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唐山火車(chē)站站房懸挑結構是目前我國鐵路項目設計的第一個(gè)大型懸挑結構工程。通過(guò)介紹懸挑結構的施工流程、技術(shù)準備、具體實(shí)施和措施保障等，到最終順利完成大跨度懸挑結構安裝的全過(guò)程，分析安裝施工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)以及先進(jìn)技術(shù)和措施，及時(shí)總結得失，為以后類(lèi)似的工程施工提供參考和借鑒。
[關(guān)鍵字]：大跨度 ；組合體；結構平衡；結構穩定

      津秦客運專(zhuān)線(xiàn)唐山火車(chē)站位于唐山市路南區賴(lài)旺莊村，地處112國道東側，北新西道東南側，交通十分便利。本場(chǎng)區屬扇間洼地型低平原，地勢平坦開(kāi)闊，植被不甚發(fā)育，多辟為桃樹(shù)林。唐山新火車(chē)站的建筑外觀(guān)設計進(jìn)行了大膽創(chuàng )新，特別是東、西兩側的大型懸挑門(mén)框更是氣勢恢弘，整個(gè)建筑采取了“旭日初升”的美好立意，唐山新站迎著(zhù)東方初升的旭日，沐浴在和諧溫暖的晨光中，“旭日初升”契合了唐山站在城市空間發(fā)展中的重要地位，見(jiàn)圖1。寓意了唐山新世紀蓬勃發(fā)展、蒸蒸日上的朝氣，預示了唐山城市發(fā)展的美好未來(lái)。建成后的新火車(chē)站將成為城市主干道——新華西道西端的唐山城市名片。
 

圖1 唐山火車(chē)站大型懸挑門(mén)框效果圖
 

站房懸挑結構位于站房高架層東西兩端部位，懸挑結構由單片次桁架組成，最大懸挑達28米，最小懸挑為2.3米；懸挑結構之間由單片主桁架及區塊次結構連接，單片主桁架長(cháng)度為9~12米。具體結構特點(diǎn)詳見(jiàn)下圖2-5所示：

圖2 唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù) 懸挑單片次桁架及撐桿    


               
圖3 唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù) 單片主桁架

       
圖4 唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù) 區塊次結構  

               
圖5 唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù) H型鋼梁
 

1. 工程重難點(diǎn)
      1.1場(chǎng)地條件限制
      由于現場(chǎng)場(chǎng)地條件的限制，現場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行支撐架的設置。同時(shí)大型吊機只能固定一處進(jìn)行安裝作業(yè)，為配合本方案進(jìn)行懸挑結構的安裝，需要另外的大型汽車(chē)吊配合安裝，場(chǎng)地限制捉襟見(jiàn)肘。
      1.2懸挑結構安裝方法困難
      由于懸挑結構都為單片形式，且最大懸挑達到28米，如設置支撐架則由于場(chǎng)地限制無(wú)法形成，整個(gè)安裝過(guò)程只能靠結構本身的支撐體系完成。
      1.3 測量控制保證困難
      由于懸挑桁架都為單片桁架，在高空安裝時(shí)，懸挑結構的安裝標高及懸挑端部的左右位移將很難得到有效控制

2. 懸挑結構安裝思路及順序
      根據懸挑結構的安裝特點(diǎn)，結合現場(chǎng)實(shí)際情況。在進(jìn)行懸挑結構安裝時(shí)，將組拼完成的單片懸挑次桁架與斜撐桿連接在一起（通過(guò)銷(xiāo)軸連接及手拉葫蘆），使用大型履帶吊將單片懸挑次桁架與斜撐桿的組合體同時(shí)起吊。當該組合體吊至設計安裝位置后，先將斜撐桿與混凝土柱上的預埋件通過(guò)銷(xiāo)軸連接固定起來(lái)，再通過(guò)吊機下鉤的過(guò)程使組合體中單片次桁架上弦桿及下弦腹桿與原結構桁架對接，同時(shí)懸挑單片次桁架懸挑端部通過(guò)攬風(fēng)繩調節側向位移，并起到臨時(shí)固定作用。最后，施工人員在次桁架上、下弦桿同時(shí)進(jìn)行焊接。在焊接作業(yè)完成后，履帶吊機才能松鉤。
    由于H型鋼梁在懸挑結構之間都有設置，且H型鋼梁是通過(guò)螺栓形式與次桁架上弦桿檁托連接，鋼梁安裝方便快捷。那么根據這一特點(diǎn)，在進(jìn)行懸挑次桁架的安裝時(shí)，除通過(guò)攬風(fēng)繩控制次桁架懸挑端部位移外，攔風(fēng)繩只能起到臨時(shí)連接的作用。所以，通過(guò)H型鋼梁將兩個(gè)相鄰的懸挑次桁架連接起來(lái)，形成一個(gè)剛性連接，這樣對懸挑結構在安裝時(shí)的臨時(shí)穩定性起到很大的作用。
    在相鄰的懸挑次桁架安裝完成后，除H型鋼梁的安裝外，緊接著(zhù)將單片主桁架和區塊次桁架通過(guò)汽車(chē)吊進(jìn)行安裝，這樣從結構上形成了一個(gè)穩定的區塊。
    再根據整體結構設計形式看，懸挑結構南北兩側懸挑長(cháng)度為2m左右（1軸、16軸為三角懸挑次桁架，2軸、15軸為單片懸挑次桁架，這四個(gè)懸挑結構無(wú)斜撐桿），所以整體安裝將從一側向另一側（即由北向南安裝或由南向北安裝）進(jìn)行。
    按照上述這些安裝思路及順序，相鄰之間的懸挑次桁架、中間次結構連續安裝，最后完成整個(gè)懸挑結構的安裝。
      按照圖紙要求和上述思路，鋼結構站房安裝順序如下（以由北向南安裝順序為例）：

[page]16軸三角懸挑次桁架安裝（不含撐桿）         
      15軸單片懸挑次桁架安裝（不含撐桿）    
      15~16軸之間次結構安裝（含H型鋼梁）      
      14軸單片懸挑次桁架安裝       
      14~15軸之間次結構安裝（含H型鋼梁）      
      13軸單片懸挑次桁架安裝      
      13~14軸之間次結構安裝（含H型鋼梁）
      ……2軸單片懸挑次桁架安裝（不含撐桿）      
      2~3軸之間次結構安裝（含H型鋼梁）
      1軸三角懸挑次桁架安裝（不含撐桿）      
      1~2軸之間次結構安裝（含H型鋼梁）

      施工順序如下圖6所示（以西側Ⅲ段懸挑結構安裝順序為例）：

 

圖6 唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):懸挑結構

3. 懸挑結構安裝流程
      由于懸挑單片次桁架與斜撐桿將組成一個(gè)組合體同時(shí)起吊，所以在地面起吊時(shí)，將斜撐桿與桁架連接過(guò)程至關(guān)重要，詳見(jiàn)下列步驟圖：
      第一步：事先設置馬蹬（其高度根據實(shí)際情況確定），將斜撐桿一端通過(guò)汽車(chē)吊吊至馬蹬之上，并保持斜撐桿耳板開(kāi)口朝上。

      第二步：將懸挑單片次桁架吊至撐桿上方。
 

第三步：將懸挑單片次桁架垂直下落，使桁架耳板插入斜撐桿耳板之內。

      第四步：當耳板對接好后，保持銷(xiāo)軸孔對齊，然后將銷(xiāo)軸穿入其中。

      第五步：斜撐桿的尾部與桁架尾部，通過(guò)鋼絲繩套和10噸的手拉葫蘆綁牢。等待組合體起吊后，尾部鋼絲繩慢慢放長(cháng)，大致達到設計角度要求（鋼絲繩長(cháng)度根據角度要求設置，約比設計要求長(cháng)50cm左右）

      第六步：組合體起吊過(guò)程中，由于起初時(shí)，撐桿重量集中于懸挑單片桁架懸挑端部，尾部仍在地面擱置，為防止組合體重量不均勻而引起不水平或傾覆發(fā)生，使用25噸汽車(chē)吊在懸挑端部配合起吊。

      第七步：待斜撐桿頭尾都與桁架連接后，慢慢起吊次桁架，斜撐桿銷(xiāo)軸端部將和桁架同時(shí)吊起，而尾部則隨著(zhù)手拉葫蘆固定的長(cháng)度慢慢放長(cháng)，最后組合體形成。同時(shí)，斜撐桿的安裝角度大致形成。

      4. 現場(chǎng)安裝關(guān)鍵技術(shù)
      4.1組合體組合技術(shù)
      從上面的操作步驟及安裝方法來(lái)看，單片懸挑桁架與支撐桿將先組合成一個(gè)組合體后進(jìn)行安裝作業(yè)，又由于支撐桿最大單重近達10噸左右，僅靠一個(gè)銷(xiāo)軸將單片桁架與支撐桿結合在一起，同時(shí)撐桿的大角度安裝狀態(tài)也是本次安裝的一個(gè)重難點(diǎn)之一。
      為解決上述問(wèn)題，事先將撐桿通過(guò)馬?將支撐桿的一端墊起，墊起高度由支撐桿與單片桁架之間夾角決定。穩定住支撐桿后，再將單片桁架下的耳板慢慢插入支撐桿上，通過(guò)銷(xiāo)軸連接后，組合體即組合完成。
      4.2 組合體提升平衡技術(shù)
      當組合體組合完成后，由于支撐桿與單片桁架通過(guò)一個(gè)端部連接組成，在起吊過(guò)程中，支撐桿的自由端在未離地前，其支撐桿重量會(huì )直接導致組合體不平衡，為防止此現象發(fā)生而引起不必要的危險，為組合體提升平衡，在單片桁架受力端增加一臺汽車(chē)吊，以保持整個(gè)組合體的平衡。
      4.3 組合體安裝穩定技術(shù)
      當組合體安裝至設計位置后，由于單片體系屬于不穩定狀態(tài)，為整個(gè)結構的臨時(shí)穩定，同時(shí)方便焊接施工，組合體在懸挑端部設置攬風(fēng)繩，減小端部的強烈晃動(dòng)，并且在尾部加強對原主結構的臨時(shí)固定，將尾部的左右和中間方向設置手拉葫蘆，這樣尾部的穩定則不會(huì )影響焊接質(zhì)量。

[page]5. 吊裝變形驗算
      1.1  結構計算復核條件
      懸挑桁架吊裝驗算采用有限元軟件SAP2000 12.01版本計算，結構吊裝動(dòng)力系數取1.2，選?、噍S懸挑桁架進(jìn)行計算復核，如圖7~15。

圖7  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):⑧軸吊裝單元
 

圖8  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):桿件截面

1.2  結構吊裝變形驗算

 

圖9  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):12號節點(diǎn)豎向位移17.03mm

 
圖10  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):5號節點(diǎn)豎向位移11.3mm

 
圖11  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):28號節點(diǎn)豎向位移13.1mm
 

圖12  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):23號節點(diǎn)豎向位移9.4mm
 

圖13  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):27號節點(diǎn)豎向位移12.3mm
 

圖14  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):8號節點(diǎn)豎向位移15.7mm

 
圖15  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù):3號節點(diǎn)豎向位移10.97mm

結構吊裝變形最大豎位移17.03mm，相對繞度最大3.7mm，吊裝最大跨度15721mm，3.7/15721=1/4249滿(mǎn)足結構吊裝安全要求。

1.3  結構吊裝應力驗算如圖16-17

圖16  唐山火車(chē)站大型懸挑結構安裝技術(shù)：桿件應力比云圖