全地下火車站
——于家堡站建設(shè)紀(jì)實(shí)

本刊記者 賈澤輝

全地下火車站
——于家堡站建設(shè)紀(jì)實(shí)

The underground railway station——construction documentary of Yujiapu Station

本刊記者 賈澤輝

近日，世界最大、最深的全地下高鐵站房，也是全球首例單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程——于家堡高鐵站正式竣工。于家堡站是京津城際高鐵延伸線的終點(diǎn)站。于家堡站建成后，從北京南站到達(dá)于家堡的時(shí)間將縮短至45min。施工方中國(guó)中鐵建工集團(tuán)在沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可供借鑒的情況下，克服了基坑深、地質(zhì)差、地下水多等難題，為國(guó)內(nèi)全地下高鐵站房建設(shè)填補(bǔ)了空白，并創(chuàng)造了多項(xiàng)“世界之最”。

地下連續(xù)墻最深達(dá)65m

于家堡站占地超過(guò)8.6萬(wàn)m2，總建筑面積27萬(wàn)m2，于家堡站與以往高鐵站房建設(shè)不同，除了露出地表的穹頂外，站房90%的主體結(jié)構(gòu)都在地下，是目前國(guó)內(nèi)最大最深的全地下綜合性交通樞紐工程。其選址在一塊三面環(huán)水的鹽堿地，透水、流沙等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)整個(gè)施工提出了巨大的挑戰(zhàn)。

于家堡站的地下連續(xù)墻深度比一般建筑物要求高得多——達(dá)到地下60m、最深處到65m，幾乎等于300m超高層建筑所需樁基深度，地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑開(kāi)挖及降水的難度大，給地下連續(xù)墻施工及基坑開(kāi)挖安全施工帶來(lái)極大難度。

于家堡高鐵站外觀圖

要讓設(shè)計(jì)圖紙變成現(xiàn)實(shí)，首先起到防護(hù)作用的鋼筋籠下放必須精準(zhǔn)，為了將誤差控制在1‰以內(nèi)，中國(guó)中鐵建工集團(tuán)于家堡站工程項(xiàng)目部組織了13次專家論證會(huì)和計(jì)算機(jī)BIM模擬地下連續(xù)墻施工，最終采用高精度導(dǎo)墻和三抓成槽施工工藝控制垂直度，完成了此項(xiàng)難度極大的基坑支護(hù)工作。有了這個(gè)地底的銅墻鐵壁作防護(hù)，后續(xù)的施工作業(yè)中成功避免了基坑漏水的風(fēng)險(xiǎn)。在復(fù)雜的施工過(guò)程中，項(xiàng)目部克服困難，相繼研發(fā)采用了地下連續(xù)墻施工、高壓旋噴樁施工、AM擴(kuò)孔灌注樁施工、半順半逆深基坑施工等技術(shù)和工法填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，使工程順利推進(jìn)。

在地下連續(xù)墻施工中，成槽多采用地下連續(xù)墻液壓抓斗施工，一般地下連續(xù)墻液壓抓斗適用較松軟土層，具有施工速度快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但天津?yàn)I海地區(qū)的地質(zhì)情況不同于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)，該地區(qū)土質(zhì)呈上軟下硬特征，地表以下至25m大多為淤泥質(zhì)土層，而25m以下為粉砂層，而且超深地下連續(xù)墻的施工垂直精度很難保證。最適宜的施工方法應(yīng)是抓銑結(jié)合的成槽工藝，即地表下25m以上較松軟土層采用地下連續(xù)墻液壓抓斗施工成槽，25m以下粉砂層部分采用雙輪銑設(shè)備施工成槽，這樣施工速度能夠得到保證。但是此種成槽工藝造價(jià)高，技術(shù)要求高，同時(shí)雙輪銑成槽設(shè)備國(guó)內(nèi)很少，難以滿足工期進(jìn)度要求。

根據(jù)地質(zhì)水文條件、地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度、形狀及工期進(jìn)度的要求，項(xiàng)目部綜合考慮，確定了將地下連續(xù)墻液壓抓斗、旋挖鉆機(jī)、氣舉反循環(huán)設(shè)備作為本次地下連續(xù)墻施工的主要機(jī)具，3種設(shè)備各取所長(zhǎng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、聯(lián)合作業(yè)。在地下連續(xù)墻施工順序上打破傳統(tǒng)依次順序幅施工的常規(guī)做法，改為跳幅的施工順序。

地下連續(xù)墻液壓抓斗

旋挖鉆機(jī)

氣舉反循環(huán)設(shè)備

地下連續(xù)墻鋼筋籠全部在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)鋼筋制作平臺(tái)上分兩段進(jìn)行加工制作成型。每幅地下連續(xù)墻鋼筋籠重約79t，采用300t和150t履帶起重機(jī)配合進(jìn)行吊裝。起吊時(shí)，先將鋼筋籠水平吊起，然后升300t履帶起重機(jī)主吊鉤、放150t履帶起重機(jī)副吊鉤，最終由300t履帶起重機(jī)將鋼筋籠凌空吊直。

施作導(dǎo)墻

成槽

鋼筋籠吊裝

混凝土澆筑

千根鋼管柱擎起三層地下空間

鋼管柱成為于家堡站房堅(jiān)實(shí)的立足點(diǎn)。在沒(méi)有開(kāi)挖基坑前，這些鋼管柱的位置就被確定，每根鋼柱在下壓過(guò)程中的定位精度達(dá)到1‰。為解決傳統(tǒng)樁基抗浮力弱、無(wú)法承受巨大的地下水壓力問(wèn)題，樁基成孔大部分采用進(jìn)口大直徑大功率旋挖鉆機(jī)施工，有效保證了樁身垂直度，并采用具有國(guó)際領(lǐng)先水平的AM可視可控液壓擴(kuò)孔工法進(jìn)行擴(kuò)孔施工，保證了擴(kuò)底成孔的有效直徑，同時(shí)減少了鋼筋、混凝土等材料的使用，降低了樁基土方開(kāi)挖量，并將工期提前30天。

整個(gè)站房近千根鋼管承重柱深植地下，每隔9m就有一根，每根柱子的直徑都有1m，最長(zhǎng)的柱子近30m，確保了建筑物的結(jié)構(gòu)安全。鋼管柱的施工過(guò)程采用了先進(jìn)的HPE(鋼管柱液壓可控插入施工)技術(shù)，在打樁機(jī)成孔后先將混凝土澆筑至規(guī)定高度，再用液壓設(shè)備將鋼管插入其中，最后再向鋼管中灌注混凝土，形成承重柱。該工藝將施工時(shí)間從半個(gè)月縮短至3天，且避免了人工下管內(nèi)操作，增加了安全系數(shù)。

大直徑鉆孔灌注樁成孔作業(yè)

AM工法擴(kuò)底鉆機(jī)擴(kuò)底成孔施工

AM樁鋼筋籠吊裝作業(yè)

大直徑大深度鋼管柱

鋼管柱吊裝到位

HPE工法插入鋼管柱

4600噸重鋼結(jié)構(gòu)穹頂無(wú)支撐

于家堡站外形獨(dú)特，其主體“貝殼”型單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程為國(guó)際首例。整個(gè)穹頂南北向長(zhǎng)143.9m，東西寬度80.9m，最高點(diǎn)離地面25.8m，重達(dá)4600t，主要桿件采用36根正螺旋和36根反螺旋曲線鋼箱梁相互交叉連接，中間卻沒(méi)有任何支撐物，全部是鋼結(jié)構(gòu)承重和周邊36個(gè)基座施力。

于家堡站穹頂鋼結(jié)構(gòu)有1000多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，2000多個(gè)不同桿件，如果采用高空散裝，精度很難保證。經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)論證，項(xiàng)目部決定采用部分逆施工法，提出“地面拼裝、部分散裝、中心提升”的施工方案。

網(wǎng)殼分段工廠加工制作后，發(fā)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，中間穹頂先拼裝成提升分塊，并搭設(shè)提升架，待下部分段吊裝后進(jìn)行整體提升；下部吊裝分段按從下到上的順序逐根安裝，并在中板上搭設(shè)臨時(shí)支撐。中間穹頂提升分塊采用2臺(tái)80t汽車起重機(jī)進(jìn)行構(gòu)件的拼裝；下部吊裝分段在下部圈梁支座外側(cè)頂板混凝土板上采用2臺(tái)250t履帶起重機(jī)直接進(jìn)行吊裝。

中間穹頂整體提升采用液壓同步提升技術(shù)，共設(shè)置21個(gè)提升點(diǎn)，邊緣17個(gè)提升點(diǎn)分別設(shè)置1個(gè)提升塔架，每個(gè)塔架上設(shè)置1臺(tái)100t油缸，網(wǎng)架中間設(shè)置2個(gè)三角塔架群，三角塔架群上設(shè)置200t油缸。邊緣一圈下吊點(diǎn)采用原有網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)板焊接耳板作為錨固結(jié)構(gòu)；中間下吊點(diǎn)采用圈梁設(shè)置牛腿作為錨固結(jié)構(gòu)。

穹頂鋼結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程

穹頂鋼結(jié)構(gòu)提升后全景

主體結(jié)構(gòu)吊裝完成后，即開(kāi)始結(jié)構(gòu)的卸載施工。結(jié)構(gòu)卸載是將屋面網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)從支撐受力狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換到自由受力狀態(tài)的過(guò)程，即在保證現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系整體受力安全、主體結(jié)構(gòu)由施工安裝狀態(tài)順利過(guò)渡到設(shè)計(jì)狀態(tài)。卸載采用分區(qū)逐級(jí)卸載技術(shù)，利用液壓千斤頂同步卸載，保證了卸載過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

穹頂鋼結(jié)構(gòu)卸載過(guò)程

穹頂鋼結(jié)構(gòu)安裝完成全景

基于對(duì)地下站房采光和穹頂承重的考慮，于家堡站穹頂采用了鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。膜結(jié)構(gòu)采用與水立方相同的新型建材ETFE膜材料，具有抗撕拉極強(qiáng)、抗張強(qiáng)度高、中等硬度、出色的抗沖擊能力、伸縮壽命長(zhǎng)、透光性強(qiáng)等特點(diǎn)，僅依靠自然雨水及風(fēng)即可完成外殼自潔，并且還會(huì)根據(jù)氣溫、濕度變化自動(dòng)連接電腦進(jìn)行充、放氣，既體現(xiàn)著“智能、低碳、綠色”的環(huán)保設(shè)計(jì)理念，又確保了穹頂表面的穩(wěn)定。