既有电气化铁路跨线站房钢结构吊装方案研究.docx
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既有电气化铁路跨线站房钢结构吊装方案研究
既有电气化铁路跨线站房钢结构吊装方案研究
摘要:
本文结合广深铁路布吉站建设工程的实例,对既有电气化铁路跨线站房大型钢结构的吊装,阐述了作者在区域分段、运输组织条件分析、风险源控制、吊装机械选用、吊装场地布置、钢结构吊装工况分析等方面的思路,为既有电气化铁路跨线站房大型钢结构吊装提供了经验。
关键词:
电气化铁路跨线钢结构吊装
近几年来,随着国家铁路网建设逐渐形成网络化格局,铁路枢纽车站逐步向综合交通枢纽型式发展。
铁路综合枢纽车站通常集成有火车站、地铁车站、公交站、社会车辆换乘站等功能,铁路车站从以往简易的站房逐步发展成为大跨度、空间立体换乘、高标准的综合性站房。
本论文涉及的综合性枢纽站房,主体站房结构型式采用钢结构、雨棚采用无站台柱钢结构雨棚。
在既有电气化铁路新建或改建铁路跨线式综合性枢纽站房,由于受既有站场的场地限制和既有铁路运输安全的影响,极易造成既有线运输安全事故和人身安全事故。
由于既有铁路处于运营状态,电气化接触网设备的高压带电体与钢结构极易发生触电事故,吊装机具倾覆或构件坠落、侵限等也会对既有电气化铁路设备造成损坏影响行车安全。
因此,钢结构吊装方案的研究显得尤为重要。
1前期调研准备
1.1既有铁路站场设备的调查
既有铁路站场设备调查包括站台、桥隧、股道、车站运转方案、铁路通信信息、电力、电气化接触网设备等。
广深线Ⅰ、Ⅱ线为时速200公里运营客专铁路,Ⅲ、Ⅳ线为时速120公里的客货普速铁路,是国内唯一四条正线并行的准高速铁路。
布吉站工程是在既有广深铁路上新建跨线高架站房,总平面图见图1。
布吉站现有2座基本站台和2座中间站台,均为1.25m高站台,新建布吉站站房横跨广深铁路11条股道,其中正线4条、站线7条。
西侧8、10道未开通,东侧7、9、11道为站线,主要为列车停放和调车作业。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ线及5、6道已搭设电气化接触网;7、9、11及8、10道未搭设电气化接触网。
1.2施工场地布置
施工场地布置包括钢结构预拼装加工场地、吊装机械行走路线、吊装机械回转场地等。
布吉站施工场地狭长,且处于广深铁路的弯道上,东西两侧均为地铁项目施工场地,由于周边交通条件限制,大型平板无法进场,钢结构厂家分段成型现场组装方式根本不可行。
因此,钢结构加工只能采用厂家生产构件,现场分段拼装的方式施工,结合既有广深线布吉站的站场股道运营情况,利用东西基本站台和封锁东西两侧股道作为钢结构预拼装场地。
由于运营电气化铁路不允许在运营状态下跨线吊装,且东西基本站台面不能承受大型吊装机械,因此,吊机行走主要利用2、3中间站台进行钢结构吊装,东西站房的吊装利用东西站房两侧通道,大型机械过轨转运采用跨线钢结构临时栈桥。
施工场地布置图见图1。
1.3主站房及雨棚钢结构型式
根据钢结构设计资料,分析钢结构的各个结构构件组成、拆拼方案、吊点分析、重量分析等,为下一步钢结构的吊装做技术准备。
布吉站站房为东西长150m,南北宽90m的方形结构,楼面标高分别为5.00m,8.60m、15.60m,楼盖为普通钢筋混凝土梁板现浇楼盖。
跨线主站房8.6m结构层为高架候车厅,立柱采用钢管混凝土柱,8.6m楼面结构型式为焊接钢梁混凝土组合楼盖,是跨线吊装的重点部分,也是安全风险最高的施工区域。
主要包括跨线钢箱梁主梁、工字钢次梁及钢管柱。
主箱梁长19m,分段自重26吨,工字钢次钢梁长20m,自重10吨,雨棚主钢桁架长34m,自重20吨,次钢桁架长20m,自重4吨。
屋盖采用倒三角锥空间钢桁架,支撑于钢管混凝土柱上,柱顶标高23.60m。
主站房剖面见图2。
无站台柱雨棚为单层钢结构,屋盖采用倒三角锥空间钢桁架,支撑于钢管混凝土柱上,柱顶标高9.00m。
1.4风险源的分析
既有线施工应严格执行运营铁路安全管理的规定,对风险源的分析应充分论证可能存在的风险,化解可能存在的安全隐患。
电气化运营铁路钢结构安装工程风险源主要有以下几方面:
①吊机机械对站台结构安全的影响(站台面结构安全)
②吊机机械跨线行走影响股道稳定(跨线栈桥搭设方案)
③吊机与电气化接触网设备的安全距离
④吊机回转对既有线限界的影响
⑤钢结构空间转体对电气化接触网设备的影响
⑥吊机的管理与防倾覆预案
⑦钢结构坍塌坠落的预案
⑧夜间封锁过程中照明对施工的影响
1.5运输组织条件
既有线施工如何确保铁路运输安全及施工安全是前提,必须充分利用运输组织的有利条件,结合工程项目的实际制定可行的实施方案,必要时运输部门还应在铁路运输的可能情况下为施工项目提供一定的运输条件,方可保证工程项目顺利实施。
布吉站处于繁忙的广深准高速铁路,行车密度非常大,日间不具备跨既有线钢结构施工的条件,只能利用夜间天窗点封锁施工。
布吉站运转情况见下表。
经铁路运输部门和设备管理部门协商确定,利用西侧未开通的8、10道作为西侧钢结构的预加工场地,封锁东侧9、11道作为东侧钢结构预加工场地,东西侧基本站台与中间站台搭设临时栈桥,分时段封锁7道,利用封锁天窗点组织大型吊机转运。
广深线股道封锁和电气化停电时间段为0:
00至次日4:
00,中间站台之间跨线钢结构吊装作业均采用封锁天窗点实施。
2钢结构吊装方案
2.1总体思路
既有线钢结构吊装运输组织条件确定后,首先根据场地条件和钢结构吊装的要求确定钢结构吊装的总体思路,然后根据钢结构拼装要求和实际交通条件,对施工范围进行区域划分,并确定吊装流程顺序,合理选用吊装机械,提高功效,必要时可以选用不同类型的吊机分工作业。
首先,北雨棚和站房8.6米层跨线钢结构的安装,采用两台大型吊机利用2站台和3站台作为吊车通道进行北雨棚钢结构和主站房钢结构的吊装,跨正线区域吊装作业采用天窗点封锁施工,非跨正线部分钢结构吊装按临近既有线施工方案,钢结构次梁的吊装在东西基本站台利用50吨汽车吊辅助吊装。
其次,北雨棚和8.6米层钢结构安装完成后,进行站房屋盖桁架结构的滑移施工和南雨棚结构的安装,屋盖滑移施工和南雨棚结构的安装同步进行。
由于跨线主站房8.6m钢结构平台吊装完成后,吊装机械已无法进入,屋盖钢结构分段自重为23吨,吊机的站位和臂长受限制,因此,屋盖钢结构采用滑移方式施工。
布置一台大型吊机站位于站房西侧进行屋盖主桁架分段的组装,主站房上部安装3条滑移轨道,主桁架高空组装完成后按照由西向东的顺序进行滑移;同时南雨棚布置大型吊机按照从北向南的顺序进行吊装。
2.2吊装机械
按照吊装的总体思路,吊装机械的选择应根据钢结构分段拼装的需求,结合走行方式、起吊重量、臂长、起吊半径、回转半径及其它要求综合选定。
既有电气化铁路区间的钢结构吊装施工还应充分考虑对既有电气化接触网设备的影响,严格执行电气化铁路的安全管理规定。
2.2.1吊装机械的比较
既有线钢结构施工一般采用轨道吊机和履带吊机或汽车吊机。
轨道吊机可以在封锁时段利用股道行走,占用场地小,但在电气化铁路区段,既有电气化接触网对吊装范围有干扰,必须拨开电气化接触网才能施工,对于尺寸较大,需要空间转体的构件吊装则不适用。
履带吊机灵活机动,臂长和回转不受影响,可以选用较大起重量和臂长的吊机,兼顾各方面的吊装任务,但必须有专用的行走通道,而且对地面的破坏比较大。
结合布吉站钢结构吊装的实际条件,选用大型履带吊机作业比较适用。
近几年来,随着国家铁路网建设逐渐形成网络化格局,铁路枢纽车站逐步向综合交通枢纽型式发展。
铁路综合枢纽车站通常集成有火车站、地铁车站、公交站、社会车辆换乘站等功能,铁路车站从以往简易的站房逐步发展成为大跨度、空间立体换乘、高标准的综合性站房。
本论文涉及的综合性枢纽站房,主体站房结构型式采用钢结构、雨棚采用无站台柱钢结构雨棚。
在既有电气化铁路新建或改建铁路跨线式综合性枢纽站房,由于受既有站场的场地限制和既有铁路运输安全的影响,极易造成既有线运输安全事故和人身安全事故。
由于既有铁路处于运营状态,电气化接触网设备的高压带电体与钢结构极易发生触电事故,吊装机具倾覆或构件坠落、侵限等也会对既有电气化铁路设备造成损坏影响行车安全。
因此,钢结构吊装方案的研究显得尤为重要。
1前期调研准备1.1既有铁路站场设备的调查既有铁路站场设备调查包括站台、桥隧、股道、车站运转方案、铁路通信信息、电力、电气化接触网设备等。
广深线Ⅰ、Ⅱ线为时速200公里运营客专铁路,Ⅲ、Ⅳ线为时速120公里的客货普速铁路,是国内唯一四条正线并行的准高速铁路。
布吉站工程是在既有广深铁路上新建跨线高架站房,总平面图见图1。
布吉站现有2座基本站台和2座中间站台,均为1.25m高站台,新建布吉站站房横跨广深铁路11条股道,其中正线4条、站线7条。
西侧8、10道未开通,东侧7、9、11道为站线,主要为列车停放和调车作业。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ线及5、6道已搭设电气化接触网;7、9、11及8、10道未搭设电气化接触网。
1.2施工场地布置施工场地布置包括钢结构预拼装加工场地、吊装机械行走路线、吊装机械回转场地等。
布吉站施工场地狭长,且处于广深铁路的弯道上,东西两侧均为地铁项目施工场地,由于周边交通条件限制,大型平板无法进场,钢结构厂家分段成型现场组装方式根本不可行。
因此,钢结构加工只能采用厂家生产构件,现场分段拼装的方式施工,结合既有广深线布吉站的站场股道运营情况,利用东西基本站台和封锁东西两侧股道作为钢结构预拼装场地。
由于运营电气化铁路不允许在运营状态下跨线吊装,且东西基本站台面不能承受大型吊装机械,因此,吊机行走主要利用2、3中间站台进行钢结构吊装,东西站房的吊装利用东西站房两侧通道,大型机械过轨转运采用跨线钢结构临时栈桥。
施工场地布置图见图1。
1.3主站房及雨棚钢结构型式根据钢结构设计资料,分析钢结构的各个结构构件组成、拆拼方案、吊点分析、重量分析等,为下一步钢结构的吊装做技术准备。
布吉站站房为东西长150m,南北宽90m的方形结构,楼面标高分别为5.00m,8.60m、15.60m,楼盖为普通钢筋混凝土梁板现浇楼盖。
跨线主站房8.6m结构层为高架候车厅,立柱采用钢管混凝土柱,8.6m楼面结构型式为焊接钢梁混凝土组合楼盖,是跨线吊装的重点部分,也是安全风险最高的施工区域。
主要包括跨线钢箱梁主梁、工字钢次梁及钢管柱。
主箱梁长19m,分段自重26吨,工字钢次钢梁长20m,自重10吨,雨棚主钢桁架长34m,自重20吨,次钢桁架长20m,自重4吨。
屋盖采用倒三角锥空间钢桁架,支撑于钢管混凝土柱上,柱顶标高23.60m。
主站房剖面见图2。
无站台柱雨棚为单层钢结构,屋盖采用倒三角锥空间钢桁架,支撑于钢管混凝土柱上,柱顶标高9.00m。
1.4风险源的分析既有线施工应严格执行运营铁路安全管理的规定,对风险源的分析应充分论证可能存在的风险,化解可能存在的安全隐患。
电气化运营铁路钢结构安装工程风险源主要有以下几方面:
①吊机机械对站台结构安全的影响(站台面结构安全)②吊机机械跨线行走影响股道稳定(跨线栈桥搭设方案)③吊机与电气化接触网设备的安全距离④吊机回转对既有线限界的影响⑤钢结构空间转体对电气化接触网设备的影响⑥吊机的管理与防倾覆预案⑦钢结构坍塌坠落的预案⑧夜间封锁过程中照明对施工的影响1.5运输组织条件既有线施工如何确保铁路运输安全及施工安全是前提,必须充分利用运输组织的有利条件,结合工程项目的实际制定可行的实施方案,必要时运输部门还应在铁路运输的可能情况下为施工项目提供一定的运输条件,方可保证工程项目顺利实施。
布吉站处于繁忙的广深准高速铁路,行车密度非常大,日间不具备跨既有线钢结构施工的条件,只能利用夜间天窗点封锁施工。
布吉站运转情况见下表。
经铁路运输部门和设备管理部门协商确定,利用西侧未开通的8、10道作为西侧钢结构的预加工场地,封锁东侧9、11道作为东侧钢结构预加工场地,东西侧基本站台与中间站台搭设临时栈桥,分时段封锁7道,利用封锁天窗点组织大型吊机转运。
广深线股道封锁和电气化停电时间段为0:
00至次日4:
00,中间站台之间跨线钢结构吊装作业均采用封锁天窗点实施。
2钢结构吊装方案2.1总体思路既有线钢结构吊装运输组织条件确定后,首先根据场地条件和钢结构吊装的要求确定钢结构吊装的总体思路,然后根据钢结构拼装要求和实际交通条件,对施工范围进行区域划分,并确定吊装流程顺序,合理选用吊装机械,提高功效,必要时可以选用不同类型的吊机分工作业。
首先,北雨棚和站房8.6米层跨线钢结构的安装,采用两台大型吊机利用2站台和3站台作为吊车通道进行北雨棚钢结构和主站房钢结构的吊装,跨正线区域吊装作业采用天窗点封锁施工,非跨正线部分钢结构吊装按临近既有线施工方案,钢结构次梁的吊装在东西基本站台利用50吨汽车吊辅助吊装。
其次,北雨棚和8.6米层钢结构安装完成后,进行站房屋盖桁架结构的滑移施工和南雨棚结构的安装,屋盖滑移施工和南雨棚结构的安装同步进行。
由于跨线主站房8.6m钢结构平台吊装完成后,吊装机械已无法进入,屋盖钢结构分段自重为23吨,吊机的站位和臂长受限制,因此,屋盖钢结构采用滑移方式施工。
布置一台大型吊机站位于站房西侧进行屋盖主桁架分段的组装,主站房上部安装3条滑移轨道,主桁架高空组装完成后按照由西向东的顺序进行滑移;同时南雨棚布置大型吊机按照从北向南的顺序进行吊装。
2.2吊装机械按照吊装的总体思路,吊装机械的选择应根据钢结构分段拼装的需求,结合走行方式、起吊重量、臂长、起吊半径、回转半径及其它要求综合选定。
既有电气化铁路区间的钢结构吊装施工还应充分考虑对既有电气化接触网设备的影响,严格执行电气化铁路的安全管理规定。
2.2.1吊装机械的比较既有线钢结构施工一般采用轨道吊机和履带吊机或汽车吊机。
轨道吊机可以在封锁时段利用股道行走,占用场地小,但在电气化铁路区段,既有电气化接触网对吊装范围有干扰,必须拨开电气化接触网才能施工,对于尺寸较大,需要空间转体的构件吊装则不适用。
履带吊机灵活机动,臂长和回转不受影响,可以选用较大起重量和臂长的吊机,兼顾各方面的吊装任务,但必须有专用的行走通道,而且对地面的破坏比较大。
结合布吉站钢结构吊装的实际条件,选用大型履带吊机作业比较适用。
2.2.2吊装机械的选择根据布吉站钢结构吊装的总体思路及现有的运输条件,站房区域主桁架分四段在站房西侧进行就近拼装,根据站房屋盖滑移标准桁架最大的桁架分段重量(23.0吨)和吊装作业半径(不超过20.0米)进行吊机工况分析、选定吊机;根据站房主体结构主箱梁分段,最重约26吨,半径在20米范围内额定起重28.1吨,站房次桁架约4吨,在半径32米范围内吊装,综合以上吊装工况分析情况,参照吊装机械厂家提供的技术参数(图3)选用SC1500型履带吊进行吊装,采用61米主臂进行主站房的主、次钢梁及屋盖钢结构的吊装。
吊装工况图见图4.雨棚区域主桁架分三段进行拼装,最重一个分段为20吨,长度34米,吊车行走路线为2,3站台,在雨棚南侧2,3站台有地下行人通道,为安全考虑,吊车行走路线避开地下人行通道,在外侧1站台,4站台进行吊装。
雨棚区域最不利工况就是吊车站在4站台吊装既有线区域的桁架分段,吊车站位于临时栈桥上进行吊装半径32米范围内61米臂吊装20吨的既有线桁架分段,根据工况分析选用SC1500型履带吊61米臂工况进行雨棚桁架的吊装。
为确保电气化铁路设备的安全还须对吊装最不利的工况进行分析,计算吊装机械、构件与既有铁路电气化设备的安全距离。
2.3钢结构分段拼装站房、雨棚钢结构多为大跨度钢构件,必须对钢构件进行预加工拆解拼装,分段吊装就位后再进行总装。
钢柱一般可以作为单独构件吊装,钢箱梁和钢桁架根据吊装条件按柱位进行分段组装。
确定组装构件分段后,应制定拼装流程,同时对临时支撑、吊装起吊点、吊起起重角度等进行结构计算,核定钢结构的强度、变形、位移等,确保吊装期间不对钢结构产生破坏。
布吉站主桁架为典型索拱桁架,桁架长度均较长,且立面上成倒三角桁架,根据结构吊装需要,主桁架的拼装将采取在地面设置高空拼装胎架进行整体立拼。
主桁架拼装工艺流程如下:
桁架分段卧式拼装胎架制作→桁架主弦杆分段定位→校正→检验→点焊固定→弦杆间腹杆定位并点焊固定→整体拼装检验→合格后按焊接工艺进行焊接→探伤检测→监理工程师检查→分段涂装→检验合格。
3质量控制钢结构施工质量控制包括质量管理目标、质量组织体系、质量管理制度及过程控制等,过程控制主要指构件拼装质量保证措施、构件安装施工的质量控制、焊接施工的质量保证措施、测量的要求、涂装工序质量控制等方面。
4结语既有电气化铁路跨线钢结构吊装安全风险非常大,确保既有线安全是施工作业的前提。
工程实例表明,通过钢结构吊装方案的研究,确定合理的吊装总体方案,化解既有线施工的安全风险,满足了施工的需求,为施工部署提供了指南,也为电气化铁路钢结构跨线吊装施工提供了经验参考。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部,钢结构设计规范[S],Codefordesignofsteelstructures,GB50017-2003[2]中华人民共和国铁道部,铁路营业线安全管理办法[G],GZG/CW112-2010[3]SUMITOMOHeavyIndustries.Ltd.,SC1500性能参数[M]
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