新建杭州东站站房项目是高速铁路的重要节点工程, 建成后的杭州东站将成为以高速铁路为主的现代化综合客运站, 规划总建筑面积约24万m², 其中站房面积约8万m²。由出站层、站台层、高架层及屋盖组成。站房钢结构分区如图1所示。

其结构形式多样, 结构构造非常复杂。其中钢结构占很大的比重, 包括出站层大直径钢管柱;站台层大截面焊接H型钢钢骨、纵横梁格;高架层采用的大量大跨度型钢桁架, 夹层中采用大量型钢梁;屋盖支撑体系包括复杂的变椭圆截面锥管柱以及东西两端巨型格构式钢柱。

施工过程中, 出站层钢柱、站台层纵横钢梁、高架层桁架等均采用现场吊装。屋盖中部分桁架采用现场吊装, 中间的大跨度桁架以及高架上方的“鱼眼”则采用整体提升安装, 少部分桁架在高空补缺。其中站房中间段高架层及屋盖的钢结构吊装根据施工场地、工期等因素综合考虑采用2台大吨位行走式塔式起重机作为吊装机械。行走式塔式起重机安装部位、起重量、装拆方式成为工程能否顺利实施的一个重点问题。

对本工程屋盖主桁架的分段情况和构件质量进行分析, 屋盖桁架为5榀, 其中4段两两对称, 屋盖桁架立体和剖面如图2所示。吊装方案考虑中部3榀采用行走式塔式起重机作业, 其外侧2榀桁架采用两端屋盖外的地面履带式起重机进行施工。

行走式塔式起重机施工的第2段桁架质量23.2t, 必须由1台塔式起重机独立负责吊装, 第3段桁架 (跨中桁架) 质量为43.5t, 可由南北两侧塔式起重机采用双机抬吊的方式进行安装。斜钢柱和柱帽桁架可通过深化设计及合理分段、分块, 使其荷载控制在桁架质量以内, 因此不作为决定性因素。

根据桁架质量、吊装距离等情况, 可确定塔式起重机型号为ZSL1100型, 根据该塔式起重机性能参数表可知, 第2段桁架吊装工况, 塔式起重机实际吊装能力为45t;第3段桁架采用双机抬吊的工况, 塔式起重机实际吊装能力最小为28.6×2=57.2t, 均满足桁架质量要求, 并有一定的安全储备。

根据现场钢结构吊装的需要, 行走式塔式起重机的行走范围定在轴。同时据前文对塔式起重机吊装能力的分析, 塔式起重机安装位置可考虑布置在 (11) ~ (12) 轴之间及 (15) ~ (16) 轴之间, 各安装1台塔式起重机, 即可满足屋盖吊装需求。

塔式起重机安装位置常规上考虑均为设置在较为稳定可靠的地面或基础面。而根据杭州东站结构特点, 本工程塔式起重机安装位置还有另一种选择, 即为安装在重钢结构的钢骨梁轨道层。以上两种方案各自的优缺点如下。

1) 安装在基础底板上的优点:塔式起重机的安装更加便利, 基础底板面加固较为可靠, 平面场地更加利于安装操作, 并且轨道梁也可利用行走式塔式起重机进行安装。缺点是:基础底板自身荷载不能满足塔式起重机安装要求, 需根据底板下的工程桩位置和塔式起重机位置设置地梁进行加固, 施工费用较大;基础底板施工需要时间浇筑完成后还需要28d的养护时间以达到足够的强度才能进行塔式起重机安装;塔式起重机吊装工程量增加了轨道梁部分, 并且需完成轨道梁、高架层和屋盖主桁架后方可完成该跨区域的吊装工作, 施工周期相对较长, 不利于穿插施工。

2) 安装在轨道梁上的优点:轨道梁属于重钢结构, 承载力较大, 只需设置很少的保障性临时支撑柱进行加固, 无需等待基础底板28d的养护时间;加固费用较底板大为节约;轨道梁安装可通过行走式塔式起重机负责实施, 通过吊装设备的增加和合理穿插, 施工工期得以加快。缺点是:轨道梁上安装和拆除行走式塔式起重机不够便利。

综上所述从工期、成本等各方面因素综合考虑采用在轨道梁上安装塔式起重机。

选用的ZSL1100行走式塔式起重机整机重为330t, 轨道轨距为10.4m, 采用四轮驱动, 支承塔机的行走轮共有4组16只, 轮距11.2m, 轮径600mm, 最大轮压为1 700k N, 选用轨道型号为QU100。

ZSL1100塔式起重机标准节7节, 高度为6m/节, 全部安装完毕的高度自轨道到回转约为49m, 起升高度为100m, 吊臂长度为56.5m, 平衡臂长9m。行走架高度 (行走轮、横梁、纵梁拼装完毕高度) 约为4m。塔式起重机平衡重50t, 压重50t。现场塔式起重机立面布置如图3所示。

与混凝土结构楼面上安装行走式塔式起重机不同, 本工程的预埋件马墩 (见图4) 是直接焊在钢梁上, 马墩每间隔2 000mm布置1个。选用的H400×408×21×21的型钢轨道梁与布置好的马墩焊接固定, 轨道梁与马墩及马墩与既有结构桁架梁全部采用8mm高角焊缝周焊固定。此马墩的作用其一是为了方便轨道梁的标高控制, 其二是为了不影响以后桁架面的钢筋绑扎施工。

此次工程使用的ZSL1100行走塔式起重机配套使用的行走钢轨型号为QU100起重机专用钢轨、轨道压板及轨道挡板 (见图5) 。

轨道安装前, 对钢桁架轨道梁上预放轨道安装轴线, 同时在轨道两端划好中心线。另外, 考虑轨道较长, 且自身刚度不强, 存在自身弯曲的情况, 故在轨道梁上根据轨道自身宽度, 在轨道安装位置两侧各焊接1块立板, 作为轨道定位施工。钢轨接头处需安装鱼尾板连接。

钢轨铺设在桁架梁上, 用压轨器固定。压轨器需安装牢固, 压实, 定期检查。轨道铺设在轨道梁上后将压轨器螺栓焊接在轨道梁上, 压轨器每间隔500mm安装一个压轨器压紧轨道后再测量调整, 也可通过焊接固定压板代替压轨器压实固定轨道。

本次ZSL1100塔式起重机的安装选用的是SCC2500型250t履带式起重机。选用主臂长度82.5m, 22m工作半径最大吊重35.4t (静吊重) 。

250t履带式起重机停在-23.700m标高位置, 距离 (11) ~ (12) 轴之间的ZSL1000塔式起重机安装距离为半径22m (见图6) 。

安装流程:安装行走机构→安装塔身标准节→安装爬升框→安装回转下座→安装回转上座→安装平衡臂→安装主吊、变幅卷扬、驾驶室、A塔→安装吊臂→安装配重块→穿引变幅、主吊绳→顶升→调试、试吊。

塔式起重机拆除时屋盖中部合拢段预留拆除行走式塔式起重机的缺口和进出场道路, 采用250t履带式起重机来拆除塔式起重机。待塔式起重机拆除完成后此处的钢结构作为最后的合拢段由250t履带式起重机补缺安装。

由于钢结构施工作业面大、构件单件较重, 固定式塔式起重机很难满足吊装要求需要, 而其他重型机械如履带式起重机又无法进入建筑物内部进行作业时, 行走式塔式起重机的可移动特性刚好符合吊装要求。随着钢结构的广泛应用和发展, 行走式塔式起重机的发展前景也会越来越广。