京沪高铁南京南站中国建筑金属结构信息网屋盖结构为双层焊接球网架，长452m,宽216m，投影面积9万余平方米，支座安装高度为40.4m，屋顶标高为59.96m。采取高空分块单元滑移就位施工工艺，滑移最远距离为375 m，单块最大面积216 m X43 m。在施工过程中，网架的卸载是多个滑移单元合拢后卸载，一次最大卸载面积达216 m X107.5 m。利用大跨度钢网架的柔性，采取多台液压千斤顶，分轴不同步卸载。既保证了卸载的效率，又保证了结构的安全及施工质量。
关键词：高空滑移；特大型焊接球钢网架；大面积钢网架分轴不同步卸载。
 
      1  南京南站中国建筑金属结构信息网屋盖工程概况
      南京南站站房屋盖钢网架结构：为双层焊接球网架，长452m,宽216m，投影面积9万余平方米，支座安装高度为40.4m，屋顶标高为59.96m。屋盖造型为周边低中间高，四周均悬挑于柱外，其中南北向悬挑达30m；支撑网架的柱网布置不均，东西向为42m、72m、42m，南北向分别为21.5m、40m、43m等共计68根φ1600×50mm钢管柱，钢管柱材质为Q390C；钢网架屋盖的基本构成单元—钢管柱、万向铰支座、焊接球、杆系等网架层结构钢采用Q345C。屋盖焊接球钢网架的三维效果图见图1所示，网架的典型节点见表1。

图1  屋盖焊接球钢网架的三维效果 京沪高铁南京南站

表1  网架连接节点一览表  房屋盖钢网架高空滑移及卸载技术

2  南京南站焊接球屋盖钢网架工程的特点、难点
      2.1  南京南站焊接球屋盖钢网架工程的特点
      （1）结构体系单纯、结构造型规则
      站房屋盖结构为单纯的大跨度空间网架结构体系，而且整体造型比较规则，构件种类及节点型式也相对少。因此，无论是在结构体系、结构造型方面，还是在构件、节点方面，本工程并没有特殊性，属于常规性的大体量网架结构工程。
      （2）工程体量大、构件数量多
      屋面网架经四周悬挑后达到约9万余平方米，整体中国建筑金属结构信息网总重量约达8000余吨（不含藻井、马道、屋面构件等）。网架构件规格普遍较大，杆件2.4万余根，最大杆件为ф457×32；焊接球6702个，最大球为ф600×22。
      （3）安装跨度大、安装高度高
      屋面网架安装跨度东西向为42m、72m、42m，南北向为21.5m、40m、43m等，跨度普遍较大；高度高度从41.200～58.164米（不包括藻井屋脊高度），且四周均为悬挑，最大悬挑达30米。
      （4）高空拼装焊接量大
现场拼装、焊接多为高空拼装、焊接，高空作业多，焊接条件差，难度高。
      （5）组织、协调工作量大
      屋面网架施工受现场诸多条件限制，网架的设计特征以及现场作业条件，决定了网架工程的组织协调量很大，尤其网架的东西两侧位于无站台柱雨棚上方（悬挑30米）与站前工程施工交叉，且沪汉蓉场已经通车。

2.2  南京南站焊接球屋盖钢网架工程的难点
      （1） 可控选择的施工工艺少
      关于本工程的屋面网架施工方案，自投标阶段，已经进行过多次专家论证：均认为滑移是最适合本工程的施工工艺。这样既解决了，构件、技术措施的垂直运输和水平运输问题，又有效的解决了与雨棚施工（和站台、股道铺轨）之间的冲突；
      （2） 既能满足质量、安全目标，又能实现工期目标的科学组织难度大
      工程质量标准是国优“鲁班奖”，安全目标是杜绝重伤、死亡事故，轻伤事故率低于0.1%；同时须保证已经运营的铁路线，不受施工影响。
      （3） 场地条件苛刻
      狭长的施工区域，仅有南北两端能够利用，大量的技术措施材料、结构构件的水平运、垂直运输输难度大。
      3  关键技术
      在综合工程的特点，充分分析工程的难点的基础上，对南京南站焊接球屋盖钢网架采取了“分单元高空滑移+组合单元卸载就位”的施工方法。
      3.1  工艺流程
      施工准备→滑移单元分块→滑移系统安装→滑移单元拼装、焊接、检验→滑移设备安装调试→滑移→过程检测→就位→填补滑移单元件杆件→大单元卸载→测量监控→形成整体
      3.2  滑移单元的划分
      滑移单元和散装区域划分情况，见图3.2所示。根据结构形式、现场作业面条件及安装施工机械的选择等各种因素进行划分。

图3.2 滑移单元和散装区域划分图  京沪高铁南京南站

      钢网架滑移分片单元划分情况，见表3.2所示。

表3.2 钢网架滑移分片单元划分参数表

      注：此分片单元按照1.5倍滑移单元自重考虑；
      3.3  滑移设备选型及滑移工艺流程
      3.3.1  滑移设备选型
      (1） 钢网架屋盖最大滑移单元，计算重量约为1020吨（编号S-1），荷载不均匀系数取为1.3，滑移启动瞬间最大摩擦系数取为0.3，轨道1、轨道4的最大竖向力均为128吨，轨道2、轨道4的最大竖向力均为380吨。轨道1、4的最大滑动摩擦力分别为F=μN 180*0.3=54吨，轨道2、3的最大滑动摩擦力分别为最大滑动摩擦力F=μN=380*0.3=114吨。
      (2） 推进力：考虑荷载不均匀系数，轨道1、4的推进力=54*1.3=70吨，考虑荷载不均匀系数，轨道2、3的推进力=114*1.3=148吨。 
      (3）依据上述摩擦力及推进力，均选取CSCEC-1000型数字液压同步爬行机器人，单台滑移推进力为100吨！ 
      3.3.2  滑移工艺流程
      数字液压同步爬行机器人依托夹紧装置夹紧轨道的边沿作为反力支撑点，利用爬行机器人液压缸的伸、缩缸来推进或牵引构件水平滑移。数字液压同步爬行机器人工作示意图3.3-1~3.3-4如下：
 

图3.3-1  步骤1   房屋盖钢网架高空滑移及卸载技术

      步骤1、爬行机器人夹紧装置中楔块与滑移轨道夹紧，液压缸前端活塞杆销轴与滑移构件（或滑靴）连接。通过液压缸伸缸，推动滑移构件向前滑移。
 

图3.3-2  步骤2  房屋盖钢网架高空滑移及卸载技术

      步骤 2、爬行机器人液压缸伸缸一个行程，构件向前滑移250mm。

图3.3-3  步骤3  京沪高铁南京南站

      步骤3、一个行程伸缸完毕，滑移构件不动，爬行机器人液压缸缩缸，使夹紧装置中楔块与滑移轨道松开，并拖动夹紧装置向前滑移；
 

图3.3-4  步骤4  房屋盖钢网架高空滑移及卸载技术

      步骤 4、爬行机器人一个行程缩缸完毕，拖动夹紧装置向前滑移250mm。一个爬行推进行程完毕，再次执行步骤1工序。如此往复使构件滑移至最终位置。

3.4  卸载设备的选型及卸载工艺流程
      3.4.1  卸载设备的选型
      根据最大的组合卸载单元的重量，按照每条轴线（①、③、⑥、⑧四个轴）上，每个卸载支点的最大荷载（Q），及整条轴线上的最大荷载（Q和）选择卸载千斤顶。本工程最终选用：TDYG50-200型千斤顶8套。
      3.4.2  卸载工艺流程

就位卸载工艺流程

      3.5  滑移及卸载过程中的工况分析
      3.5.1  滑移工况分析（由于篇幅所限，仅对其中最大滑移单元H3进行介绍）
      滑移单元安装完成时结构的应力和变形如图3.5-1～4所示。根据计算结果可知，安装完成时x方向最大位移约14mm，y方向最大位移约21mm，z方向最大位移约88mm；最大压应力约为-240MPa，最大拉应力约为215MPa。
 

图3.5-1  H-3安装完成时应力分布图（MPa）

  
图3.5-2  H-3安装完成时x方向变形图（竖向：mm）
 

图3.5-3  H-3安装完成时y方向变形图（竖向：mm）

 
图3.5-4  H-3安装完成时z方向变形图（竖向：mm）
 

3.5.2  卸载工况分析
      （仅对一个最大的组合单元进行，卸载工况进行应力应变分析。）拼接后卸载顶升不同步——最大5mm时，卸载单元的应力、应变情况。

-279MPa/220MPa
 

-189MPa/231MPa
 

结构的安全满足设计要求！

4  实施过程图片

图4.1 滑移启动及滑移轨道系统
 
   
图4.2 顶升卸载就位

  
图4.3 脱架卸载千斤顶

 
图4.4 分区域卸载千斤顶

  
图4.5 滑移区域衔接带安装
 

      5  结束语
      现代中国建筑金属结构信息网工程的施工难度越来越大，对施工技术的要求越来越高，在充分研究成熟的滑移工艺技术的基础上，开发出一种高同步性的滑移顶推技术非常有必要，既能为本工程所用，又能为今后施工提前作技术储备。
      本技术的成功应用，保证了南京南站站房工程的工期、质量与安全目标；促进了大型跨线铁路站房钢屋盖体系施工技术；为我公司积累了相关领域的施工经验，为承接后续工程奠定了基础。

作者简介:  吴聚龙，1996年毕业于重庆建筑大学，中建八局高级工程师