伺服技术在地铁上盖钢结构施工中的应用.pdf

伺服技术在地铁 盖钢结构 施工中的应用术 郁政华 1 ． 同济大学土木工程学院 上海 2 0 0 0 9 2 ；2 ． 上海市机械施工集团有限公司 上海 2 0 0 0 7 2 摘要 中国博览会会展综合体项目E 1 商业中心为大跨度钢框架一 支撑筒结构体系，其正下方为运营中的轨道交通区间隧 道。为保证轨道交通设施的运营安全，经综合考虑 ，决定采用伺服技术进行该商业中心的施工。监测结果显示，轨道 交通区间变形值与设计值接近。有效地保证了轨道交通运营安全。 关键词伺服技术 恒力支撑 轨道交通 钢结构加盖 中图分类号T U 7 5 8 ． 1 1 文献标志码B D OI 1 0 ． 1 4 1 4 4 ／ j ．c n k i ． j z s g ． 2 0 1 5 ．0 8 ．0 1 4 Ap pl i c a t i o n o f Se r v o T e c h n o l o g y t o S u b wa y Ca p p e d S t e e l S t r u c t ur e Co n s t r u c t i o n * YU Zh en gh ua ’ ， 1 ． Co l l e g e o f C i v il E n g i n e e r i n g o f T o n g j i U n iv e r s it y S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ； 2 ． Sh a n g h a i Me c h a n i z e d Co n s t r u c t i o n Gr o u p Co ． ， L t d ． Sh a n g h a i 2 0 0 0 7 2 A b s t r a c t T h e E 1 c o mme r c ia I c e n t e r o f C h i n a E x p o e x h i b it io n c o mp le x p r o i e c t i S a lo n g - s p a n s t e e I f r a me s u p p o R t u b e s t r u c t u r e s y s t e m a n d i u s t b e n e a t h i t ． t h e r e is a n in t e r v a l r a i l t r a n s it t u n n e I i n o p e r a t io n ．1 n o r d e r t o e n s u r e t h e o p e r a t i o n s a f e t y O f r a _ l f a c il it i e s ，a n d a f t er c o mp r e h en s i v e c on s i d e r a t i o n， we d e c i d e d t o a d o p t t h e s e r v o t e c h n o l o g y f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e s a id c o mme r c ia I c e n t e r ． Th e mo n it o r i n g r e s u lt s s h o w t h a t t h e d e f or ma t ion v a l u e s o f t h e r a i I t r a n s i t ln t e r v a I t u n n e I i S v er y c l o s e t o t h e d e s ig n o n e s ． wh ic h c a n e ff e c t iv e ly g u a r a n t e e t h e s a f e o p e r a t i o n o f r a i I t r a n s it ． K e y wo r d s s e r v o c o n s t r u c t i o n c o n s t a n t f o r c e s u p p o R r a iI t r a n s it c a p p e d s t e e I s t r u c t u r e 1 工程概况 中国博览会会展综合体项 目E 1 商业 中心位于整个场馆 的中心 ，四周被A区、B 区、c 区 、D区及F 区场馆环绕。正 下方为轨交2 号线徐泾东站车站区间和盾构区间 ，东侧跨越 盾构区间，最大跨度达8 3 m，西侧跨越车站区间，最大跨 度达l 1 7 I I l 。如图1 所示。 E 1 商业 中心 为钢框架一 支撑筒 结构体 系。结构 内径 1 0 9 m，外径 1 6 6 m。结构地下 1 层 ，地上8 层 ，屋盖最高达 4 3 m。钢结构总质量约2 7 3 0 0 t 。 2 施工特点 E 1 商业中心钢结构施工环境非常复杂 ，存在多专业 、 多标段 、不同工程综合立体交叉施工的情况 。施工时 ，轨 交2 号线 出人 口改造也在同步进行。轨交运营方对于地铁上 方加盖钢结构非常重视，提出轨交区间内施工荷载不得大 注本项目为上海市科学技术委 员 会资助项目课题，课题偏号 为1 3 2 3 1 2 O O 9 O 2 。 作 者简 介 郁政华 1 9 8 1 _ 男 本 科 工程师 i 通 信地址 上 海市 髑 地霞 洛 川 中 艨 翮 号_ 2 0 0 o 7 2 o 嗣 期． 1 2 o 1 5 一 o 6 0 s _ l。 ， 蠹 圜建 筑 袍 工 3 7 J [ t - 第 8 湖 图1 E1 商业 中心与轨交2 号线 的相对位置 于2 0 k N ／ m ，同时加强 了轨交 区间线路沉降监测 ，要求施 工期 间累计沉 降值小于1 0 m m。本工程在轨交区间上方建 造大跨度空间钢结构 ，在 国内尚为首例 。由于轨交车站区 间 、盾构区间对受力非常敏感 ，采用 常规施工工艺显然无 法应对 ，必须提出和实施一种能精确控制施工荷载值 ，以 确保地铁在施工期间安全并正常运营的施工方案⋯ 。 3 大跨度钢结构伺服施工技术 伺服技术广泛应用于机电行业的自动化控制 系统中， 能通过外部参数的设置精确调整相对应的参数和指令。通 、 堑 苎 圭 苎 塑 竺 塑 三 皇 过运用油压泵压力系统和计算机同步控制系统交互作用 ， 实现结构施工的参数化 、自动化 。这一技术 已逐步应用于 大跨度 、大空间钢结构施工中，总结 出了一系列新型施工 技术 整体提升法 、整体顶升法 、滑移法 、攀达穹顶法 、 折叠展开法 、恒力支撑法 、弹性支撑法等。 恒力支撑系统区别于传统的刚性支撑 ，该系统通过液 压千斤顶油压系统和计算机控制系统相结合 ，通过计算机 参数化指令确保液压千斤顶油压为某一恒定值 。当作用于 恒力支撑上的轴力小于恒定值时 ，千斤顶的刚度无穷大 ， 基本没有伸缩量 ；当作用于恒力支撑上 的轴力大于恒定值 时 ，千斤顶处于保压状态 ，刚度变为零 ，千斤顶 自动回 缩，轴力降低至恒定值 。 恒力支撑系统 由4 部分组成 P c 人机交互系统 ，P L C 控 制系统，油压泵压力系统和钢支撑系统。 恒力支撑法是一种利用伺服控制系统控制支撑轴力为 恒定值的施工方法，该方法通过控制支撑轴力值来确保传 递至基础结构的力不会对基础产生破坏 图2 。 l I 人机交 系 r 』 7 压千斤顶 液压千斤顶 液雎千斤顶 l P L C 控制系统 I f 钢 支 撑 一 钢支撑 一 钢支撵一 妇压泵压力系统 伺服控制系统 图2 恒 力支撑伺服技术原理 结合轨交区间上方加盖大跨度钢结构的特殊施工环境 的要求 ，恒力支撑法能有效地控制支撑轴力 ，达到保护轨 交区间的最终 目的 。 4 E 1 商业中心跨轨交区间加盖技术 E1 商业 中心一共 分成4 个区 一 区 、三 区为非转换 区；二区、四区为转换 区，位于轨交 区间正上方 ，跨度分 别为8 3 m、1 1 7 m。为确保轨交的正常运营 ，转换区钢结构 采用2 台大型履带吊分别停机在轨交区间安全控制线以外 ， 跨外对称综合安装。从两边往 中间合拢 ，竖 向支撑采用恒 力支 撑控制轴力 ，并通过路基箱 扩散传递至轨交 区间顶 板。 E 1 商业中心总体施工流程如下 1 一区、三区非转换区采用大型履带 吊自下而上节间 综合安装 ； 2 二区 、四区转换区在轨交区间上方设置恒力支撑 ， 从两边往中间合拢4 层 以下结构 ； 3 4 层以下节间合拢，形成结构 自身刚度 ； 4利用 已形成 的4 层节间刚度 ，自下而上安装5～8 层 钢结构 ，恒力支撑整体卸载。 5 恒力支撑施工有限元施工模拟分析 1 首先通过M i d a s 有限元分析软件建立E 1 商业中心钢 结构整体模型 ，定义边界条件及荷载。 2定义各施工阶段 、施工阶段结构组、边界组 、荷载 组 。 恒 力 支撑 布 置 如 图3 所示 ，车 站 区 间恒 力 值 设 定 为 1 2 0 0 k N，盾构 区间恒力值 设定 为8 0 0 k N。通过2 块 2 ． 4 0 m x 6 ． 0 0 m 路基箱 扩散 ，考虑1 ． 5 0 m覆土 ，车站 区间 支撑轴力荷载值为1 9 k N ／ m ，盾构 区间支撑轴力荷载值为 1 3 k N ／ m ，均小于设计允许荷载值2 0 k N ／ m 。 1 2 0 O k N 恒力支撑 图3 恒力支撑布置 8 O Ok N 悄力支撑 结构合拢后 ，恒力支撑分阶段同步卸载，卸载工况如 表1 所示。 表1 卸载工况 施工工况 车站区间支撑轴力／ k N 盾构区间支撑轴J b ／ k N 第1 阶段 1 2 0 0 8 0 0 第2 阶段 9 0 0 6 0 0 第3 阶段 6 0 0 4 O O 第4 阶段 3 0 0 2 0 0 第5 阶段 O O 通过M i d a s 有限元分析软件分阶段施工模拟分析 ，可 以较准确地反应恒力支撑法施工各个 阶段的结构应力 、应 变。限于篇幅 ，仅以汇总表表述主要参数值 表2 。 表2 各施工阶段应力、应变汇总 施工阶段 X 向位移／ mm Z向位移／ mm 最大应力值／ MP a 支撑轴力／ k N 第1 阶段 5 - 2 5 8 6 8 0 0 ／ 1 2 0 0 第2 阶段 5 - 2 5 8 6 8 0 0 ／ 1 2 0 0 第3 阶段 6 - 2 5 8 6 8 0 0 ／ 1 2 0 0 第4 阶段 一 3 6 1 1 9 2 0 9 8 0 0 ／ 1 2 0 0 如表2 所示，采用恒力支撑法施工，大跨度空间钢结构 最终变形状态均 向外扭转 ，竖向最大变形值达1 1 9 m m，水 平向最大变形值达3 6 m m，结构最大应力达2 0 9 MP a ，与设 下转第9 4 5 页 2 0 1 5 ． 8 ． B u i l d i n g C o n s t lru c t i 。 n 圜 苎 塑 堑 堕三 工 。 5 ． 8 盖 梁施工 钢筋施工一 预应力筋施工一模板施工一混凝土施工一 预应力张拉及锚固一压浆及封锚 5 ． 9 托 架拆除 托架的拆除顺序按 照安装的反 向进行 ，同样需 人工 配合7 5 0 k N 汽车 吊完成 ，先拆除盖梁底模系统 ，然后拆除 托架顶部纵梁 ，再分片拆除主桁架 ，最后拆 除销棒 和牛腿 图4、图5。 图4 型钢托架拆除 图5 托架拆除后盖梁 5 ． 1 0立柱预留孔修复 托架拆除后对立柱上的预留孔进行及时修复 ，用微膨 胀水泥浆封堵 ，并将表面修饰美观。 6 结语 型钢托架具有结构简单 、安拆便捷 、载荷质量大 、重 复利用率高、安全性高 、经济性强 、可缩短工期等特点 ， 通过现场对型钢托架施工的过程和结果来看 ，证明了它具 有这些特点 。对于今后类似的工程，可结合现场的实际情 况 ，灵活设计运用型钢托架 ，也可借鉴和参考此种施工方 法。 ◇◇ 参考文献 ◇◇ 【 1 】张新朝． 型钢一 贝雷梁组合托架在混凝土盖梁施工中的应用[ J 】 ． 铁道 建筑技术，2 0 1 0 3 2 2 2 5 ． [ 2 ]陆开秀． 预应力悬臂箱梁型钢托架的设计与计算[ J 】 广东科技， 2 0 1 2 5 1 5 8 1 5 9 ． [ 3 】屠科技． 钢托架在桥梁大体积盖梁施工中的应用【 J 】 ， 建筑旋工， 2 0 1 3 9 8 3 9 8 4 1 ． [ 4 】吴斯干． 解析大体积混凝土盖梁钢筋施工技术[ J ] ．建材与装饰上甸， 2 0 1 3 7 1 2 0 - 1 2 1 ． 【 5 ]曹玉红． 高墩大体积盖梁托架法施工技术[ J 】 ． 国防交通工程与技术， 2 0 1 2 B 5 7 1 - 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一 ．8 B u il d i n g C o n s t r u c t io n 圜