本文（新建石家莊站站房鋼拱橋結構工程施工技術）結合新建北京至石家莊鐵路客運專線石家莊站站房鋼結構工程實際，通過對大跨度鋼拱橋結構、鋼桁架結構在站房高架層上進行散拼吊裝施工方法的分析與應用，在結構施工過程中取得了良好的效果。在全國大跨度拱橋鋼結構施工技術中有所突破（站房高架層上施工），同時為類似結構施工技術的發展與進步起到推動作用。
1.前言
大跨度鋼結構近年來在國內發展迅速，主要應用于大型廠（庫）房、飛機機庫、火車站、大型場館等跨度要求較高的建筑，如圖1。主要采用焊接球網架、鋼桁架、重型鋼結構相結合的結構形式。針對不同的結構形式，如何采用更加科學的施工方法，對大跨度鋼屋蓋結構的施工質量、安全、進度以及施工成本的有效控制在現階段顯得尤為重要。
2.工程概況
新建北京至石家莊鐵路客運專線石家莊站站房鋼結構工程，主站房總長413m（A-Y軸），寬202m（M1-M16軸）。支撐體系為6榀連續拱橋結構，拱橋跨度分別為49.6m、53.5m 、64.35m、76.5m、64.35m、53.5m、49.6m，拱身的矢高均為17m；所有組成拱橋結構支撐體系的拱身、拱肋、橫梁等構件形式均為箱型鋼構件，具體參下表，參見圖2。
屋蓋結構主要為“倒三角”形式的管桁架，主桁架垂直于下部拱橋布置，連接6榀拱橋結構，形成5跨連續空間管桁架體系，每榀主桁架總長度為202m，最大單榀桁架跨度60m，見圖3。
站房鋼拱橋結構工程施工：站房拱橋桁架連接示意圖
3.施工重點難點分析及相應對策
3.1.確保既有線運行安全
新建石家莊站站房工程施工過程中，京廣鐵路上下行線照常運行，如何確保既有線路和后期撥線運行線路的安全，是
鋼結構安裝工程控制的重點，同時也是一個十分棘手的施工難點。
對策：在
鋼結構安裝初期，在運行線路上方搭設安全防護棚，安全防護棚從站房向南北無柱雨棚內延伸30m，盡量減少高架層上吊裝對既有線路的影響；
在吊裝臨邊鋼結構拱橋時（M1和M16軸），將吊裝前的所有準備工作準備就緒，并利用現場機械進行空載模擬吊裝，與建設指揮部溝通，選擇白天既有線路上沒有列車通過的時間段(最長無車時段為2個小時)進行吊裝作業。
3.2.拱橋結構安裝、桁架安裝
站房總長413m，寬202m，高架層標高9.4-9.8m，高架層下方軌道施工與裝修施工同時進行。因此，高架層上鋼結構拱橋、立柱、橫梁、桁架安裝是本工程控制的重點，同時施工方法及機械選擇也是施工難點。
對策：選擇最不利工況分別進行機械在吊裝不同構件過程中的模擬計算，經過計算后滿足高架層混凝土結構所承受荷載要求。將50T履帶吊吊至高架層上進行吊裝作業，采用鋪設路基箱的安全措施并按規定線路行駛施工。（前提是樓面預應力張拉完成）
高架層構件吊裝時，根據構件的不同位置、不同重量、不同形式，分別采用單機或雙擊抬吊作業施工。拱橋構件利用XSTEEL軟件計算出構件的重心，設置吊點并選擇合理的吊索具，25T以上的構件須采用雙機抬吊；采用單機吊裝是，計算出鋼絲繩的長度，以便安裝就位順利。
桁架吊裝前，利用MIDAS有限元計算軟件，根據每榀桁架的不同跨度、不同吊裝方法、不同規格重量以及后期預估的施工荷載，計算出桁架的位移值，根據位移值和相關經驗進行桁架拼裝預起拱，以防止桁架吊裝后下撓或撓度過大。
3.3.工期控制
站房
鋼結構施工過程中，既有線路正常運營，并經過春運、暑運等特殊運營時期。為確保正常運營并滿足春、暑運運力，本工程的既有線路有兩次撥線的時間窗口。為確保撥線順利，高架層結構施工、高架層既有線上方
鋼結構施工的施工工期控制也是重中之重。
對策：高架層上拱橋結構施工所必備的履帶吊、胎架工裝、支撐標準節必須提前安排好，并合理布置高架層施工平面平臺，預留大型構件水平運輸通道、履帶吊行走吊裝通道、桁架拼裝場地等。履帶吊的吊次需滿足安裝需要。
在高架層上施工，構件的水平運輸是制約構件安裝進度的關鍵，因此需要地面上150T履帶吊向高架層送料，利用卷揚機和滑輪組通過滑移軌道將構件滑移至安裝區域，由于每臺履帶吊作業需要2x6m的路基箱8塊，作業占地范圍較大，且行走需要倒運路基箱，行走作業距離較短且相對較慢，6道拱橋安排6臺50T履帶吊在高架層，遠不能滿足吊次需要。為此，為本工程特別定制了兩臺ME-40T-55.35m的龍門吊，龍門吊橫跨M3-M7和M10-M14軸線，為構件水平運輸和吊裝作業提供了有力的支持。
4.施工方案的實施
4.1工程實際概況
根據鐵路局和建設指揮部撥線安排，在高架層混凝土結構施工完成以前，原京廣上行線要撥線至29道，為此，現場為29道開通搭設了剛性防護結構，用于滿足上部混凝土結構和高架層鋼結構施工要求，站房南北兩側無柱雨棚已經施工完成，29道于2011年1月順利開通如圖4、5。
為了工程整體部署，安排將京廣上、下行線于6月中旬全部撥至25-28道。為此，需要在2個月內將臨近既有線的鋼結構全部吊裝完畢。
4.2施工準備
4.2.1.拱橋結構分段設計
所有組成拱墻結構的拱身、拱上鋼柱（拱肋）、橫梁等構件均為箱型鋼構件，以W-T軸拱橋分段為例：拱身分為6段，最重構件32.1t；立柱共計22段，最重構件9.35t；橫梁共計6段，重10.7t，如下圖6所示。
4.2.2.拱橋吊裝施工機械選擇布置
（1）、M1、M16邊跨拱橋結構（臨近既有線施工）機械選擇布置：
第1段、第2段拱身及其上方立柱橫梁選用150t履帶，42m主臂工況進行吊裝作業，吊裝回轉半徑14m，14m回轉半徑150t履帶額定吊裝荷載為40.9t，最重構件吊重27.6t，滿足吊裝安全要求，吊裝工況見圖7、8。
因29道上方雨棚網殼已經安裝完畢，不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進行雙機抬吊第3段、第4段，雙機抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機回轉半徑控制在6m，雙機額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計算，起重能力為37.17t，滿足吊裝安全要求，如圖9~12。
50t履帶單機吊裝第5段、第6段，25m主臂工況5.5m回轉半徑額定最大起重量為26.56t；
T-W軸拱墻立柱及橫梁吊裝單元最重構件為13.3t，立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成整體吊裝，選用50t履帶在高架層樓板上單機吊裝，選用37米主臂工況，回轉半徑8m，額定起重能力14.9t。
（2）、M2-M15軸線中間跨拱橋結構機械選擇布置：
M2-M15軸拱墻不具備跨外吊裝條件，故采用兩臺50t履帶在高架層樓板上進行雙機抬吊W-T拱身（第4段、第5段、第6段）和S-R拱身（第3段），雙機抬吊選用50t履帶25m主臂工況，雙機回轉半徑控制在6m，雙機額定最大起重量之和為46.46t，按降效80%計算，起重能力為37.17t，滿足吊裝安全要求，如圖13~14。
4.2.3.拱墻安裝支撐系統設計
（1）、臨近既有線拱橋結構支撐設計
每榀拱墻在安裝過程中，均需在拱身分段處增加臨時剛性支撐節，如圖15~19。并在設置兩組側向雙支撐，保證吊裝和就位后的豎向及側向穩定。標準節在場外拼成一段，使用塔吊整體吊裝。
（2）、非臨近既有線拱橋結構支撐設計
4.2.4.構件水平運輸做法
由于站房拱墻構件單體較重，塔吊無法滿足現場構件水平運輸要求。為確保高架層M3-M14軸線拱身構件順利運輸至安裝位置，現場采用滑移的施工方法，在指定位置鋪設軌道，軌道內使用4組移運器，利用卷揚機作為牽引裝置進行構件的單體滑移，如圖20。
9.4m高架層平臺與9.8m平臺過渡做法參照圖20；9.8m平臺軌道直接將【36a槽鋼鋪設在樓面上，下方鋪設腳手板以保護樓面并增大受力面積，為防止軌道發生側向位移，將軌道之間做好支撐并與樓面上的地錨做好加固。
當構件滑移無法就位到起吊位置時，構件在高架層樓板上的水平運輸選用50t履帶單機吊裝或雙擊抬吊向內側轉臂倒運構件，并要求在水平運輸過程中50t履帶必須空載行走，構件倒運時保證構件最低點距高架層樓板30cm以內；
4.3拱橋安裝方法及流程
4.3.1拱橋結構拱身預拼裝
在寬闊平整的場地上，按1:1比例測放拱橋結構軸線、輪廓線和分段口控制線，按照軸線的形狀布置鋼胎架或鋼馬凳、鋼胎架上表面要經過超平觀測；根據測放的控制線將拱橋按分段順序在地面進行預拼裝見圖21，預拼裝過程中要注意觀察胎架的變化并及時糾偏。
預拼裝完成后，檢查預拼總體情況，著重檢查對接接口情況，對拱身外形尺寸、弦高、對接接口間隙等進行驗收并記錄，在拱身對接接口處做好標記，以便拱身吊裝就位時尺寸控制。
4.3.2拱腳結構安裝
高架層混凝土結構強度達到75%后，即可以開始安裝拱腳結構；拱腳單體分段重量不超過10t，50t履帶吊在高架層滿足施工要求，如圖22；（此時混凝土結構支撐未拆除，預應力未張拉）
4.3.3支撐體系安裝
標準節安裝就位時用纜風繩拉結，以保證側向穩定；使用L75×6角鋼剛性連接兩道豎向支撐與側向支撐，形成三角形穩定支撐體系；每組支撐節間用【12.6槽鋼水平拉結，見圖23~25。
流程2：用150t履帶吊裝第2段拱身、50t履帶單機吊裝第5段拱身；
安全措施：高架層混凝土澆筑完強度達到80%以上履帶開始在高架層作業，50t履帶樓板上作業鋪設路基箱；高架層混凝土澆筑完畢后在29道正上方放線，保證履帶在鋼防護兩側吊裝作業，29道上方履帶空載通過；見圖26~27。
流程3：用兩臺50t履帶雙機抬吊第4段拱身；
流程4：用兩臺50t履帶雙機抬吊第3段拱身,整體拱身合攏安裝完畢；
第3段、第4段安裝安全措施：
構件吊裝：將構件運輸到指定位置，構件起鉤過程中，始終保證構件與側向支撐間距在10cm以內，并在構件端部安置安全繩，保證在構件吊裝過程中的側向穩定，起升就位后將構件水平向前送到位，在其下方為豎向支撐結構，外側仍為側向支撐，保證構件的側向和豎向安全；見圖28~29。
在構件正下方樓板滿鋪路基箱，避免墜落擊穿樓板。
流程5：焊接，拱身共計7個焊接接口，采取對稱跳焊的原則，第一次先焊接①③⑤⑦節點對接焊縫，第二次焊接②⑥節點對接焊縫，最后焊接④節點對接焊縫。
安全措施：焊接作業面用腳手架搭設封閉的焊接操作平臺，起到防風、防止焊渣飛濺、防火的作用。另外，也為防止焊接火花過大給通過列車造成影響，使列車司機誤認為是危險信號；
為控制焊接變形見圖30，拱身焊接采用2人2機同時對稱焊接的方法進行箱型構件的焊接，同一構件的兩個端接口不得同時焊接；
流程6：用150t履帶吊裝①-⑥段立柱，50t履帶單機吊裝其余立柱。將立柱與其連接的屋面桁架桿件拼裝成為一體，整體吊裝；見圖31~32.
流程7：用50t履帶單機吊裝橫梁，第2-5段橫梁與立柱拼成整體吊裝；
4.3.5拱橋結構安裝龍門吊的使用
為滿足高架層上拱橋結構吊次要求，以解決履帶吊行走緩慢、行走需要倒運路基箱、施工作業占地面積過大、吊次不滿足、水平運輸麻煩等問題，根據本工程結構特點，特別為本工程定制了兩臺ME-40T-55.35m型號的龍門吊，兩臺龍門吊可橫跨M3-M7和M10-M14軸線，最大單機起重能力40噸，滿足四道拱橋結構施工和兩跨桁架吊裝施工；見圖32~34。
由于龍門吊跨度55.35m，自身高度31m，在高架層上安裝難度和安裝周期較長，在本工程前期的高架層鋼結構安裝過程中，由于涉及京廣線撥線的時間窗口，龍門吊暫時未安裝，待撥線后，龍門吊經過組拼安裝、穿線、調試、試吊驗收等環節后，迅速投入到結構安裝中去，極大的緩解了高架層結構安裝進度慢的壓力。
4.3.6拱橋結構卸載
待單跨拱橋所有桿件及合攏點接口焊縫全部焊接并探傷合格后，提前24小時申請報驗，驗收合格后進行支撐卸載。
卸載采用分級卸載，卸載原則：同步、分級、緩慢；
（1）載卸
焊接完畢檢測合格后，拆除接口處高強度螺栓，在豎向支撐下方分別設置4臺50噸千斤將拱身頂緊，將支撐工裝與拱身連接部分切開，使由工裝承受荷載轉為由千斤頂承受荷載，并將工裝影響卸載的部分全部切除，參圖35~36.
（2）卸載過程測量監控
卸載順序：②-⑥-③-⑤-④，如下圖：
卸載時，需用全站儀全程進行跟蹤；在卸載前，布置測量監控點，監控點主要選在卸載點、拱墻中心、拱身拼接接口處，在確定的監控點上貼反光片，并記錄相對空間坐標，在卸載過程中，隨時觀測各個監控點的位移變化情況。
卸載千斤，拱墻卸載完畢，最后拆除千斤頂、工裝及豎向支撐。
經過實際監測：53.5m跨度的拱橋卸載前后，Z向位移最大值為-3mm，現場所有拱橋設計要求拱中心起拱30mm；
4.4屋面桁架安裝
對每一榀桁架按照其自重和預加施工荷載進行撓度計算，根據計算值并不同的安裝方法以及類似施工經驗，在桁架小拼和中拼過程中進行預起拱，預起拱值的確定需與設計溝通并最終確定。
站房高架層的屋面桁架全部為“倒三角”形式的桁架，最大跨度60m，最小跨度16m，桁架的安裝標高為34.2m，相對于高架層安裝高度為24.4-24.8m。
根據桁架的不同位置、不同跨度、不同重量，桁架吊裝采用50T履帶單機吊裝、50t履帶雙機抬吊、龍門吊單機吊裝等多種方法，采用任何機械和吊裝形式，每榀桁架最好都設置4個吊點，吊點位置須在節點位置；見圖37。
4.5結構安裝相關計算
結構安裝的每一步都離不開安裝工況計算，工況計算滿足要求是結構安裝的有力保證。本工程針對不同安裝工序、步驟進行了多方面的工況計算，主要如下：
拱橋結構安裝模擬計算；（第一吊至合攏結束）
拱上鋼柱、橫梁安裝模擬計算；
拱橋結構卸載計算；
高架層支撐加固計算；
高架層滿堂紅支撐驗算；（取履帶吊、龍門吊施工最不利工況，未考慮預應力張拉）
高架層無支撐驗算；（取履帶吊、龍門吊施工最不利工況，考慮預應力張拉）
屋面鋼桁架撓度計算；（確定預起拱值）
5.結論
通過以上施工技術、措施的應用，保證了臨近既有線鋼結構施工安全無事故，確保了京廣正線按期順利撥線；拱橋施工中的支撐體系為我公司自有物資，在本工程中被充分利用，降低了項目成本；該施工方法實施，有效的解決了拱橋結構在分段吊裝過程中水平推力過大的不利情況，所有拱橋結構的安裝精度均符合規范要求；在站房高架層上布置龍門吊進行鋼結構施工尚屬首次，定制龍門吊滿足結構吊裝和高架層上構件水平倒運的需求，由于軌道布置在梁上，對高架層結構影響較小，非常適合本工程鋼結構施工；
通過對大跨度鋼拱橋結構在高架層上施工技術的探究以及在新建石家莊站站房鋼結構工程實際中的應用，為我國大跨度鋼拱橋結構體系在施工過程中的工藝、方法等多方面增添了些許寶貴的經驗，為類似結構提供珍貴的施工技術參考。
參 考 文 獻
[1]中國鋼結構協會.《建筑鋼結構施工手冊》.中國計劃出版社.2002（1）
[2]中華人民共和國國家標準.《鋼結構工程施工質量驗收規范》.中國計劃出版社.2002.
[3]中華人民共和國行業標準.《建筑鋼結構焊接技術規程》.中國建筑工業出版社.2002
作者簡介：王策（1982-），北京市機械施工有限公司，助理工程師.
聯系地址：北京市西城區南禮士路15號（100045）
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