大跨度结构封闭料场施工分析

任永兴

(中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116600)

0 引言

近些年，随着国内环保意识的增强，以及国家环保政策的导向，促使钢铁企业的料场进行棚化改造。封闭料场具有空间大，施工场地小，且与企业生产并行等特点，从而导致了封闭料场的特殊的施工工艺，利用料场部分场地搭建拼装胎架，拼装后用支撑胎架合拢，再利用滑移设备把桁架水平推移就位。此种施工方案有效地解决了场地小的问题，实现了企业不停产施工，提高了施工的安全性，降低了施工成本。本文对江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司烧结2#原料场大棚实际案例中施工重点及难点进行分析。

1 总体概况

该项目建设地点为江苏省淮安市淮钢股份有限公司烧结厂，在原有料场上进行棚化改造，长度514 m，宽度150 m，高度42.5 m。宽度方向横跨3个储料条，其中含有2条胶带机，每条胶带机上有2台堆取料机，堆取料机高度为19.8 m。料场南侧为京杭大运河，间距为50 m，北侧为废钢场地，东西为横向上料胶带机及转运站。设计结构形式为管桁架结构，屋面系统为压型钢板及采光板。

2 工程特点

2.1 构件种类

该工程管行架组成构件分为上弦杆、下弦杆、竖腹杆、斜腹杆、横联杆、斜联杆。

2.2 施工重点及难点

1)焊接要求高。

2)测量及吊装精度要求极大。

3)场地紧张。

4)分段对接精度要求高。

5)钢结构施工不能影响正常生产。

6)预应力施工工艺复杂。

2.3 设计简介

封闭宽度150 m，长度514 m，棚高(拱顶最高处)42.5 m，大棚东西向。南北方向将一次料场3台斗轮堆取料机全部封闭在内，预留堆取料机运行安全距离(见图1)。管桁架大棚采用两端铰支的拱桁架，拱桁架为三角形立体桁架。为减小拱脚推力，在满足斗轮机操作空间的前提下，设置平衡钢索。结构形式为管桁架，外围护采用彩钢板和采光板间隔围护。东西侧抗风桁架为四边形立体桁架，承担山墙重量及水平荷载，上端与主桁架焊接连接，下端为固定铰支座。屋顶檩条及山墙檩条采用C型钢或高频焊H型钢。

图1 桁架整体示意图

3 主体结构安装

3.1 技术准备

施工技术准备主要包括：①编制结构拼装技术方案；②编制结构吊装技术方案；③编制预应力施工专项方案；④编制结构滑移施工方案。

3.2 拼装胎架的制作

拼装胎架的设计要求有以下几点：

1)拼装胎架根据桁架对称性设计能够互用的拼装胎架。

2)拼装胎架依据桁架分布单元，要求在拼装胎架上一次完整拼装。

3)支撑胎架的对接点要避开胎架节点位置，满足焊接空间同时给胎架重复利用预留合理的结合点。

4)拼装场地要充分考虑吊装工序，特别是吊车占位及行走路线要充分考虑，拼装胎架位置要利于桁架吊装，尽可能避免桁架吊装时空中转体。同时对拼装胎架的杆件及胎架强度要详细计算，确保胎架的刚度及稳定性。

5)地面拼装胎架场地要求硬化，在硬化地面上依据胎架钢管的端面及中心线做出固定控制点位，弧线部位要多点控制，每段桁架吊装后要对胎架定位重新校验，这样布置可有效避免胎架重复组装时产生位移变化，从而有效控制桁架的拼装精度。

6)桁架拼装先对上、下弦的主管组装，上弦先组装胎架下部主管，确保胎架组装的操作空间，然后组装桁架腹杆及支管，并对其精准定位、焊接。

7)桁架的主管固定在拼装胎架的装配平台上，再利用吊车、桁架控制点及固定定位块定位，利用调节板控制精度，确保主管之间的相对位置准确。

根据该工程特点及上述主桁架分段，桁架分段最大重量约20 t。拼装胎架必须稳固、结实。地面已被业主硬化处理，设置预埋件。地面铺设φ273 mm×12 mm钢管，钢管与地面埋件焊接，型钢上设置胎架立杆，立杆采用φ219 mm×10 mm，间距随桁架节点间距，设置在跨中(节点与节点中间)。

3.3 桁架拼装步骤

桁架主要为三角拱桁架结构，故采用卧式组装，这样可减少胎架高度，降低焊接的难度，使焊接质量更容易得到保证。

拼装步骤：拼装场地基处理→放线→胎架制作→弦杆上胎组拼→腹杆拼装→杆件组拼完成整体调整、校验→报验→焊接→二次报验→出胎。

3.4 拼装工况

胎架设置，先根据桁架坐标转化后的X、Y投影点硬化场地；对弦杆放X、Y的投影线、放标高线、检验线及支点位置，并提交验收，埋设预埋件。根据支点处的标高设置胎架模板，胎架模板搭设后牢固可靠。

拼装精度控制措施：①胎架范围内的下部地面要求碾压平整，控制沉降，面层要求硬化处理，经计算预埋埋件，胎架底部与埋件焊接固定，固定后要进行检验，保证胎架的强度要求，从而确保安全可靠；②对胎架的安装前后及过程进行放线、复尺测量，确保胎架的精度可控；③胎架上要有控制构件基准线和中心线的定位支撑，构件吊装到胎架上利用定位支撑固定，依据设计要求定位校核后点焊固定；④构件定位后对相关数据存档备案，以便校验后续构件精度。构件在点焊的情况下，周边不能大型机械、设备行走，避免震动导致构架脱焊移位，确保构件完整的精度性；⑤焊接必须按照相关要求规范焊接，为了减少焊接收缩，要求先对焊接量大的部位焊接，依次排序同时采用对称焊接；⑥所有焊工均要通过《焊工技术考试规程》考试；⑦雨雪天气不能露天施工，焊接构件表面潮湿需要吹干处理，常规采用压缩空气吹干，也可采用氧气乙炔火焰烘干。大风天气不利于焊接工作，风力8 m/s以上焊接，需要做防风措施。根据气温选用合适的焊材，气温过低时应对构件预热处理，对焊条增设保温措施，施焊温度按JGJ81-2019标准确定；⑧高空对接的弦杆装配时应采用码板临时固定，待弦杆焊接完成后拆除码板。

3.5 支撑胎架安装

3.5.1 支撑胎架安装顺序

第一步，根据胎架埋件布置图的深化图纸导出每个胎架埋件的位置坐标；第二步，将导出来的坐标使用全站仪测设到实地位置，并作标记；第三步，在+2.00 m柱脚基础混凝土浇筑完成后安装抗震支座，并与埋件焊接；第四步，安装标准节，其中胎架和抗震支座焊接，胎架分段之间采用高强螺栓连接；第五步，为保证胎架的整体稳定，胎架安装到一定高度后，在胎架格构柱之间搭设L90 mm×6 mm双角钢水平支撑，其中水平支撑和胎架采用焊接方式连接。

3.5.2 支撑胎架在建安全维护措施

1)设置防护栏杆。这是临边防护所采用的主要方式，山墙胎架周边、各平台台阶立面均应设置防护栏杆。栏杆的上部横杆距离平台高度1.0～1.2 m，下部横杆距离平台0.5 m，同时要求做踢脚板。防护栏杆必须自上而下用安全立网封闭。接料平台两侧的栏杆，必须自上而下加挂安全立网或满扎竹笆。所有防护栏杆必须刷红黄相间的油漆标志。

2)支撑胎架安全通道。在山墙胎架格构柱B轴处设置安全防护登高通道，便于施工人员上下胎架平台，以避免发生施工人员高空坠落事故。

3.6 桁架安装

3.6.1 区域划分

150 m跨料场总体分为5个吊装区和5个拼装区，采用“散件拼装、空中合拢、累积滑移”的安装思路，同时采用大型吊机由倒数第二个轴作为起始点向倒数最后一个轴(山墙)联体，每榀桁架均由两侧向中间的顺序吊装。先完成1段、5段的吊装，然后完成2段与1段吊装、4段与5段吊装连接，最后吊装3段，左右分别与2段、4段连接。主桁架组装后连接次桁架，同样采用由两侧向中间汇聚施工。弧形桁架的构件采用工厂加工，杆件运抵现场后拼装、吊装，次桁架没有及时连接时主桁架需要增设缆风绳固定，待次桁架、檩条连接后，两榀桁架联体合一后再将倒数第二个轴位置桁架滑移至倒数第三轴位置，空出倒数最后一个轴(山墙)位置后再依次散拼累计安装、滑移。

3.6.2 滑移区域桁架安装

建筑结构采用150 m跨预应力钢拱桁架体系，预应力钢拱桁架由上弦桁架、下弦拉索，以及拉索和桁架之间的撑杆组成，预应力钢拱桁架拱脚与混凝土柱铰接。纵向设七道纵向联系桁架，与横向钢拱桁架组成稳定空间结构体系。

3.6.3 山墙区域桁架安装

1)山墙位置桁架安装步骤。山墙位置的桁架是在主结构滑移完毕以后单独安装，主要思路是从一侧开始，先安装支撑结构，再安装主桁架分段结构。

2)山墙支撑的固定方案。由于山墙桁架下端为铰接，因此在安装山墙支撑时，需要增加临时加固措施：一是在底部增加加固杆件，将支撑底部做成临时固定端；二是在顶部增加揽风绳确保侧向稳定。

3.7 滑移施工

根据现场的实际施工条件，在建筑物西侧(2轴和3轴线)设置固定高空拼装场地，拼装后采取累积滑移的施工方法。

3.7.1 滑移主要技术

1)滑移(液压)。滑移是采用液压爬行器作为滑移驱动动力，液压爬行器构造，后端是楔型夹铁块与滑移轨道通过开闭配合连接，另一端通过爬行器的推杆与桁架的铰接，通过计算机控制中间部位的液压油缸伸缩达到行走功能。

第一步：爬行器楔型夹铁块与滑移轨道夹紧锁死，液压缸注油工作，前段活塞销轴推出，销轴与桁架连接，桁架利用滑靴在轨道上行走。

第二步：爬行器液压销轴伸缸一个行程，桁架向前滑移一个行程，行程距离根据液压缸销轴伸缩能力而定，一般一个行程为300 mm。

第三步：爬行器伸缸完成后，桁架不动，爬行器楔块通过夹紧装置与滑移轨道脱离松开，爬行器缩缸，从而拖动液压缸及夹紧装置前移。

第四步：重复执行以上步骤，桁架经过若干个滑移行程最终到达指定位置。

2)同步性控制。滑移同步性是通过计算机控制完成，通过两侧爬行器控制系统，依据反馈数据统一执行操作指令，实现同步性。

3.7.2 滑移轨道

桁架自身重量巨大，爬行器采用的液压缸是大型构件设备，为了同步滑移安装桁架，需要设置专用轨道，桁架通过滑靴坐落在轨道上，轨道应从桁架初始拼装位置铺设，铺设至桁架最终位置，轨道给爬行器提供反推力，同时保证桁架在轨道上行走通畅。

3.7.3 滑移顶推点

滑移顶推点就是爬行器液压缸伸缩销轴与滑移结构的结合点，连接方式为铰接，顶推点将爬行器水平推力传递给滑移结构，顶推点高度不易过大，同时滑移结构顶推点位置的刚度必须保证，桁架之间设有顶推杆，有效地将顶推力向前传递。本案中轨道正上方沿滑移方向设计通长的纵向桁架则无需额外设置传力构件，但设计中的纵向桁架影响液压爬行器的安装，需进行相应的处理。

3.7.4 滑靴设计

桁架结构自重较大、滑移水平推力较大，宜在滑移支座下方设置滑靴的滑移方式。依据工程的特点，滑靴可设计成80 mm厚的形式，滑板安装在原结构支座底板下方。设计滑板厚度80 mm、滑轨高度140 mm、总高度220 mm。滑靴坐落在轨道上，滑靴两侧设有挡板，防止滑靴脱轨，挡板边缘与轨道预留缝隙(每侧20 mm)，同时滑靴前段要光滑处理，避免滑靴与轨道“卡轨”，侧向挡板前端同样需要圆角，其圆角半径为该板厚度。

3.7.5 滑移过程质量控制

1)加载检测。计算机检测滑移系统正常后开始滑移，爬行器的推力要考虑滑移结构的摩擦力折减系数，还有液压缸压力的的折减。滑移时，先将液压缸压力设置到40%，检查系统是否工作正常，正常后逐级上调压力(每次10%直至100%)。滑移结构即将移动时要对滑移系统进行检查，确认各部位工作正常后继续滑移。

2)正式滑移。滑移的过程中，时刻注意各项数据是否正常，例如液压缸的压力、荷载变化、两侧行进的同步性等。将相关数据做好记录，同时做好比对，以判断系统工作是否正常，两侧的同步性要控制在30 mm以内。一方面通过计算机传感器反馈距离信号，另一方面人工在轨道上做出标记，以确保滑移的同步性。

3)滑移过程同步监测控制方案。①计算机要对每个爬行器的推力的最大值做出设定，当遇到卡阻时，推力大于设定值时，爬行器应自动溢流卸载。防止爬行器间不同步导致滑移结构及爬行器系统破坏。②应在液压系统的回路中设有自动和机械自锁装置。③设有行程传感器监测系统，检测相关实时数据。④计算机控制系统通过各传感器反馈数据及时调整工作状态。⑤滑移过程中，要对滑移状态做直观检测，在滑移梁上做出50 mm标尺单位的标记，时刻对比每个爬行器的行进距离，当同步偏差大于30 mm时，要对爬行器做出调整，必须保证爬行器的同步性。⑥滑移工作状态良好可适当加大标尺，此种方法更为简便直接的监控单条轨道桁架滑移具体的距离。

3.7.6 滑移速度

滑移速度由液压泵源供油及回油流量决定的，该项目设计的液压泵源的主泵流量为36 L/min。根据实际工况，每台液压泵带动3台TJG-1000型液压爬行器，滑移速度控制在6 m/h。

4 结语

以上是根据封闭料场施工顺序系统总结，其中针对施工中重点、难点问题做了详谈，大型空间结构的特殊施工工艺有效地解决施工场地狭小、企业不停产、降低施工成本的问题，且大幅提高施工的安全性。“绿水青山就是金山银山”，在国家大力提倡环保的大背景下，露天料场实现环保封闭成必然趋势，一方面通过料场的封闭有效控制粉尘、地下水污染，另一方面有效降低物料的损耗、提高资源利用率，做到了保护环境、企业可持续发展的目的，愿用我们的勤劳和智慧建设国家美好的未来。