摘 要：鄭州東站是全國最大的鐵路工程之一，其站房鋼結構工程涉及的結構形式比較復雜，有78米大跨度，有高低跨的對接，有17米長(cháng)的懸挑結構，也有玻璃幕墻結構，以及石材幕墻結構等結構。其構件形式也十分多樣，有矩形鋼柱、圓管鋼柱、實(shí)腹梁、矩形桁架、H型鋼桁架、圓管桁架、鉸接斜撐、鑄鋼節點(diǎn)、正三角桁架、倒三角形桁架、四邊形桁架、形桁架等形式構件。其安裝最大特點(diǎn)是吊機不能在地面進(jìn)行施工，整個(gè)安裝也不適合滑移技術(shù)的要求，因此本項目采用了主吊機高空作業(yè)，屋面桁架高空組裝的技術(shù)解決了本項目中的難點(diǎn)。此項目難度之大、形象之深遠，皆可為后續工程提供難能可貴的經(jīng)驗。
1、工程概況
鄭州東站含兩家總包單位，兩家單位均為鐵道系統單位，我司上海寶冶集團有限公司承接了鄭州東站東區站房東區（P~X軸）鋼結構以及雨棚南北（C~V軸）全部鋼結構工程。由于站房鋼結構工程量大，約為8萬(wàn)噸，施工十分復雜，技術(shù)含量高，其中東區鋼結構約為26000噸（不含9.4米以下勁形鋼柱），因此本文僅以站房東區（P~X軸）鋼結構施工為例。
鄭州東站位于鄭州市鄭東新區，范圍是東風(fēng)東路以東、七里河南路以南、博學(xué)路以西、商鼎路以北所圍合的區域，是新建石武（石家莊-武漢）客運專(zhuān)線(xiàn)和徐蘭（徐州-蘭州）客運專(zhuān)線(xiàn)十字交匯樞紐，將匯集鐵路客運、公路客運、軌道交通、城市公交等多種交通方式，實(shí)現多種交通方式的有機銜接。
東站站房建筑共三層，分別為地面層、站臺層和高架層（含高架夾層），站房主體建筑外墻東西進(jìn)深502.7m，南北面寬245.2m，站房主體最高點(diǎn)距離地面52.3m。32條火車(chē)軌道線(xiàn)從站臺層通過(guò),站臺層高度為10.15米如圖1~3。
圖2：鄭州東站鋼結構橫剖面圖
圖3：鄭州東站鋼結構縱剖面圖
2.1、鋼管桁架的制作精度控制
本工程屋蓋為管桁架結構，截面尺寸超大，支撐采取工廠(chǎng)散桿件加工，預拼裝解體后運輸到現場(chǎng)，由現場(chǎng)進(jìn)行組裝。因此如何保證制作精度成為本工程制作的一大難點(diǎn)。
2.2、站臺層上部鋼結構的安裝
站臺層上部鋼結構體量非常大，結構東西長(cháng)186米（僅P~X軸）、南北寬245米，站臺層不能直接走吊機，外部吊裝吊機無(wú)法覆蓋這么大面積，給安裝帶來(lái)極大困難。
2.3、高架層、夾層和屋面均有大跨度，胎架選型和材料準備困難。
2.4、胎架數量多、層次多，卸載存在困難
本工程屋蓋桁架的安裝大量使用了支撐胎架，如何卸載、撤除支撐胎架，保證結構不出現大的結構變形是本工程施工又一難點(diǎn)。
2.5、拼裝和構件堆放困難
現場(chǎng)軌道層和鋼結構安裝同步進(jìn)行，現場(chǎng)缺乏場(chǎng)地，構件拼裝和構件堆場(chǎng)困難。
2.6、棧橋和坡道搭設
由于吊機不能在地面層施工，吊機走位方向垂直軌道方向，因此需要為吊機搭設棧橋和坡道，棧橋搭設存在。
2.7、吊機下車(chē)
由于吊機上車(chē)是搭設坡道還有場(chǎng)地，下車(chē)時(shí)已經(jīng)沒(méi)有坡道搭設位置，下車(chē)存在困難。
2.8、安裝組織困難
由于結構層數多，吊機不宜展開(kāi)，土建等相關(guān)作業(yè)交叉嚴重，構件不能直接運輸到吊裝位置，因此安裝組織十分困難。
3、安裝方案介紹及執行過(guò)程
由于制作在上海加工廠(chǎng)制作，因此方案主要介紹現場(chǎng)安裝施工的技術(shù)。站房鋼結構安裝分三個(gè)水平層次，分別為：高架層、夾層、屋面，以及每層之間還有鋼柱。為了保證安裝，結合現場(chǎng)實(shí)際情況，做了以下幾個(gè)方面的準備：
3.1、 制定作業(yè)流水方向
根據總包分工情況，以結構平面圖P軸為界（第一版圖紙P軸為伸縮縫，第二版圖紙改在M軸），P~X軸為東區，P~A軸為西區，兩個(gè)區域安裝單位自行確定施工方案和施工順序。
根據圖紙東區以18~19線(xiàn)中心線(xiàn)為對稱(chēng)軸，站臺層、高架層、商業(yè)夾層、屋面均以18~19線(xiàn)中心線(xiàn)為對稱(chēng)軸，高架層、商業(yè)夾層為框架結構，對吊裝順序沒(méi)有太多要求，各個(gè)方向均可以滿(mǎn)足吊裝，但是18~19線(xiàn)地面層有已經(jīng)施工完成的結構部分，此部分不能承重，尤其是大吊機的荷載。其次，屋面為整體桁架，除了支撐桿，所有縱橫桁架均通過(guò)焊接連接成一起，另外屋面桁架數字軸線(xiàn)標高一致，字母軸線(xiàn)桁架標高有起伏，屋面也以18~19線(xiàn)中心線(xiàn)為對稱(chēng)軸，因此我司決定以垂直于對稱(chēng)軸方向為主桁架，以平行于對稱(chēng)軸的桁架為次桁架，這樣有利于屋面桁架的安裝，見(jiàn)圖4。
結合總包要求、結構組成形式、地鐵站上方不能走吊機等現實(shí)因素，主吊機的吊裝吊裝方向也是從P向X軸進(jìn)行吊裝。這樣也避免相互交叉施工，相互制約的問(wèn)題。
3.2、 選定吊車(chē)
選擇吊車(chē)主要考慮作業(yè)半徑、起重高度、以及起重量，因為本項目特殊要求，還需要考慮吊機自重、吊機外形、吊機爬坡能力。
由于軌道層垂直與吊機行走路線(xiàn)，因此吊機必須在軌道層之上進(jìn)行行走施工，因此吊機的作業(yè)面標高將高于10.15米。根據高架層鋼柱最重單件構件為48噸，作業(yè)半徑可以盡量??；最高屋面建筑物標高為52.3米，為南北方向主桁架，因此起重高度選擇為52米（構件高度42米，鋼絲繩、吊鉤高度10米），作業(yè)半徑為22米~24米，構件起重量控制在20噸。再結合資源情況，300噸和250噸吊機均能滿(mǎn)足使用要求，其中300噸吊機使用效率會(huì )高些，性能的安全儲備會(huì )更好，但是租賃價(jià)格會(huì )稍貴些，也是可以承受的，但是對棧橋樁基、基礎、棧橋承載力會(huì )提出更高的要求，總的成本會(huì )增加很多，因此本項目最終選用的還是250噸履帶吊。
由于吊機要從地面標高-1.5米標高行走到10.15米以上，因此需要吊機進(jìn)行爬坡，根據各家吊機爬坡能力指數，均控制在15~17度之間。后來(lái)根據現場(chǎng)道路和場(chǎng)地條件，在8~9線(xiàn)和28~29線(xiàn)分別搭設棧橋，坡度控制在9度。
之所以考慮吊機自重，是因為重量越大對下部要求越高，因此選擇吊機首先選擇自重較輕的吊機，從多家吊機型號中最后選擇了日本住友SCX2500型和扶挖QUY250型，主臂選用60.2米，副臂選用24米，仰角30°，其自重基本均在210噸~220噸，考慮吊物，總重在250~260噸左右。
之所以考慮日本住友SCX2500和扶挖QUY250型兩種型號，也是因為其外形尺寸，尤其是履帶寬窄和中心距基本一致，即履帶中心距均為6400mm，履帶寬度分別為1120mm，1200mm，履帶長(cháng)度分別為7860mm、8188mm。
3.3、 編制吊車(chē)行走棧橋通道方案；
吊機規格、類(lèi)型、走向確定之后，然后確定棧橋方案。棧橋方案主要涉及：樁基、承臺、立柱、柱平臺、轉彎平臺、走道路基箱，見(jiàn)圖5~6。
3.3.1計算過(guò)程中假設的參數有：
吊機全配重自重220噸
吊機起重量主臂48噸，副臂20噸，不同時(shí)使用
走道路基箱安裝2.4噸/米自重進(jìn)行計算，最終的選材基本控制在了2.0~2.2噸/米
動(dòng)載系數取1.4
靜載系數取1.2
棧橋最大跨度22米
吊機履帶中心距為6400mm
3.3.2選取計算模型
3.3.3選取材料進(jìn)行試算
材料主要采用公司廢料、余料，計算的參數主要有：
構件剛度計算：保證構件撓度小于L/400。
構件強度計算：保證所有桿件應力比不大于0.9，預留安全系數。
構件穩定性計算：保證整體穩定和局部穩定。
最終選用的四肢格構柱截面為H390*300*10*16，由于選用余料，因此材質(zhì)統一定為Q235B。余料截面慣性矩大于H390*300*10*16的材料均可使用；路基箱選用的是H700*300*13*21的截面，材質(zhì)統一定為Q235B，圖7如下：
柱頂平臺采用于H390*300*10*16的材料，大小為4.5M*8.4M，橫跨兩個(gè)柱（每件柱子四個(gè)柱腳，柱子中心距為6.4米，和吊機履帶中心距一致）；轉換平臺（主要用于吊機進(jìn)行調頭位置）采用H700*300*13*21的截面，大小為11M*12M；
樁選用直徑D=700mm鉆孔灌注樁,樁長(cháng)L=23.0m,本圖中支架3(兩樁承臺下樁)均采用直徑D=700mm的鉆孔灌注樁；樁頂設置承臺，并進(jìn)行柱腳埋件預埋。
棧橋設計頂部標高為10.990米，高于站臺層840mm，。
3.3.4棧橋制作、安裝
樁和承臺由土建單位施工，棧橋制作和安裝由我司施工,見(jiàn)圖8~11。
棧橋的整個(gè)安裝過(guò)程采用250噸履帶吊安裝。安裝順序從里到外，滿(mǎn)足上坡之后既可以自行向前安裝。
3.4、 高架層、夾層、屋面胎架材料
胎架設置主要通過(guò)SAP2000計算剛度和穩定性，我司采用了多種形式的胎架結構，有格構式普通胎架，也有單管支撐租賃的胎架，經(jīng)過(guò)計算均滿(mǎn)足要求。
支撐的設置關(guān)鍵是底部需要有承臺，頂部需要自行設置調節段（因為租賃的胎架高度為整數高度）和纜風(fēng)繩；從第二層高架層起，通向屋面的胎架設置轉換梁，以便于能從高架層直接樹(shù)立胎架，見(jiàn)圖12。
3.5、選擇構件堆放及拼裝場(chǎng)地，編制大臨方案；
大臨方案的編制主要設置考慮用水、用電、以及工人的正常生活，還有拼裝場(chǎng)地行車(chē)的行走路線(xiàn)，構件的堆放，施工道路，門(mén)衛等等。
由于26000噸構件需要堆放，現場(chǎng)又沒(méi)有場(chǎng)地，因此我部租賃了2塊場(chǎng)地，均在金水東路附近，合計面積20000余平米。
現場(chǎng)構件的拼裝，主要涉及屋面管桁架，以及玻璃幕墻，水槽、罩棚等等。拼裝首先需要構件之間的關(guān)鍵定位尺寸，其次安裝關(guān)鍵尺寸搭設胎架，胎架需要定位準確、牢固、安全、使用方便等特點(diǎn)。
玻璃幕墻桁架結構形式，桁架水平分五層，我司為了方便安裝，底部采用水平分度，上部采用我司為豎向分段。右圖為玻璃幕墻現場(chǎng)拼裝焊接過(guò)程中，其中節點(diǎn)部位均為鑄鋼件，我司采用藥性焊絲E501T-1，見(jiàn)圖13~14。
屋面管桁架拼裝全部在現場(chǎng)，我司根據桁架的形式制作了多種形式的胎架，右圖為倒三角形桁架的胎架。為了保證安裝精度，桁架在拼裝過(guò)程中即完成了預拼裝。
3.6、 吊機下車(chē)
吊機下車(chē)是采用高空解體法進(jìn)行的，即先租用300噸汽車(chē)吊，然后在場(chǎng)地東側，地鐵基坑旁站位協(xié)助解體，并吊運到地面。解體步驟為：先拆除副臂、主臂；其次拆除配重；然后通過(guò)吊機自身千斤頂頂起吊車(chē)；拆除吊機兩側履帶；使用300噸汽車(chē)吊調運250噸吊機主體。
具體見(jiàn)下頁(yè)附圖15~19。
圖15：棧橋及吊機行走布置圖
4、現場(chǎng)實(shí)際安裝實(shí)況照片
在保證了前期準備工作完成之后，所有工作即可轉到施工現場(chǎng)，現場(chǎng)采用了6臺250噸主吊機進(jìn)行同步作業(yè)。安裝進(jìn)行分區分層流水作業(yè)，即吊機從P軸把構件從上到下一次全部安裝完成再向后倒退，一直到退出作業(yè)區。
5、總結
一個(gè)項目的成敗關(guān)鍵看項目前期的組織策劃和技術(shù)準備，技術(shù)準備又是所有工作開(kāi)展的基礎。一個(gè)好的技術(shù)方案不但節約有利于項目的實(shí)施，也能保證安全、質(zhì)量，也能節約成本，減少現場(chǎng)施工的工作量。本項目之所以能順利實(shí)施，除了公司及各個(gè)部門(mén)的大力配合，也和前期做了大量技術(shù)準備及論證工作有關(guān)。
6、參考文獻
【1】劉振興：建筑工程施工分部分項技術(shù)交底操作規范大全，銀聲音像出版社，2010年
【2】北京土木建筑學(xué)會(huì )：鋼結構工程施工技術(shù)措施，經(jīng)濟科學(xué)出版社，2005年6月
第一作者簡(jiǎn)介：任長(cháng)林、男，1979年8月21日出生于陜西省興平市馬嵬鎮張村，就職于上海寶冶集團有限公司鋼結構分公司，擔任本單位鄭州東站鋼結構工程項目部主任工程師，二級建造師資質(zhì)。單位地址：上海市寶山區羅店工業(yè)園區羅新路305號，郵編：201900
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