于家堡高鐵站“貝殼”形大跨度穹頂為國(guó)際首創(chuàng)。經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者齊慧攝
日前竣工的于家堡高鐵站是我國(guó)第一條高速城際鐵路——京津城際高鐵延伸線的終點(diǎn)站，該站房是目前世界最大、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。施工隊(duì)伍在沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可供借鑒的情況下，以技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，克服了基坑深、地質(zhì)差、地下水多等難題，為國(guó)內(nèi)高鐵站房建設(shè)填補(bǔ)了空白，創(chuàng)造了一系列“世界之最”。
地下連續(xù)墻最深達(dá)65米
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。中國(guó)中鐵建工集團(tuán)于家堡站工程項(xiàng)目部總工程師李根喜介紹說(shuō)，建設(shè)地下車(chē)站節(jié)地環(huán)保，并且便于實(shí)現(xiàn)與城市地鐵、公路交通的“零換乘”。但是，海河千百年來(lái)沖積形成的鹽堿地并不適合建設(shè)地下工程，透水等地質(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60米、最深處到65米，幾乎等于300米高樓所需樁基深度，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。
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?xún)?nèi)，項(xiàng)目部組織了13次專(zhuān)家論證會(huì)和計(jì)算機(jī)BIM模擬地連墻施工，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)。
4200噸重穹頂無(wú)支撐
于家堡站外表獨(dú)特的造型令人印象深刻，車(chē)站以海的文化為靈感設(shè)計(jì)，西北望去猶如貝殼、東南望去仿佛藍(lán)鯨的透明穹頂，這種“貝殼”形大跨度穹頂為國(guó)際首創(chuàng)，被參觀的游客津津樂(lè)道。
“從某種角度上講這個(gè)結(jié)構(gòu)有點(diǎn)兒類(lèi)似鳥(niǎo)巢。可鳥(niǎo)巢內(nèi)部有混凝土承重，我們這個(gè)全部是鋼結(jié)構(gòu)承重的。”該項(xiàng)目經(jīng)理曹景全自豪地介紹說(shuō)。這個(gè)大“貝殼”南北向長(zhǎng)143.9米，東西寬度80.9米，最高點(diǎn)離地面25.8米。重達(dá)4200噸、相當(dāng)于半個(gè)埃菲爾鐵塔重量的穹頂，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，這種工藝在國(guó)際上都鮮有前例。
“于家堡站的鋼結(jié)構(gòu)非常特殊，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。”曹景全說(shuō)，“最大的難度在于連接點(diǎn)太多，不能像普通的建筑一樣程式化安裝。”
“我們大小論證會(huì)就開(kāi)了83場(chǎng)，光設(shè)計(jì)圖紙就重達(dá)200公斤，最終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。”李根喜說(shuō)。“大噸位、大跨度、大面積”的超大型構(gòu)件與超高空整體同步提升，創(chuàng)造了中國(guó)又一個(gè)建筑奇跡。
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。
“除了采用各種綠色新材料新工藝，于家堡車(chē)站還是全球首例使用終身健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高鐵站房，每五分鐘就將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回到主控機(jī)房，保障了車(chē)站的安全。”曹景全說(shuō)。（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者齊慧）
(原標(biāo)題：全球首例單層大跨度網(wǎng)殼穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程于家堡高鐵站日前竣工)
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