陳蕃鴻，董清崇，王依列，許錦林，邱會安

(1.中建一局華江建設(shè)有限公司，北京 100161； 2.上海天演建筑物移位工程股份有限公司，上海 200336)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的高速發(fā)展，城市空間治理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為現(xiàn)代城市發(fā)展的必然趨勢。許多具有保留價值的既有建筑物可以通過整體平移搬遷到規(guī)劃新址。對有價值建筑采用整體平移技術(shù)替代拆后重建已經(jīng)成為城市規(guī)劃的發(fā)展趨勢，具有節(jié)省資金、對生活影響小、節(jié)省工期、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢。

目前，建筑物平移或旋轉(zhuǎn)的牽引技術(shù)包括牽引機(jī)構(gòu)和牽引動力兩部分，施工程序較為復(fù)雜，且穩(wěn)定性不高，移動速度較為緩慢。因此對牽引技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)是十分有必要的，本文以廈門后溪長途汽車站主站房平移項目為例，介紹一種新型建筑平移牽引技術(shù)——步履式頂推平移技術(shù)。

1 工程概況

廈門后溪長途汽車站主站房平移是目前全球最大帶整體地下室結(jié)構(gòu)的單體建筑旋轉(zhuǎn)平移工程，被平移建筑總建筑面積2.28萬m2，長162m，寬33.6m，重3.018萬t，整體旋轉(zhuǎn)90°、平移最長距離達(dá)288.3m。從地下2層進(jìn)行切割分離并帶地下室進(jìn)行，采用步履式連續(xù)頂推方式沿著建筑物外的虛擬圓心將建筑物一次性旋轉(zhuǎn)平移到新址，如圖1所示。

圖1 平移前后示意

常規(guī)建筑物的平移或旋轉(zhuǎn)采用千斤頂頂推或者牽拉的方式，無論是頂推還是牽拉，均需要在建筑物上做牽引點(diǎn)，并且需要對千斤頂設(shè)置反力支撐點(diǎn)，如果涉及旋轉(zhuǎn)施工的場合，則反力支撐點(diǎn)在設(shè)計和施工中均存在較大難點(diǎn)，平移或旋轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象，安全系數(shù)和施工效率均較低。根據(jù)不同的場合需求，建筑物底部采用固定滑靴或千斤頂懸浮支撐或滾軸滑動的方式，這幾種方式均對軌道的平整度和直線度具有非常高的要求，一旦軌道出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，在滑移副接縫處存在滑靴卡滯現(xiàn)象明顯，平移過程中軌道的不均勻沉降也給整體施工的滑行帶來安全隱患，如果在平移或旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)橫向偏移或扭轉(zhuǎn)的情況，系統(tǒng)糾偏也存在較大的施工難度和風(fēng)險，因此需要對傳統(tǒng)平移旋轉(zhuǎn)施工工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 步履行走器

為解決施工工藝繁瑣問題，提高效率，采用步履式頂推平移技術(shù)。平移設(shè)備包括：步履行走器、液壓控制系統(tǒng)、位移傳感器、壓力傳感器等。

2.1 工藝特點(diǎn)

步履行走器可自動行走，步履走行器上的懸浮千斤頂可自動伸長和收縮，降低對軌道面平整度的要求，提高了平移施工的安全性及現(xiàn)場工人的勞動效率。采用全自動智能化操作系統(tǒng)控制，可視化程度高，每個工況和每個受力點(diǎn)的位移和應(yīng)力自動顯示，達(dá)到了完全的步調(diào)一致，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證了平移建筑物的安全。

2.2 設(shè)備簡介

2.2.1步履行走器裝置

單個步履行走器裝置包括底座、滑移座、滑移副、懸掛輪、頂推油缸、頂升油缸、抱箍、頂部連接板、反鉤板、導(dǎo)向板和豎向?qū)О?。底座上表面通過螺釘固定有1個滑移副；滑移座滑動連接在滑移副上，滑移副一般為四氟乙烯板；頂推油缸為2個，均通過兩端鉸接的方式，一端連接在底座上，另外一端連接滑移座上；頂升油缸的底端通過螺釘固定連接在滑移座上；頂升油缸的頂端通過螺釘固定連接有1個頂部連接板；豎向?qū)О逋ㄟ^螺釘固定連接在頂部連接板上；頂升油缸的外表面上包覆連接有1個用于實(shí)現(xiàn)水平方向糾偏的抱箍，抱箍同時與豎向?qū)О暹B接在一起；底座上設(shè)有4個用于行走器脫空行走時懸掛行走的懸掛輪；反鉤板為2個，一端分別固定在底座兩側(cè)上，另外一端位于對應(yīng)的滑移座上方。導(dǎo)向板為2個，位于滑移座兩側(cè)，通過螺釘固定連接在底座上。具體結(jié)構(gòu)部件如圖2所示。

圖2 步履行走器

2.2.2液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)包括主控計算機(jī)、液壓總站、頂升位移控制系統(tǒng)和頂推位移控制系統(tǒng)，如圖3所示。主控計算機(jī)與液壓總站相連接；液壓總站分別與頂升位移控制系統(tǒng)和頂推位移控制系統(tǒng)連接；頂升位移控制系統(tǒng)分別與托盤梁和頂升油缸連接，并且利用豎向位移控制多個步履行走器上的頂升油缸進(jìn)行同步頂升；頂推位移控制系統(tǒng)分別與下滑道梁和頂推油缸連接，并且利用橫向位移控制多個步履行走器上的頂推油缸進(jìn)行同步頂推。

圖3 控制系統(tǒng)

頂升位移控制系統(tǒng)包括頂升液壓泵站、第1總油管、第1分配器、第1分油管、第1壓力傳感器和頂升位移傳感器。

頂推位移控制系統(tǒng)包括頂推液壓泵站、第2總油管、第2分配器、第2分油管、第2壓力傳感器和水平位移傳感器。

2.2.3PLC(programmable logic controller)同步控制系統(tǒng)

PLC同步控制系統(tǒng)是一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進(jìn)行儲存與執(zhí)行?？删幊炭刂破饔蒀PU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。

平移過程中采集的數(shù)據(jù)，傳遞至PLC同步控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)處理計算，通過PLC同步控制系統(tǒng)及步履行走器實(shí)現(xiàn)平移全過程自動化控制，計算機(jī)自動糾偏，無需人為控制和糾偏。

2.3 平移原理

工作時，頂升油缸豎向頂起構(gòu)件，頂推油缸水平頂推，使滑移座帶著頂升油缸一起產(chǎn)生水平方向的移動，從而帶動構(gòu)件一起移動，實(shí)現(xiàn)平移的目的。其中單組有4個步履行走器，2個為一小組，每小組同步頂升及頂推，多組行走器裝置共同作用，循環(huán)交替頂升及頂推可以實(shí)現(xiàn)建筑物的整體平移或旋轉(zhuǎn)。

主控計算機(jī)通過液壓總站及多臺頂推位移控制系統(tǒng)，給多組步履行走器的頂推油缸發(fā)送指令，提供相應(yīng)的油壓和指定位移參數(shù)，多組步履行走器上的頂推油缸同步向前頂推指定位移，并帶動托盤梁及待平移建筑物沿既定軌道向前平移。具體步驟如下。

1)步驟1(見圖4a) ①A組懸浮頂升；②B組豎向縮缸。

2)步驟2(見圖4b) A組頂推。

3)步驟3(見圖4c) ①B組懸浮頂升；②A組豎向縮缸。

4)步驟4(見圖4d) A組水平縮回。

5)步驟5(見圖4e) B組頂推。

6)步驟6(見圖4f) ①A組懸浮支撐；②B組豎向縮缸

7)步驟7(見圖4g) B組橫向縮回150mm。

圖4 平移步驟

8)步驟8 重復(fù)步驟2～7，使每個步履行走裝置中A組步履行走器與B組步履行走器交替循環(huán)向前行走。

3 施工過程

3.1 施工準(zhǔn)備

1)技術(shù)準(zhǔn)備 形成技術(shù)方案，并進(jìn)行交底，方案中應(yīng)著重對支撐點(diǎn)布設(shè)及平移速度進(jìn)行驗算，確保平移安全，同時計算并調(diào)試待平移建筑物在每條下滑道梁上每步行走位移。

2)物資和材料準(zhǔn)備 包括PLC同步控制系統(tǒng)、泵站、懸浮千斤頂、頂推千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器、油管、工業(yè)網(wǎng)線等設(shè)備已進(jìn)場，設(shè)備參數(shù)符合要求。

3)過渡段施工 樁基施工、土方開挖、下滑梁施工，需滿足圖紙及規(guī)范要求。

4)新址施工 樁基施工、土方開挖、筏板基礎(chǔ)施工、下滑梁施工，需滿足圖紙及規(guī)范要求。

5)舊址施工 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)斷開并對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固，架設(shè)軌道梁及托盤梁，按圖紙及規(guī)范要求施工，且強(qiáng)度滿足要求。

6)平移設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備安裝及線路連接。

3.2 調(diào)試階段

1)調(diào)試 對液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保安裝正確、線路連接可靠、信號傳輸無誤、設(shè)備運(yùn)行正常。

2)試平移 為了觀察和考核整個平移施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)和可靠性，在正式頂升之前，應(yīng)進(jìn)行試頂升和試平移。試頂升高度10mm，試平移完成一個單位的平移距離。檢驗基礎(chǔ)沉降、測點(diǎn)應(yīng)變、整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)變形等情況，為正式移位提供依據(jù)。

3.3 正式平移階段

1)將步履行走裝置中的1組4個步履行走器前后2個步履行走器設(shè)定為A組,中間2個步履行走器設(shè)定為B組。

2)在主控計算機(jī)中對每條下滑道梁上每個步履行走器的頂推位移和頂升位移進(jìn)行設(shè)定；使同一下滑道梁上步履行走器的頂推位移相等，不同下滑道梁上步履行走器的頂推位移之比與對應(yīng)的2條下滑道梁的半徑之比相等(若為直線平移則所有步履行走器每一步行走位移均相等)。

3)操作液壓控制系統(tǒng)中主控計算機(jī)，使A，B組步履行走器交替循環(huán)行走，從而帶動上部建筑向前平移，具體位移步驟如圖4所示。

4)通過PLC系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控，自動化糾偏。

3.4 平移就位階段

1)基礎(chǔ)連接 結(jié)構(gòu)與新基礎(chǔ)進(jìn)行淺留筋法結(jié)構(gòu)柱連接。

2)拆除設(shè)備 待新舊墻柱已連接完成，且混凝土強(qiáng)度滿足上部建筑承載力要求后，拆除設(shè)備及線路。

3)場地恢復(fù) 軌道拆除，土方回填。

4 監(jiān)測分析

為對平移效果進(jìn)行驗證，對建筑結(jié)構(gòu)薄弱部位以及受力較大部位進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測，以了解在平移頂推時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變是否在要求范圍內(nèi)，是否對建筑物造成破壞，驗證步履式頂推平移技術(shù)的安全可靠性。

采用應(yīng)變片監(jiān)測，對計算的結(jié)構(gòu)受力較大部位安裝應(yīng)變片，實(shí)時監(jiān)測平移過程中產(chǎn)生的應(yīng)變大小。

在結(jié)構(gòu)計算過程中，發(fā)現(xiàn)下部托盤梁部位受力較大，需進(jìn)行應(yīng)變檢測。根據(jù)以往工程經(jīng)驗以及對車站的模型分析，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，可明確應(yīng)變最大值不得超過150 με。根據(jù)實(shí)時監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，選取每個應(yīng)變片測得的最大數(shù)值進(jìn)行分析(見表1)。

表1 應(yīng)變數(shù)值 με

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在平移時所產(chǎn)生的應(yīng)變較小，遠(yuǎn)小于應(yīng)變規(guī)定的最大值，因此可以判斷使用步履式頂推平移技術(shù)的穩(wěn)定性較好，不會對上部建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。

5 結(jié)語

相較于傳統(tǒng)的平移技術(shù)，步履式頂推平移技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)不需要設(shè)置牽引點(diǎn)及反力支撐點(diǎn) 傳統(tǒng)的通過頂推或牽拉的牽引方式需要在地面設(shè)置牽引點(diǎn)及反力支撐點(diǎn)，且在旋轉(zhuǎn)工程中存在點(diǎn)位設(shè)置困難、需要多次設(shè)置點(diǎn)位的問題。相較于傳統(tǒng)牽引方式，步履式頂推平移技術(shù)略去牽引點(diǎn)及反力支撐點(diǎn)的設(shè)置，簡化施工流程，降低施工難度，提高施工效率。

2)施工安全性能提升 傳統(tǒng)牽引方式需在結(jié)構(gòu)上部布設(shè)作用點(diǎn)，牽引時會產(chǎn)生較大局部應(yīng)力，需對建筑物采取局部強(qiáng)化措施才能防止出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象，而步履式牽引方式不需要對結(jié)構(gòu)設(shè)置牽引點(diǎn)，不會對結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，避免出現(xiàn)崩頂現(xiàn)象。

3)降低基礎(chǔ)軌道剛度要求 傳統(tǒng)平移技術(shù)平移過程中對基礎(chǔ)剛度要求較高，對軌道不均勻沉降十分敏感，軌道不平整將會導(dǎo)致較大安全隱患影響平移，采用步履式平移技術(shù)則可通過步履行走器調(diào)整升降高度，克服軌道的不平整問題，降低對基礎(chǔ)軌道剛度的要求。

4)自動化控制提高勞動效率 步履式頂推技術(shù)采用PLC同步控制系統(tǒng)，有別于傳統(tǒng)工人現(xiàn)場施工控制平移，采用全自動化的管理方式，實(shí)時采集、分析、監(jiān)控數(shù)據(jù)，自動控制步履行走器的工作，并能進(jìn)行自動糾偏，提高勞動效率，更加適用于施工趨向自動化、智能化的今天。

步履行走器在施工過程中仍存在以下不足之處。

1)結(jié)構(gòu)底部局部應(yīng)力問題 采用步履行走器方式頂升建筑，液壓頂升與建筑底部接觸部位產(chǎn)生較大局部應(yīng)力，因此需要對結(jié)構(gòu)薄弱部位采取強(qiáng)化措施。

2)連續(xù)性不足，產(chǎn)生慣性力影響結(jié)構(gòu)安全 2組步履行走器交替行走之間的間隔，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)下部產(chǎn)生橫向慣性力，容易對結(jié)構(gòu)安全性能產(chǎn)生影響。

未來步履行走器的研究方向應(yīng)集中于克服建筑底部局部應(yīng)力，以及控制系統(tǒng)算法改進(jìn)，提高步履行走器交替工作的連續(xù)性，減小慣性力的影響。步履式頂推平移技術(shù)作為傳統(tǒng)平移技術(shù)的改良，能夠很好地解決傳統(tǒng)平移施工中產(chǎn)生的一些問題，尤其適用于建筑旋轉(zhuǎn)平移工程，為未來建筑平移技術(shù)研究提供了新的方向和參考。