跨地裂缝大跨度球形网架钢结构屋盖综合施工组织技术研究

许文甲

中铁建工集团有限公司西北分公司

【摘 要】

西安站改扩建工程，在不良地质及分期建设条件影响下，相较于传统大跨度网架施工来说，采取综合施工技术，临近铁路既有线分期换线施工，同时斜跨地裂缝造成的异型结构及施工组织更加复杂，更考验施工技术及科学组织。

【关键词 】

地裂缝 大跨度网架 液压提升 累积滑移

【引 言】

随着国内建筑类型不断发展，构造越来越复杂，结构跨度越来越大，尤其是大型火车站，作为公共建筑，城市的名片，对于大空间的需求愈发旺盛，随之而来的是火车站改扩建分期换线施工及不良地质对大跨度球形网架安装方式成为一大难题，为了避免传统的安装方式，容易造成应力分布不均、结构弯曲变形等危害，以及工期长，场地要求高等问题，西安站改扩建工程分两期施工，同时下方斜跨地裂缝，受场地制约、建筑形式及工期等因素影响，采取了液压提升及累积滑移的综合施工措施，相比于单一的安装方式，在适用性、安全性方面都有较好的影响，可供后续类似项目建设提供借鉴和参考。

【正  文】

1、工程概况

西安站改工程新建北站房及高架候车厅75507平方米（含北站房地下车库），既有南站房改造，改造面积22319平方米。西安站改扩建工程为在既有站房原址上进行站房改扩建，以1-E轴线为界分一期及二期两个施工阶段，一期投入运营通车后二期开始施工。

西安f3地裂缝斜向穿越既有西安车场，其走向基本为西南—东北走向。由于站房分期建设且建设期间线路不停运，造成现场场地狭小，施工组织难度极高，且一期斜跨地裂缝，大跨度钢结构网架为满足不良地质蠕变需要，设计为沿地裂缝方向的三片异型网架，对于整体施工措施及施工方式产生了较大的制约和影响。

屋面拱形大跨度跨地裂缝网架钢结构，现场由于场地狭小且存在地裂缝斜穿场内，对于施工分段及抵抗地裂缝蠕变对大跨度球形网架结构产生影响的措施较为复杂，为采用经济有效的安装方案，一期钢屋架结构跨地裂缝进行，采用沿地裂缝方向异型分片液压提升工艺，二期钢屋架结构采取由北向南累积滑移安装工艺。

图1.1：西安站改结构示意图

2、方案选择

2.1一期施工思路及方案选择

一期施工为北站房及E轴以北区域，东侧受城市通廊施工影响，南侧为运营的既有铁路线路，北侧为站前广场施工区域，仅西侧存在部分材料堆场，场内由于地裂缝影响，将网架划分为了B-1、2、3三个异型区域，综合研判，选择液压提升思路。

东侧屋盖施工顺序：B-2、B-3区网架通过塔吊进行分块吊装。B-1区塔吊覆盖区域由塔吊进行分块吊装，塔吊盲区由10m层楼面的50t汽车吊进行散件吊装。B-2区塔吊洞口处杆件等塔吊拆除后采用50t汽车吊补装。西侧屋盖施工顺序：由G轴线向南北两侧同时展开吊装。G轴线以北采用TC8039塔吊吊装，G轴线以南采用260t履带吊分块吊装。北站房A-1-3区屋盖钢结构同步施工，机械设备主要为现场的两台TC8039塔吊。

2.1.1B-2区提升施工

B-2区采用原位吊装与提升相结合的方式进行施工。在9.77m标高楼面拼装，提升区面积约2700㎡（含屋面檩条），提升高度17.4m。提升区与原位吊装区间与土建结构相干涉的杆件等提升区到位后进行后补。

图2.1.1：B-2区提升点布置示意图

2.1.2B-3和B1区提升施工

B-3和B1区在9.77m标高楼面拼装。B3区提升面积2300㎡（含屋面檩条），B1区提升面积3300㎡（含屋面檩条），提升高度17.4m。

图2.1.2：B-3和B1区提升点布置示意图

2.1.3B-1、B-2、B-3吊装区施工

吊装区主要位于结构东西两侧，如下图所示分为7个吊装区域，分别采用塔吊和履带吊进行分块吊装。

图2.1.3：吊装施工分区示意图

2.1.4 A-1区原位吊装施工

A-1原位吊装区先完成支撑架及单管撑的布置；水平向网架自西向东吊装施工，竖向网架自北向南施工；机械设备主要为履带吊和汽车吊。

2.1.5 A-1提升区施工

A-1a在一层楼面进行拼装，A-1b在二层楼面进行拼装，A-1a拼装完成后，通过二层楼面设置的临时提升架提升到二层楼面高度，A-1a与A-1b通过分块间后补杆件形成整体（粉红色区域）。拆除二层楼面临时提升架，对A-1a与A-1b形成的整体网架进行二次提升，提升至设计高度后与原位吊装区间完成补杆。

图2.1.5：A-1a、A-1b区提升施工示意图

2.2二期施工思路及方案选择

二期施工为E轴以南区域，北侧为新建成一期区域，东西侧为城市通廊和站台施工区域，南侧为既有南站房，结合土建作业面的移交顺序，二期屋盖钢结构采用累积滑移法施工。滑移总面积约11100㎡（含屋面檩条），在E轴以南20m宽度范围内搭设满堂脚手架进行滑移单元拼装，共计5个滑移单元，累积滑移距离68.25m。滑移轨道设置5条，4长轨道，一条跨中短轨道，长轨道利用土建混凝土梁搭设，搭设位置为混凝土梁顶，跨中短轨道采用临时支撑架与

H型钢梁搭设，短轨道搭设长度为18m。

2.2.1 滑移距离

根据结构形式及现场安装条件限制，分为5个滑移单元和1个原位吊装区，滑移单元长度均为 15.75m，总滑移长度为 68.25m。其中前4次滑移每次滑移量为15.75m，第 5 次滑移量为 5.25m。

图2.2.1：滑移单元分块

2.2.2轨道及节点设置

在E轴以南 20m 宽度范围内搭设满堂脚手架进行滑移单元拼装，共设置5条滑移轨道，其中4条长轨道分别位于网架两侧柱顶处，网架跨中设置一条短轨道，采用临时支撑搭设。

图2.2.2：滑移轨道布置图

2.2.3滑靴及顶推器设置

滑靴与滑轨之间的摩擦系数为 012~0.15，偏安全考虑取摩擦系数为0.15，故滑行过程中所受的摩擦力F=竖向作用力×0.15×1.2。（1.2 为摩擦力的不均匀系数）。根据滑移施工方案，滑移屋盖总竖向力为7800KN，滑靴滑行中所受到的摩擦力F=竖向作用力×0.15×1.2=7800×0.15×1.2=1404KN。

滑移区域共投入4台液压爬行器，选择TJG-100 型液压爬行器，单个爬行器总水平顶推能力1000KN。顶推点总顶推力设计值100×4=4000KN>1404KN，安全富裕度：α=4000/1404=2.85>1.25。满足本工程要求。

3、施工组织

3.1一期施工组织

第一步：B-1区西侧屋盖钢结构分块吊装，B-1塔吊盲区东侧屋盖钢结构采用满堂脚手架高空散装施工。结构中部格构式提升架安装。

图3.1-1

第二步：B-3西侧屋盖钢结构分块吊装，B-1东侧塔吊盲区屋盖钢结构施工完成。B-2、B-1提升区域屋盖钢结构楼面拼装。

第三步：B-2、B-3东侧屋盖网架分块吊装。B-2和B-1提升区屋盖钢结构继续楼面拼装。

图3.1-2

第四步：塔吊拆除，B-2西侧屋盖钢结构吊装完成，B-2东侧钢结构吊装完成。B-2和B-1提升区屋盖钢结构继续楼面拼装。

第五步：B-2和B-1区钢结构拼装完成，准备提升。B-3区屋盖钢结构继续拼装。

第六步：提升B-2区钢结构。B-3区屋盖钢结构继续拼装。

图3.1-3

第七步：补装B-2区提升结构的后补杆件。B-3区屋盖钢结构拼装完成。

第八步：拆除提升架，B-2区屋盖钢结构安装完成。B-3和B-1区屋盖钢结构提升。

第九步：补装B-3和B-1区提升结构的后补杆件

第十步：拆除提升架，高架候车室屋盖钢结构安装完成（最南侧的提升架体保留）。

图3.1-4

3.2二期施工组织

第一步：搭设脚手架拼装平台、两侧滑移轨道梁及中间滑移短轨道。

图3.2-1

第二步：拼装第一个滑移单元。

第三步：完成第一次滑移，同时进行第二个滑移单元的拼装。

图3.2-2

第四步：完成第二次滑移，同时进行第三个滑移单元的拼装。

第五步：完成第三、四次滑移，同时进行第五个滑移单元的拼装。

图3.2-3

第六步：完成第五次滑移，同时进行原位拼装单元的拼装。

第七步：进行南侧幕墙结构安装。

第八步：进行二期屋面板的安装。

图3.2-4

第十步：完成合龙缝的补杆，合龙缝两侧卸载，并完成此处屋面封闭。

第十一步：完成整个屋盖安装。

【结 论】

通过对西安站改扩建钢屋盖综合施工组织技术的研究，总结以下特征：

大型钢结构施工组织，需通盘考虑施工过程，多次进行施工研讨及模拟，充分考虑场地、工期、地质条件等诸多因素对于钢结构施工组织的影响。

对于大跨度球型网架钢屋盖结构，在场地条件受限，大型机械无法近距离进行吊装作业的情况下，采用整体液压提升及累积滑移措施，为较为成熟且便捷的施工工艺，可做优先考虑。

由于西安站改工程分一、二期施工，此时对于屋盖也将面临结构分割问题，分割后的独立分块受力与整体受力有很大区别，在施工阶段应通过全过程施工模拟分析，设置合理的临时边界，通过杆件置换、预起拱等施工手段，确保施工过程中各独立分块受力安全以及合龙前的变形协调。

因地裂缝等地质条件影响导致网架设计为异型结构时，采用液压提升为行之有效的施工工艺，可有效解决钢结构安装工期短、现场场地狭小、高空焊接量巨大等施工困难。

综上所述：该研究成果在西安站改扩建工程中得到了应用,具有技术可靠、科学组织、质量可控等特点，获得良好的社会与经济效益，在类似工程中具有一定的推广和借鉴意义。

【参考文献】

[1]李冠宇.超大跨度球形网架安装施工技术[J].兰州石化职业技术学院学报,2017,(04):22-24.

[2]陈世九.浅谈大跨度球形网架结构安装[J].福建建材,2011,(03):67-68+78.

[3]周学军.大跨度球形网架安装施工技术[J].建筑机械,2017,(12):112-114.

[4]万涛平;马洁烽.西安火车站改扩建站房屋盖大跨焊接球网架施工关键技术[J].建筑技术,2022,(11):1502-1505.

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