高铁南京南站大跨度钢结构桁架吊装施工技术

高铁南京南站大跨度钢结构桁架吊装施工技术

1雨棚结构及由单垂直向水平垂直安装南京南站无雨棚工程位于南京市雨花台区，位于环路以南，机场高速公路以东，诺金山以西。无站台柱雨棚以主站房为轴心分为东西两个对称的部分(图1),雨棚覆盖面积为10.6万m2。每个雨棚横向(垂直线路方向)6跨,总跨度324m,纵向(平行于线路方向)为7跨,总跨度144m。雨棚采用全焊接管桁架结构,立柱为单肢钢管混凝土柱,上部结构为纵横正三角形钢管桁架结构体系,桁架上弦杆中心标高为+32.40m,雨棚最高处标高为+33.80m。桁架与立柱通过柱顶斜撑连接,纵横正三角形桁架围成的矩形区域内设置主次平面桁架作为屋盖体系的支撑。立柱除B、S轴位于基本站台上以外,其余全部位于+10.31m的高架桥上。1.1无钢柱雨棚南京南站为新建铁路工程,雨棚覆盖面积大,施工的专业多,工程的工作量特别大。南京南站无站台柱雨棚所有钢柱除B、S轴位于基本站台上以外,其余全部在+10.31m的高架桥上,钢结构施工的难度大。高架桥和主站房施工开挖的深度深,特别是地下结构层的施工工期长,对雨棚施工的影响大。1.2无渣轨道板施工无站台柱雨棚位于主站房的两侧,钢结构柱全部与轨道一起位于高架桥上,并且高架桥下全部进行地下空间开发,特别是地下结构层在-10m左右,现场施工干扰多,相互制约大。D轴线2月份铺轨并通行工程列车,F轴线6月份开始铺轨、京沪正线P轴线4月份开始进行无渣轨道板施工,京沪场另外两座桥6月份开始进行轨道施工。由于现场条件所限,给构件运输及构件摆放、构件吊装作业、承重脚手架(地面与桁架梁之间的最大高差达到40m)的搭设都带来很大的困难。(1)钢结构构件运输受场地影响较大,施工场地内大型构件转向和构件的平移施工难度大。(2)钢结构构件吊装受场地的制约比较大,地上和地下建筑的阻碍难以保证构件吊装时吊车的吊装空间,特别是构件必须全部在高架桥上吊装,并且高架桥上即将进行轨道铺设,吊车的就位摆放受到较大限制,对已完成轨道工程的成品保护带来很大的困难。(3)由于是全焊接结构,现场和高空焊接工作量很大,钢结构焊接的质量要求高,焊缝的质量控制难度大。(4)施工工期紧,现场施工单位多,上下交叉作业多,各工种之间的施工协调难度大,特别是雨棚钢柱位于高架桥上,土建施工进度直接制约雨棚的施工。2施工技术2.1构件加工制造根据本工程的特点及工期要求,同时考虑到构件体积大运输困难等因素,在站房西北侧建设临时加工基地,进行构件的加工制造。构件加工采用分段加工工艺。成品采用汽车运输的方式运至Y1(Y14)轴至Y3(Y12)轴相应安装轴线,用吊车将构件吊至桥面,然后水平运输到安装位置,按照横向从S轴至B轴、纵向从Y1/7(Y1/8)至Y1(Y14)的顺序进行吊装。2.2测量控制网的设置无柱雨棚被主站房分割成两个对称的部分,每个雨棚横向(垂直线路方向)6跨,纵向(平行于线路方向)为7跨,雨棚最高点标高33.8m。由于雨棚的跨度大,钢柱、桁架梁等关键结构的控制,在施工阶段需要进行定期的进行监测。根据提供的基准点和设计图纸(轴线坐标控制图)设置平面总控制网、二级轴线控制网和高程总控制网,控制点设置在工地四周附近,基准点用混凝土做成,做到牢固、精确、便于观测。根据移交的基准点的坐标,平面总控制点设置在工程周边的稳定处,且需考虑使用方便。本工程一级网控制点位置由测量人员经过现场踏勘后确定,外业测量结束后对数据进行闭合、平差,每月对其进行复核。在整个工程的时间跨度内,必须保证这个控制网的绝对不变,避免整个测量系统的前后不一致。二级轴线控制网的测设以平面总控制网为基准,根据建筑物的平面形状、轴线布置,采用全站仪以极坐标和直角坐标定位的方法测设出建筑物主轴线的控制桩,经角度、距离校测符合点位限差要求后,作为该建筑的轴线控制网,控制网设置见图2所示。针对本工程的具体情况,本工程高程总控制网采用国家二等水准测量要求进行测设。根据交接的水准点为准,引测现场施工用水准点,水准点采用平面总控制网所埋设控制点。均匀布置在施工现场四周,建立水准基准。2.3安装柱安装(1)安装钢柱支架为保证柱脚定位的精确,采用辅助钢支架进行就位。首先测量定位钢柱支架立杆的位置,按照测量定位的位置埋设钢柱支架的立杆并固定,立杆之间采用ϕ48脚手管将立杆连接成一个整体,并和基础主筋连接,确保支架的整体稳定性;再定位钢柱支架,确保钢柱支架中心线与钢柱的轴线位置一致,钢柱支架顶面标高与钢柱底板底标高一致,并在支架上用墨线弹出钢柱轴线位置;最后将钢柱支架与主体连接使其形成稳定体系(图3)。(2)测定钢柱的垂直度采用25t吊车(汽车吊)将钢柱从地面吊装至钢柱支架上;调整钢柱的位置使钢柱轴线与支架上定位的理论中心线一致;采用一台经纬仪和一台全站仪在钢柱两个轴线位置观测钢柱的垂直度,确保钢柱的直线度符合要求;钢柱标高调整主要是控制钢柱支架顶面的标高,微调采用在钢柱与钢柱支架之间加斜铁的方式进行。(3)柱脚螺栓预埋钢柱的吊装根据钢柱柱脚形式的不同,上节钢柱安装方式也不同。对于钢柱柱脚预埋的钢柱的安装,就是将钢柱上节柱钢管与预埋部分的钢管进行对接连接。对于柱脚螺栓预埋的钢柱,就是将钢柱柱脚与柱脚螺栓进行栓接。钢柱吊装完成后进行轴线、垂直度和标高的校正。钢柱垂直度的校正采用两台经纬仪在纵横两个轴线上同时观测。经纬仪的架设位置,应使其视线基本与柱面垂直。在进行钢柱垂直度检查时,其偏差值应满足规范要求。钢柱安装完成后,柱内混凝土采用C40微膨胀混凝土,采用导管进行浇筑。混凝土浇筑完成后,将柱头散落的混凝土清理干净。2.4腹杆相贯切口形状本工程的桁架梁截面均为正三角形结构,纵向桁架两根下弦杆最大中心距为5.25m,横向桁架为5.375m,最大拱高为4.5m,腹杆相贯口随弦杆与腹杆间相对位置的变化而造成相贯切口形状的变化。(1)临时施工脚手架搭设根据本工程的特点和轨道施工计划,桁架梁吊装全部采用吊车上桥吊装的方式。主桁架梁安装方式为从两侧向中间K轴线合拢的方式进行安装,安装时按照K轴线的伸缩缝形成自然分段,分南北两个区域分别进行安装。安装时在钢柱柱顶和桁架梁断点处搭设脚手架作为临时承重支架,保证主桁架梁在形成整体前的结构稳定和安全,同时也便于安装和定位。承重脚手架搭设前须编制专项施工方案。考虑到在主体结构吊装时D轴的铺轨已经完成,F轴线、京沪正线P线和京沪场另外两座桥已经开始铺轨,桁架梁安装时,以吊车和构件避开以上几座桥进行安装为主。(2)桁架梁体压监测桁架梁的测量关键点是保证桁架梁轴线的直线度和桁架梁标高位置。桁架梁轴线的定位测量用一台全站仪安装在横轴线上,离桁架断点的距离约为桁架梁断点位置的高度,再用水平仪将桁架梁承重支架调整到理论标高。测量时,先将仪器架在安装桁架梁轴线上,对准桁架梁中线,仰视到承重支架的顶部,白天测量采用目视、晚上测量采用激光,如中心线偏离视线,表示桁架梁偏移,可利用承重支架上的葫芦或吊车来调整桁架梁的位置。桁架梁安装完成后,对桁架梁的标高、平面位置进行校核,确认桁架梁的安装偏差在允许偏差(标高偏差在0～+15mm,水平偏差在-10～+10mm)范围内时开始定位焊接,焊接牢固后吊车方可松钩。(3)大臂长度为32.2m的起吊作业桁架梁吊装时考虑重量最大,吊车作业半径最大的桁架梁进行吊车的选型。参考吊车的性能参数,徐工QAY200t吊车加42t平衡重,全支腿的情况下,在12m作业半径,大臂长度为31.2m的起吊重量为46.6t,吊车能满足桁架梁吊装的起重要求。临时承重支架必须在该榀桁架整体合龙并检验合格,且与相邻的桁架连成稳定结构(一个稳定体系至少包含三榀桁架梁)后才可考虑拆除。每榀横向桁架梁安装完成后及时安装横向次构件将该榀桁架与其他桁架连接形成整体,确保结构的整体稳定性。桁架梁正式吊装前先进行试吊装,以检验桁架梁的设计吊点是否合适,吊装机械和吊具是否安全可靠。2.5桁架梁梁段吊装使用叉车纵向桁架由于截面小、长度短、重量轻,不进行单独的计算,吊装时,吊车选用同主桁架。除吊车安装上空的纵向桁架梁以外的次桁架梁梁段,在横向桁架梁吊装完成后,直接采用横向桁架梁安装使用的吊车,吊装相邻桥面顶部的纵向桁架梁梁段。此时,桁架梁安装时需要的吊车作业半径达到22m,桁架梁梁段的重量约为8t,选用横向桁架梁安装使用的QAY200t吊车完全能够满足要求。当吊车受到作业半径太小的限制无法就近安装时,采用电动葫芦进行提升。电动葫芦提升时的支点设置在横向桁架梁上。2.6吊装及安装工艺网架构件安装包括螺栓球、杆件等。网架安装采用网架单元格空中散装的方式进行安装,构件垂直运输采用吊车配合和电动葫芦提升相结合的方式进行。依据图纸设计的螺栓球、杆件编号,进行起始跨网架构件安装,起始网架在地面拼装完成后采用吊车吊装,其他部分依据起始网架的单元格在空中散装。网架安装过程中,测量人员全程监控,确保网架网格中心线偏差在规范允许范围内。网架杆件与螺栓球一次拧紧到位。在螺栓拧紧过程中,尽量减少强制性变形。起始跨网架安装尺寸精度要求高,是整个网架安装的基准,对整个工程质量有着重要的影响。必须认真复测直线度、跨度、拱度、轴线。遇到超差及时进行调整。为减少累计误差,在每跨安装完毕后均对轴线、标高、垂直偏差、拱度值等参数进行复测,如有不当,立即调整,直至满足设计或规范要求为止。对照出厂合格证与设计图纸,用游标卡尺、钢尺、卡钳等对网架结构的各部位节点、杆件、连接件进行复查,保证部件的规格、品种及必须符合设计要求。2.7安装完成后开始安装本工程的檩条有平面桁架檩条、H型钢檩条和C型檩条。平面桁架檩条在桁架梁吊装完成一个区域后开始安装,H型钢檩条和C型檩条在平面桁架檩条安装完成后开始安装。檩条安装根据桁架梁安装的顺序,在桁架梁安装形成稳定区域,并校正完成后开始安装。平面桁架檩条安装采用电动葫芦提升的方式在空中与桁架梁弦杆进行对接。H型钢檩条和C型钢檩条安装采用电动葫芦提升的方式与平面桁架檩条和桁架梁弦杆连接。安装时,采