王建永 藍(lán)戊己

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

2019年，我國城市老舊小區(qū)改造的大規(guī)模啟動(dòng)，標(biāo)志著我國建筑業(yè)進(jìn)入新建與加固改造并重階段[1]，移位技術(shù)在內(nèi)河航道升級(jí)、鐵路電氣化改造、高速公路改擴(kuò)建、城市更新等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)移位技術(shù)的研究也會(huì)更加深入。

本文在參考已有的研究成果及移位工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了移位技術(shù)的應(yīng)用方向及研究趨勢(shì)，以期為移位技術(shù)工程應(yīng)用及研究提供參考。

1 移位技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 移位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

移位技術(shù)在我國經(jīng)過近30年的發(fā)展，在既有建（構(gòu)）筑物移位改造、新建建（構(gòu)）筑物移位建造、工業(yè)設(shè)備安裝等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2]。同時(shí)，移位技術(shù)還應(yīng)用于古樹名木的整體平移，如2001年浙江三門縣1 200歲的古樟樹向西平移40 m，2008年浙江建德386歲的古樟樹整體移位74 m、頂升3.5 m。

1.2 移位技術(shù)研究現(xiàn)狀

移位技術(shù)的專項(xiàng)子技術(shù)可以分解為托換技術(shù)、臨時(shí)性地基處理與軌道基礎(chǔ)技術(shù)、結(jié)構(gòu)切割分離技術(shù)、移位設(shè)備裝置及同步控制技術(shù)、移位過程中的姿態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)、就位連接技術(shù)[3]。

1.2.1 托換技術(shù)的研究

托換結(jié)構(gòu)多采用抱柱梁和雙夾墻梁，為了研究托換結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理，眾多研究者進(jìn)行了試驗(yàn)研究及理論分析，并提出了不同的設(shè)計(jì)方法。

框架結(jié)構(gòu)多采用抱柱梁托換形式，張正先等[4]得出了新舊混凝土界面連接節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的計(jì)算公式；杜健民等[5]提出了托換體系抗沖剪承載力的預(yù)計(jì)模型；劉建宏[6]提出了大截面柱的控制參數(shù)及定義；王瓊[7]研究了鑿毛、植筋、支承形式對(duì)抱柱梁節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響；張?chǎng)蔚萚8]提出了引入托換梁跨高比后的托換節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算公式；都愛華等[9]提出了托換節(jié)點(diǎn)承載力與縱筋、箍筋、高跨比相關(guān)的計(jì)算公式；吳二軍等[10]建立了規(guī)則凹凸咬合界面的受剪承載力方程。

砌體結(jié)構(gòu)多采用雙夾墻梁形式，杜健民等[11]假定了承重磚墻托換體系承載力平面桁架力學(xué)模型并推導(dǎo)了承載力計(jì)算公式；張?chǎng)蔚萚12]研究了不同托換梁截面高度及縱筋配置對(duì)托換結(jié)構(gòu)受力性能及破壞形態(tài)的影響。

不同研究機(jī)構(gòu)對(duì)混凝土抱柱梁、夾墻梁等托換結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理進(jìn)行了眾多的研究及分析，在理論分析及試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出新建界面的受剪承載力計(jì)算公式，但對(duì)受力機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍不夠深入，各自的承載力計(jì)算公式存在較大差異。

1.2.2 下滑道梁的研究

2002年，江南大酒店整體平移工程中設(shè)計(jì)了沉管灌注樁方案和木樁地基處理方案[13]；2006年，廈門市檢察院刑偵樓設(shè)計(jì)了同心圓圓弧形滑道梁[14]；2013年，安達(dá)火車站整體平移工程首次采用冰面作為下滑道梁，整體平移240 m旋轉(zhuǎn)90°[15]；2016年，龍溪塔整體平移工程應(yīng)用了復(fù)合地基加固方案[16]。

1.2.3 平移工藝及裝備的研究

移位工藝的創(chuàng)新與研發(fā)大多以實(shí)際項(xiàng)目為背景，當(dāng)常規(guī)工藝與裝備較難解決移位項(xiàng)目難題時(shí)，必然會(huì)促進(jìn)工藝與裝備的創(chuàng)新。

2003年，上海音樂廳整體平移頂升工程為了實(shí)施多點(diǎn)同步頂升，研發(fā)了一種力和位移綜合控制的頂升方案，而且為了克服移位過程中的不均勻沉降，首次采用了液壓懸浮工藝[17]；2006年，廈門市檢察院刑偵樓采用無固定軸的圓弧曲線牽拉移位技術(shù)，整體旋轉(zhuǎn)45°，最大弧長(zhǎng)57.4 m；2009年，濟(jì)南經(jīng)八緯一路老別墅采用平板拖車整體移位25 km[18]；2014年，某公路轉(zhuǎn)盤內(nèi)的城市景觀雕塑移位工程首次采用高壓氣囊移位技術(shù)[19]；2020年，廈門后溪車站整體移位工程首次采用交替步履器技術(shù)，旋轉(zhuǎn)90°，最大弧長(zhǎng)288 m。

1.2.4 就位方式的研究

2001年，江南大酒店整體平移后，采用聚四氟乙烯隔震支座進(jìn)行連接[20]；2005年，山東豐大銀行舊址整體平移后，增設(shè)隔震橡膠墊與滾軸共同支撐上部結(jié)構(gòu)荷載[21]；2008年上海市清水灣保護(hù)建筑[22]及2017年玉佛禪寺大雄寶殿的隔震就位采用摩擦滑移組合隔震技術(shù)[23]。

移位建筑物與新建基礎(chǔ)的分離狀態(tài)使基礎(chǔ)隔震在移位工程中的實(shí)施成為一種優(yōu)勢(shì)，值得對(duì)托換、移位、就位等施工過程的關(guān)鍵技術(shù)作協(xié)同研究。

2 移位技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 移位技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

移位技術(shù)在工程實(shí)踐中得到了發(fā)展。隨著城市更新、裝配式施工的快速推進(jìn)，移位技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)總體涵蓋3個(gè)方面：

1）移位技術(shù)與傳統(tǒng)施工工藝結(jié)合，形成新的開發(fā)模式及建造工藝，并且在城市更新中得到快速推廣。比如移位技術(shù)與逆作、順作、蓋挖、管幕、隔震等工藝相結(jié)合，解決城市核心區(qū)歷史建筑群地下空間的開發(fā)難題[24]。

2）不同領(lǐng)域的移位技術(shù)借鑒與融合，從而開發(fā)出新型的移位工藝，提升移位技術(shù)的智能化及自動(dòng)化水平，提高移位速度和精度。

3）通過工藝及技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)移位技術(shù)的成本降低，比如模塊化裝配式托換結(jié)構(gòu)、滑道梁、臨時(shí)加固結(jié)構(gòu)等的研究及推廣應(yīng)用。

2.2 移位關(guān)鍵技術(shù)研究趨勢(shì)

移位理論的建立和裝備的自動(dòng)化、智能化升級(jí)是新時(shí)代移位技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。因此，未來會(huì)對(duì)移位關(guān)鍵子技術(shù)方面展開深入的研究。

2.2.1 建（構(gòu)）筑物托換與移位關(guān)鍵力學(xué)模型研究

1）整體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型與振動(dòng)分析。

移位施工中，除同步控制誤差及累積誤差會(huì)對(duì)建筑物造成不利影響外，加速度及振動(dòng)也可能會(huì)對(duì)建筑物造成擾動(dòng)。目前的移位研究多側(cè)重于對(duì)同步誤差的控制，對(duì)移位振動(dòng)的影響研究較少，多以直觀感受為主，尤其是一些歷史保護(hù)建筑，本身存在較多的薄弱環(huán)節(jié)，迫切需要開展移位加速度和振動(dòng)的相關(guān)監(jiān)測(cè)及動(dòng)力特性的研究，得出量化的評(píng)估分析，為移位設(shè)計(jì)與施工提供參數(shù)。

2）托換關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)力學(xué)模型研究與分析。

目前，研究人員及工程技術(shù)人員對(duì)移位托換技術(shù)最為關(guān)注，研究得也較深入，但是各自的承載力計(jì)算公式存在較大差異，不同規(guī)范的承載力計(jì)算結(jié)果相差近2倍。

研究日趨深入后，會(huì)形成能夠兼顧安全及經(jīng)濟(jì)目標(biāo)且形式統(tǒng)一的承載力計(jì)算公式。除了托換新舊界面承載力研究外，有必要對(duì)托換及移位工程進(jìn)行系統(tǒng)分析及總結(jié)。

托換結(jié)構(gòu)的受力傳力與新建結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，實(shí)際移位工程中托換結(jié)構(gòu)也多有裂縫出現(xiàn)，說明移位托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化計(jì)算方法與實(shí)際受力不完全相符，比如切斷對(duì)托換結(jié)構(gòu)及建筑結(jié)構(gòu)的影響、剪扭耦合的影響、不均勻沉降及平整度誤差的影響等。

3）移位條件下結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)評(píng)估研究。

移位條件下結(jié)構(gòu)受力與靜力分析相比，有其不確定性及特殊性，有必要針對(duì)移位條件下結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估研究，比如頂升工況下鋼支撐循環(huán)式壓縮與回彈的量化研究、移位條件下水平偏位的研究等。

① 頂升中的豎向工具式鋼支撐是頂升千斤頂?shù)闹误w系，由不同高度的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過法蘭螺栓進(jìn)行接高，高度有0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 m等不同規(guī)格。臨時(shí)支撐在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，此部分變形包含材料的彈性變形及法蘭拼縫處的空隙，根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，拼縫處的空隙壓縮占主要部分。每個(gè)支撐點(diǎn)的差異壓縮沉降會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)姿態(tài)的變化，每個(gè)行程累積下來會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)制變形及附加內(nèi)力。

目前，鋼支撐壓縮為非線性，其與單點(diǎn)位置的上部結(jié)構(gòu)荷載、法蘭拼縫數(shù)量、臨時(shí)鋼支撐高度等相關(guān)，目前的頂升缺乏實(shí)際的數(shù)據(jù)，計(jì)劃研究壓縮變形的規(guī)律性，以指導(dǎo)實(shí)際施工中消除該不利影響。

② 由于千斤頂安裝垂直度誤差、鋼托架的垂直度誤差、同步頂升控制誤差等原因的存在，頂升過程中不可避免地會(huì)引起建筑物的附加水平偏位（包括水平扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)），附加水平偏位會(huì)隨著頂升高度的增加持續(xù)累積，如果控制不好，會(huì)對(duì)建筑物的軸線對(duì)中及就位連接造成不利影響。計(jì)劃通過監(jiān)測(cè)建筑物頂升過程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移，開展對(duì)水平偏位的數(shù)量及形態(tài)研究，分析水平偏位與客觀誤差及頂升控制的關(guān)系，找到水平限位裝置水平力設(shè)計(jì)的參數(shù)，并在實(shí)際頂升中進(jìn)行相關(guān)研究。

2.2.2 移位裝備升級(jí)改造與智能化

1）位移與壓力組合式同步控制技術(shù)。

上海音樂廳研發(fā)了一種力和位移綜合控制的方案，建立在位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上。現(xiàn)在頂升工程的體量越來越大，對(duì)于面積大、頂升點(diǎn)繁多且頂升位移控制點(diǎn)距離較近的情況，如果采用單純的位移式控制，由于上部結(jié)構(gòu)及上托盤梁整體剛度較大，位移控制點(diǎn)間距太近可能互相干擾，使得個(gè)別位移傳感器被帶動(dòng)造成該處千斤頂壓力浮動(dòng)過大，或者不再供壓而出現(xiàn)行程脫空現(xiàn)象，脫空點(diǎn)很有可能引起房屋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)制變形。

研究“位移＋壓力”組合控制技術(shù)可以改進(jìn)單純位移控制的缺點(diǎn)，達(dá)到在頂升過程中局部頂升點(diǎn)在脫空前直接切換為壓力跟隨的壓力控制狀態(tài)，以壓力值作為控制基礎(chǔ)，達(dá)到位移同步的目的。

2）自動(dòng)保護(hù)式頂升裝置研發(fā)。

建筑物在升降施工時(shí)，會(huì)因?yàn)橐簤呵Ы镯攦?nèi)泄、油管斷裂、停電、機(jī)械故障等多種原因而突然回收，進(jìn)而造成建筑物失穩(wěn)或者內(nèi)力變化過大的破壞情況?，F(xiàn)有的建筑物頂升的安全保護(hù)方法為隨動(dòng)支撐、液壓千斤頂安裝液壓鎖或平衡閥來保持液壓千斤頂工作時(shí)的安全。針對(duì)一些頂升面積大、頂升高度高、頂升工期長(zhǎng)的情況，需要研發(fā)一種在各種意外情況下均能保證建筑物安全的設(shè)備。

3）智能感知研究。

同步頂升控制精度是通過PLC液壓同步控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，以位移控制為主、壓力控制為輔。每一頂升行程需要倒換一次，循環(huán)頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。若每一倒換過程誤差0.1 mm，則頂升到位后累積誤差已經(jīng)比較大。常規(guī)需要每頂升4個(gè)左右循環(huán)后，通過全站儀測(cè)量建筑物的整體姿態(tài)，檢驗(yàn)頂升的成果，并以此數(shù)據(jù)為依據(jù)指導(dǎo)下一頂升參數(shù)的調(diào)整。

在建筑頂升中的測(cè)量會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，而且實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也有其局限性（受溫度等影響），不能作為絕對(duì)的參考數(shù)據(jù)。計(jì)劃開展頂升工況下建筑物整體姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，為結(jié)構(gòu)分析和移位控制形成信息閉環(huán)和網(wǎng)上展示。

2.2.3 托換與移位施工技術(shù)的創(chuàng)新

1）裝配化與循環(huán)利用。

實(shí)際工程中絕大多數(shù)托換結(jié)構(gòu)和滑道梁均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而很少利用具有顯著可重復(fù)利用優(yōu)勢(shì)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)行規(guī)范也幾乎未提及相關(guān)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)方法。裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、速度快、可拆卸重復(fù)利用等突出優(yōu)點(diǎn)，在特定條件下的工程中無疑將具有經(jīng)濟(jì)性和工期短的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)其應(yīng)用范圍和技術(shù)要求進(jìn)行明確規(guī)定是十分必要的。

2）預(yù)防性可調(diào)平主動(dòng)托換技術(shù)研究。

鄰近既有建筑物的基坑開挖及下穿建筑物的隧道開挖必然會(huì)對(duì)建筑物地基及基礎(chǔ)造成擾動(dòng)，從而對(duì)建筑物產(chǎn)生不利影響，會(huì)造成建筑物沉降、傾斜、開裂等損傷。常規(guī)的處理措施為建筑物外側(cè)或內(nèi)部注漿加固地基，以及在建筑物內(nèi)部壓樁補(bǔ)強(qiáng)建筑物地基及基礎(chǔ)承載力。

基坑及隧道開挖對(duì)建筑物地基及基礎(chǔ)的不利影響是一項(xiàng)持續(xù)性且時(shí)間跨度相對(duì)較長(zhǎng)的活動(dòng)，單純采用常規(guī)的被動(dòng)式補(bǔ)強(qiáng)加固措施只可能減小開挖對(duì)建筑物的影響，無法完全避免開挖的影響，尤其是施工的復(fù)雜性，常規(guī)被動(dòng)式托換和加固無法準(zhǔn)確量化基坑對(duì)相鄰建筑物造成的影響。有必要研究與開發(fā)可以全過程控制開挖對(duì)建筑物不利影響的預(yù)防性可調(diào)平主動(dòng)式托換技術(shù)。

3）快速移位頂升技術(shù)研究。

移位技術(shù)的發(fā)展，使其需求越來越大、應(yīng)用場(chǎng)景越來越廣泛，在某些特殊情況下（如鐵路梁更換搶險(xiǎn)）對(duì)整體移位速度有著超常規(guī)要求，目前的移位速度（1～3 m/h）及常規(guī)施工工藝無法滿足這些要求。因此在保證安全的前提下，研究快速移位的裝置以及施工工藝，大大縮短移位的整體工期很有必要。比如香港國際機(jī)場(chǎng)天際走廊采用了場(chǎng)外預(yù)制拼裝，整體頂升安裝的施工方法，主橋整體運(yùn)輸、頂升18 m、定位及固定焊接在4 d內(nèi)完成[25]，該項(xiàng)目采用了船舶移位中的SPMT拖車技術(shù)。

另外，廈門后溪車站整體旋轉(zhuǎn)90°，旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)288 m，首次采用交替步履走行裝備，將頂推點(diǎn)分散到各頂升位置，相較傳統(tǒng)移位方法，該裝置旋轉(zhuǎn)平移的精確性及自動(dòng)化水平大大提高，縮短了移位作業(yè)的周期。

2.2.4 移位建（構(gòu)）筑物功能再生與韌性提升研究

1）移位建（構(gòu)）筑物功能再生方案研究。

移位技術(shù)的市場(chǎng)接受程度越來越高，應(yīng)用場(chǎng)景越來越廣泛，但是早期移位技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用都是工程進(jìn)展到某個(gè)階段后被動(dòng)式的應(yīng)用。

其實(shí)，移位技術(shù)也應(yīng)該積極參與到工程開發(fā)的前端，更早期地參與到規(guī)劃階段、方案階段及設(shè)計(jì)階段中，在恰當(dāng)?shù)碾A段利用合適的移位技術(shù)手段解決工程中的難題，從而達(dá)到縮短工期、減少造價(jià)的目的。若對(duì)有移位需求的新建建筑，在建造設(shè)計(jì)階段即考慮移位的設(shè)計(jì)，對(duì)有改造要求的建（構(gòu)）筑物，在規(guī)劃階段即考慮移位技術(shù)的應(yīng)用，將移位路線、地下空間開發(fā)、就位連接、移位動(dòng)作組合等綜合比選分析，并且與新建工程結(jié)合，達(dá)到建（構(gòu)）筑物功能再生的目的，確定最優(yōu)的改造方案。

2）地下空間開發(fā)中托換移位協(xié)同施工技術(shù)研究。

在地下室頂板上移位時(shí)，傳統(tǒng)的解決辦法為將地下室頂板荷載通過臨時(shí)支撐傳遞至地下室基礎(chǔ)，此種支撐技術(shù)需要在地下室內(nèi)部設(shè)置鋼管或混凝土支撐，工程量大，工程費(fèi)用高，而且支撐與原結(jié)構(gòu)體系傳力不明確。

托換層技術(shù)是通過設(shè)置縱橫梁系直接將上部結(jié)構(gòu)傳遞至地下室框架柱上，通過原有框架柱傳遞至永久基礎(chǔ)，不需要在地下室內(nèi)部設(shè)置臨時(shí)支撐，而且托換結(jié)構(gòu)自成體系，完工后拆除方便。

3 結(jié)語

移位技術(shù)經(jīng)過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐及試驗(yàn)和理論研究，與早期移位技術(shù)相比，已取得了質(zhì)的飛越，但與未來廣泛的應(yīng)用需求之間還有不小的提升空間。

因此，有必要對(duì)移位關(guān)鍵子技術(shù)方面展開深入研究，主要研究?jī)?nèi)容包括移位關(guān)鍵力學(xué)模型研究、移位裝備升級(jí)改造與智能化研究、移位施工技術(shù)的創(chuàng)新、移位建筑功能再生與韌性提升等，從而實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)理論分析、設(shè)計(jì)方法研究、設(shè)備裝置升級(jí)、施工技術(shù)創(chuàng)新等方面的突破，促進(jìn)移位技術(shù)的整體進(jìn)步。