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头条丨世界最大最深全地下火车站——于家堡站建设纪实

头条丨世界最大最深全地下火车站——于家堡站建设纪实

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【摘要】:
在距北京170公里的天津滨海新区于家堡金融商务区,塔吊林立,世界最大最深的全地下高铁站房——于家堡站正在紧张施工。这座深达65米的地下宫殿,位于商务区的中心公园,是名副其实的花园式站房。站房的穹顶由1.8万吨不规则钢结构框架撑起。
  在距北京170公里的天津滨海新区于家堡金融商务区,塔吊林立,世界最大最深的全地下高铁站房——于家堡站正在紧张施工。这座深达65米的地下宫殿,位于商务区的中心公园,是名副其实的花园式站房。站房的穹顶由1.8万吨不规则钢结构框架撑起,同时采用了与水立方相同的透明膜结构屋顶。这些技术的使用在全球高铁站房建设中尚属首例,对未来高速铁路站房建设具有技术引领作用。这一引领者是中铁建工集团。中铁建工人用智慧和汗水,延伸京津城际铁路,助推京津冀一体化的协同发展。
 
 
 
超大深基坑创高铁站房之最
  于家堡站房占地超过8.6万平方米,总建筑面积27万平方米,地下最深达65米,是目前国内最大最深的全地下综合性交通枢纽工程。其选址在一块三面环水的盐碱地,透水、流沙成为施工最大的天敌。如何将图纸变成现实?项目总工李根喜认为首先要应对海河边的软土,为站房奠定坚实的基础。 
 
  钢管柱成为于家堡站房坚实的立足点。“起先的设计是两根钢管柱配合支撑梁支撑起主体和穹顶钢结构,但考虑到特殊地质问题,项目部提出了增设钢管柱的想法。”李根喜介绍,“虽然三根钢管柱的施工难度比两根要大得多,但考虑到整体建筑稳定性,项目部还是进行了方案变更。”在没有开挖基坑前,这些钢管柱的位置就被确定,每根钢柱在下压过程中的定位精度达到1‰。为解决传统桩基抗浮力弱、无法承受巨大的地下水压力问题,他们采用了国内少有的3台AM扩孔旋挖钻机,使成孔质量达到了最优,同时减少了钢筋、混凝土等材料的使用,降低了桩基土方开挖量,并将工期提前30天。
 
  要让于家堡站房在地下生存,还必须解决流沙和透水难题。现在65米深的地下连续墙已经成为项目部最为杰出的作品之一。为防止地下水进入站房,他们围绕整座站房建造了一道1米厚、1435米长的“城墙”,它能够有效阻止流沙和透水对建筑造成的伤害。它建在地下65米深处,并且相当于天津地区一般高层建筑物桩基的3倍,几乎约等于300米高楼所需的桩基深度。在盐碱地中建一个地下连续墙本就很不容易,尤其是还要建设一个拥有“T、Z、L、一”等异形结构的地连墙,难度可想而知。为此,项目部成立了课题组开展试成槽试验,取得土质、地下水位、泥浆比重等关键数据后订制了施工方案,并邀请清华大学、天津大学等高校专家对施工方案进行了23次论证。在这座坚固城墙的保卫下,于家堡站后续的施工作业中从未发生渗漏水现象,避免了基坑漏水的风险。
 
 
 
万吨钢结构引领站房结构之先
  于家堡站是目前国内最大的地下火车站,其主体“贝壳”型大跨度穹顶为国际首例。这使他成为独一无二的建筑,但对中铁建工的建设者来说,却蕴藏着巨大的挑战。
 
  “在钢结构造型方面有点儿类似鸟巢。可鸟巢内部有混凝土承重,这里却全部是钢结构承重。”据项目经理曹景全介绍,于家堡整体钢结构重量1.8万吨,编织成一个纵向约142米,横向约80米,高约24米的贝壳形穹顶网格结构。“为了保证钢结构的精确性和稳定性,项目部技术团队与天津大学钢结构科研团队联合对钢结构进行了全程研发监控,仅钢结构穹顶支持一个课题,大小论证会就开了83场。”
 
  重达4600吨的站房穹顶中间没有任何支撑,全靠周边基座施力,主要杆件采用36根正螺旋和36根反螺旋变截面曲线钢箱梁相互交叉连接。这种工艺在国际上鲜有前例。500个不同的节点,995个不同的杆件,每连接一次就要变换一次方向。如果采用高空散装,精确度很难保证。“对于中铁建工集团来说,高空整体提升技术并不困难。难度还是在于连接点太多,不能像普通的方方正正的建筑一样程式化安装。”李根喜说。经过严谨的实验论证,项目部决定采用部分逆施工法,提出“地面拼装、部分散装、中心提升”的施工方案。他们将穹顶在地面拼装好后,再设置21个提升点,分区域、分步骤地实现同步提升。为确保万无一失,他们画的设计图纸就重达200公斤。
 
  2013年9月25日,当现场指挥人员向总指挥报告提升各种数据符合设计标准、达到设计要求,提升到达预定位置时,沉寂的施工现场一下子沸腾了起来。这是中国人创造的又一个世界建筑史上的奇迹。
 
 
 
透明膜结构塑造高铁站房之美
  在于家堡站可以享受到360度的视角,乘客在车站内可以仰望天空,也可以通过透明的穹顶看到周围的如画景致。他将是中国最美的高铁站房之一。这种美丽还得益于站房采用了与水立方相同的ETFE膜材料。然而,于家堡站与水立方又是不同的,因为其不规则的钢结构外形,7060平方米的膜结构被分成大小不一的783块,其安装难度要远远大于水立方。 
 
  曹景全说:“为了保证地下站房的透光性,同时考虑承重能力,我们选择的是水立方的透明ETFE膜,中间有银灰色的镀点,满足了折光率的要求,同时也会使颜色更加丰富、亮丽。”ETFE膜是一种坚韧的材料,各种机械性能可以达到较好的平衡——抗撕拉极强、抗张强度高、中等硬度、出色的抗冲击能力、伸缩寿命长。“我们试过,一个人站在上面跳都不会撕破。”两层膜之间将用气体填充,若干区域会为气枕膜配备自由呼吸的充气阀,以确保膜内的空气饱满。同时,ETFE膜还是良好的电介质材料,绝缘强度高。“之所以最后敲定使用膜结构作为外墙,就是希望最大限度地把自然光引入站厅。为此,车站的地下负一层顶板也就是地面一层上,开出了一个近7000平方米的孔洞,使得在地下一层站厅候车的旅客也可享受自然光,同时节约能源。”
 
  不规则的外形给膜结构安装带来挑战。783个大小不一的膜结构气枕,最大的42平方米,最小的仅0.5平方米。为此,项目部进一步深化设计,在钢结构安装的同时,由专人用了两个月时间对每一个气枕膜的尺寸进行了高精度测量定位。针对气枕膜易被尖锐物体划伤的特性,项目部在深化设计中提出了在气枕膜上安装支架,防止鸟类停歇造成不必要的伤害。针对站房起火引起的烟雾排放问题,项目部设计了顶部中央区域18块气枕膜自动脱落装置。目前,膜结构安装正在进行。
 
  曾经以北京南站开启了中国高速铁路站房建设新模式的中铁建工集团,凭借高超的施工技能和过硬的管理,正在渤海之滨打造着中国高速铁路站房的又一极。(来源:《中国中铁报》)