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全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程于家堡高铁站日前竣工
来源:中国钢结构门户网 www.gjgmh.com  2015-8-20 9:35:07
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  于家堡高铁站“贝壳”形大跨度穹顶为国际首创。  日前竣工的于家堡高铁站是我国第一条高速城际铁路——京津城际高铁延伸线的终点站,该站房是目前世界最大、最深的全地下高铁站房,也是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程。施工队伍在没有现成经验可供借鉴的情况下,以技术创新为先导,克服了基坑深、地质差、地下水多等难题,为国内高铁站房建设填补了空白,创造了一系列“世界之最”。

  地下连续墙最深达65米

  于家堡站与以往高铁站房建设不同,除了露出地表的穹顶外,站房90%的主体结构都在地下。中国中铁(13.26, -0.24, -1.78%)建工集团于家堡站工程项目部总工程师李根喜介绍说,建设地下车站节地环保,并且便于实现与城市地铁、公路交通的“零换乘”。但是,海河千百年来冲积形成的盐碱地并不适合建设地下工程,透水等地质灾害对整个施工提出了巨大的挑战。

  于家堡站的地下连续墙深度比一般建筑物要求高得多——达到地下60米、最深处到65米,几乎等于300米高楼所需桩基深度,地质条件复杂,基坑开挖及降水的难度大,给地下连续墙施工及基坑开挖安全施工带来极大难度。

  要让设计图纸变成现实,首先起到防护作用的钢筋笼下放必须精准,为了将误差控制在1‰以内,项目部组织了13次专家论证会和计算机BIM模拟地连墙施工,最终采用高精度导墙和三抓成槽施工工艺控制垂直度,完成了此项难度极大的基坑支护工作。有了这个地底的铜墙铁壁作防护,后续的施工作业中成功避免了基坑漏水的风险。

  在复杂的施工过程中,项目部克服困难,相继研发采用了地下连续墙施工、高压旋喷桩施工、AM扩孔灌注桩施工、半顺半逆深基坑施工等技术和工法填补国内空白,使工程顺利推进。

  4200吨重穹顶无支撑

  于家堡站外表独特的造型令人印象深刻,车站以海的文化为灵感设计,西北望去犹如贝壳、东南望去仿佛蓝鲸的透明穹顶,这种“贝壳”形大跨度穹顶为国际首创,被参观的游客津津乐道。

  “从某种角度上讲这个结构有点儿类似鸟巢。可鸟巢内部有混凝土承重,我们这个全部是钢结构承重的。”该项目经理曹景全自豪地介绍说。这个大“贝壳”南北向长143.9米,东西宽度80.9米,最高点离地面25.8米。重达4200吨、相当于半个埃菲尔铁塔重量的穹顶,主要杆件采用36根正螺旋和36根反螺旋曲线钢箱梁相互交叉连接,中间却没有任何支撑物,全部是钢结构承重和周边36个基座施力,这种工艺在国际上都鲜有前例。

  “于家堡站的钢结构非常特殊,有1000多个不同节点,2000多个不同杆件,如果采用高空散装,精度很难保证。”曹景全说,“最大的难度在于连接点太多,不能像普通的建筑一样程式化安装。”

  “我们大小论证会就开了83场,光设计图纸就重达200公斤,最终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。”李根喜说。“大吨位、大跨度、大面积”的超大型构件与超高空整体同步提升,创造了中国又一个建筑奇迹。

  基于对地下站房采光和穹顶承重的考虑,于家堡站穹顶采用了钢结构和膜结构相结合的设计理念。膜结构采用与“水立方”相同的新型建材ETFE膜材料,具有抗撕拉极强、抗张强度高、中等硬度、出色的抗冲击能力、伸缩寿命长、透光性强等特点,仅依靠自然雨水及风即可完成外壳自洁,并且还会根据气温、湿度变化自动连接电脑进行充、放气,既体现着“智能、低碳、绿色”的环保设计理念,又确保了穹顶表面的稳定。

  “除了采用各种绿色新材料新工艺,于家堡车站还是全球首例使用终身健康监测系统的高铁站房,每五分钟就将监测数据传回到主控机房,保障了车站的安全。”曹景全说。

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