橫梁安裝模擬計算；
拱橋結構卸載計算；
高架層支撐加固計算；
高架層滿(mǎn)堂紅支撐驗算；（取履帶吊、龍門(mén)吊施工最不利工況，未考慮預應力張拉）
高架層無(wú)支撐驗算；（取履帶吊、龍門(mén)吊施工最不利工況，考慮預應力張拉）
屋面鋼桁架撓度計算；（確定預起拱值）
5.結論
通過(guò)以上施工技術(shù)、措施的應用，保證了臨近既有線(xiàn)鋼結構施工安全無(wú)事故，確保了京廣正線(xiàn)按期順利撥線(xiàn)；拱橋施工中的支撐體系為我公司自有物資，在本工程中被充分利用，降低了項目成本；該施工方法實(shí)施，有效的解決了拱橋結構在分段吊裝過(guò)程中水平推力過(guò)大的不利情況，所有拱橋結構的安裝精度均符合規范要求；在站房高架層上布置龍門(mén)吊進(jìn)行鋼結構施工尚屬首次，定制龍門(mén)吊滿(mǎn)足結構吊裝和高架層上構件水平倒運的需求，由于軌道布置在梁上，對高架層結構影響較小，非常適合本工程鋼結構施工；
通過(guò)對大跨度鋼拱橋結構在高架層上施工技術(shù)的探究以及在新建石家莊站站房鋼結構工程實(shí)際中的應用，為我國大跨度鋼拱橋結構體系在施工過(guò)程中的工藝、方法等多方面增添了些許寶貴的經(jīng)驗，為類(lèi)似結構提供珍貴的施工技術(shù)參考。
參 考 文 獻
[1]中國鋼結構協(xié)會(huì ).《建筑鋼結構施工手冊》.中國計劃出版社.2002（1）
[2]中華人民共和國國家標準.《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范》.中國計劃出版社.2002.
[3]中華人民共和國行業(yè)標準.《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》.中國建筑工業(yè)出版社.2002
作者簡(jiǎn)介：王策（1982-），北京市機械施工有限公司，助理工程師.
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