广州地铁四号线高架车站钢结构施工技术

广州地铁四号线高架车站钢结构施工技术 摘要广州市地铁四号线是广州市第1条高架车站线路。介绍钢结构吊装主要采用的“刚架整体分段拼装,整体分段吊装、单侧整体吊装、散件吊装相结合”工艺,以及大跨度钢结构的卸载技术。关键词钢结构;地铁;主刚架;拼装;吊装        广州市地铁四号线从新造至金洲段共8个高架车站,站台部分全部采用钢结构。设计造型各有不同,但结构形式基本为门式刚架结构,主要采用焊接变截面H型钢,但刚架全部为弧形结构。而刚架与基础采用铰接的形式,钢结构施工技术难度较大,针对各站的设计不同,现场采用了不同的吊装工艺。车站的效果图如图1所示。1 工程特点和难点      本工程主要特点是施工场地狭窄,高架桥已施工完成,吊装条件差,采用机械吊装难度大,而且多采用分段吊装,临时支撑在受力、吊装精度方面要求较高。由于设计柱脚处为铰轴连接,测量定位困难,必须采用先进的仪器进行跟踪测量校正。2 吊装方案选择      由于各高架车站的结构形式基本一样,因此根据工程特点、结构形式、构件重量及现场场地情况确定钢结构吊装方案,采用“整体分段拼装、整体分段吊装、单侧整体吊装和散件吊装相结合”的工艺进行,主吊机械沿着结构外侧进行吊装,在地面上布置1台80t汽车吊作为主刚架吊装,1台50t汽车吊作为次刚架、连梁及檩条的吊装。同时在桥面轨行区内布置1台25t轮胎吊,负责轨行区中间部分次刚架及支撑等构件的吊装。3 主刚架拼装      依据吊装方案,大部分构件在工厂内分段制作,现场拼装。为了保证吊装精度,现场依据工厂制作工艺图进行放样,并将其放样在刚性平台上,下面采用路基板作为拼装基础,在路基板上吊装胎架,保证刚架拼装时的精度,同时对焊接变形起到控制作用。拼装如图2所示。       在拼装焊接后,经过实测检查,全部保证了刚架的拼装精度。4 吊装工艺4.1 刚架分段      刚架分段基本以高低跨刚架分别作为一个吊装段,中间腹杆为散件吊装。每段达18t,分段如图3所示。分段吊装难度大,但此分段既减少临时支撑数量,又可减少空中对接焊缝数量,有利于保证焊接质量,同时可节省机械台班费用。4.2 吊装工艺 索具的确定      主刚架拼装后总长度达40m,其形状为“7”字形。吊装时重心计算相当复杂,一次便找准吊点是难点所在。为了准确确定吊点位置及索具的长度,充分利用CAD实体求出构件的重心,比以往的计算要简单,而且比较准确。由于主刚架截面大,其吊装点位置间距不宜过大,而间距越小,索具受力越有利。通过计算,一点吊装时构件不会产生变形。实际施工中,为确保构件在吊装中不产生变形,在起吊时配合1台25t汽车吊进行翻身。 吊装步骤      基座临时支撑低跨主刚架吊装腹杆吊装高跨主刚架吊装次刚架、连梁、中间檩条吊装。 支座吊装       由于支座是主刚架的主要基础部分,其吊装精度必须达到要求,如支座出现标高差时,会造成刚架旁弯整体。支座标高调整可通过螺母进行调节,待整个支座调整好后,再进行复测,复测无误后焊接限位挡板,然后进行高强无收缩料灌浆。达到强度后再进行刚架吊装。支座布置如图4所示。 临时支撑吊装      主刚架吊装前先吊装临时支撑,临时支撑高度较低,一般8m左右,在吊装过程中相当于主要受力柱,其不仅要求吊装位置准确,而且必须达到受力要求。经过计算及充分利用现有临时支撑,临时支撑采用100×6制作成2000mm×2000mm的格构式柱,部分采用273mm×8mm无缝钢管作为立柱。      临时支撑采用50t汽车吊站在站台下面两侧进行吊装,吊装后采用4根缆风绳从四个方向加以固定,吊装时必须采用全站仪跟踪测量,且精度须满足要求,保证主刚架落在临时支撑上,而且须达到轴心受压。临时支撑下面底座可直接落在轨行区中间道床板上,但下面利用木板或橡胶板进行保护,防止道床板破坏。 主刚架吊装      当临时支撑就位固定后,进行主刚架吊装,主刚架吊装首先要进行翻身。翻身在整个刚架吊装过程中是难度最大的工序。吊装时采用2台吊车,其中1台主吊机械,1台配合机械。主吊机械在翻身后直接起吊,配合机械在翻身后配合主吊机械进行起吊,当主吊机械起吊至一定位置,且主刚架离开地面时,配合机械缓慢松钩。当主吊机械转动主臂,配合机械吊索不再受力时,将配合机械移走,由主吊机械完成主刚架的就位。      主刚架吊装,首先吊装低跨主刚架,低跨主刚架吊装就位并进行测量校正后,进行低跨主刚架之间连梁的吊装。同时进行顶部两端腹杆的吊装。腹杆吊装后即可吊装高跨主刚架,高跨主刚架吊装同低跨基本相同。但高跨主刚架吊装直接就位于高低跨之间的腹杆上,校正准确后再进行其它腹腔杆的安装。基本吊装如图5所示。 主刚架校正      当主刚架吊装就位后,利用全站仪定位测量。测量准确后,在临时支架上焊接支托板,将刚架直接落在临时支架托板上,如图6所示。      为避免卸载后桁架标高低于设计标高,在吊装时采用预起拱的方案,将主刚架的顶标高调高30mm左右,以保证刚架卸载后标高基本与设计相近。校正主要从两个方面加以控制,即轴线和标高。      校正轴线主要是利用刚架上的2根缆风绳加以控制,标高控制以千斤顶作为主要调节工具。当标高与轴线全部准确后,将刚架与临时支撑挡板加以点焊固定,同时将下面铰支座处与预埋件固定。 次刚架、连梁、檩条吊装      当主刚架吊装校正后,进行次刚架及檩条的吊装,其吊装比较简单,基本吊装原则是从中间向两端吊装。中间部分次刚架及檩条主要采用轨行区上面的25t轮胎吊,其移动方便,基本不受轨行区道轨的影响。 焊接施工      因广州地区阴雨季节多,焊接质量是控制的关键。所有车站结构的对接焊缝均为一级焊缝,其它焊缝多为二级焊缝,檩条为三级焊缝,焊接工程量大。钢材材质全部为Q345B低合金钢,焊材选用E5015系列焊材。针对焊接现场制定相应的焊接方案,并制定雨季施工方案,拼装时地面均搭设了防雨棚,并多采用二氧化碳气体保护焊,提高了施工进度。高空焊接多采用手工电弧焊,施工中均实行了三检制度,焊接质量全部合格。最终经过三方面的无损检测,合格率100%。5 卸载方案      作为大跨度钢结构,其采用分段吊装时基本存在卸载工艺。由于卸载过程是一个力的传递和受力体的转换过程,因此是一个动态过程。在此过程中,力的传递与受力体的转换必须要遵循“合理、有序、平稳、缓慢、均匀”的原则。卸载主要采用液压千斤顶作为卸载工具。首先将千斤顶全部置于临时支撑托梁上,即刚架梁下面,并与托梁加以固定。由9组人员同时开始顶升千斤顶。当千斤顶顶紧刚架后,利用割枪将托板割掉,由9人同时放松千斤顶。      卸载时要统一指挥,保证同步,且严格执行卸载原则,不可一次性卸载完成,应分两步进行卸载。卸载时要进行跟踪测量和监控。      通过整体卸载,最后下挠值为2030mm,实现了预期目的。6 结语      广州市地铁高架车站的施工,在工期相当短的情况下,充分利用大型构件整体吊装与分段吊装相结合的方法,基本完成每个车站吊装25d的工期任务。在业主矩阵式的管理下,不但工程质量达到要求,而且安全、进度同样实现了项目部的总体目标,确保了6个站的顺利通车。