全地下火车站——于家堡站建设纪实

本刊记者 贾泽辉

全地下火车站
——于家堡站建设纪实

The underground railway station——construction documentary of Yujiapu Station

本刊记者 贾泽辉

近日，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——于家堡高铁站正式竣工。于家堡站是京津城际高铁延伸线的终点站。于家堡站建成后，从北京南站到达于家堡的时间将缩短至45min。施工方中国中铁建工集团在没有现成经验可供借鉴的情况下，克服了基坑深、地质差、地下水多等难题，为国内全地下高铁站房建设填补了空白，并创造了多项“世界之最”。

地下连续墙最深达65m

于家堡站占地超过8.6万m2，总建筑面积27万m2，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，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60m、最深处到65m，几乎等于300m超高层建筑所需桩基深度，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。

于家堡高铁站外观图

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，中国中铁建工集团于家堡站工程项目部组织了13次专家论证会和计算机BIM模拟地下连续墙施工，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。

在地下连续墙施工中，成槽多采用地下连续墙液压抓斗施工，一般地下连续墙液压抓斗适用较松软土层，具有施工速度快、造价低等优点，但天津滨海地区的地质情况不同于国内其他地区，该地区土质呈上软下硬特征，地表以下至25m大多为淤泥质土层，而25m以下为粉砂层，而且超深地下连续墙的施工垂直精度很难保证。最适宜的施工方法应是抓铣结合的成槽工艺，即地表下25m以上较松软土层采用地下连续墙液压抓斗施工成槽，25m以下粉砂层部分采用双轮铣设备施工成槽，这样施工速度能够得到保证。但是此种成槽工艺造价高，技术要求高，同时双轮铣成槽设备国内很少，难以满足工期进度要求。

根据地质水文条件、地下连续墙设计深度、形状及工期进度的要求，项目部综合考虑，确定了将地下连续墙液压抓斗、旋挖钻机、气举反循环设备作为本次地下连续墙施工的主要机具，3种设备各取所长、优势互补、联合作业。在地下连续墙施工顺序上打破传统依次顺序幅施工的常规做法，改为跳幅的施工顺序。

地下连续墙液压抓斗

旋挖钻机

气举反循环设备

地下连续墙钢筋笼全部在施工现场内钢筋制作平台上分两段进行加工制作成型。每幅地下连续墙钢筋笼重约79t，采用300t和150t履带起重机配合进行吊装。起吊时，先将钢筋笼水平吊起，然后升300t履带起重机主吊钩、放150t履带起重机副吊钩，最终由300t履带起重机将钢筋笼凌空吊直。

施作导墙

成槽

钢筋笼吊装

混凝土浇筑

千根钢管柱擎起三层地下空间

钢管柱成为于家堡站房坚实的立足点。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，桩基成孔大部分采用进口大直径大功率旋挖钻机施工，有效保证了桩身垂直度，并采用具有国际领先水平的AM可视可控液压扩孔工法进行扩孔施工，保证了扩底成孔的有效直径，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。

整个站房近千根钢管承重柱深植地下，每隔9m就有一根，每根柱子的直径都有1m，最长的柱子近30m，确保了建筑物的结构安全。钢管柱的施工过程采用了先进的HPE(钢管柱液压可控插入施工)技术，在打桩机成孔后先将混凝土浇筑至规定高度，再用液压设备将钢管插入其中，最后再向钢管中灌注混凝土，形成承重柱。该工艺将施工时间从半个月缩短至3天，且避免了人工下管内操作，增加了安全系数。

大直径钻孔灌注桩成孔作业

AM工法扩底钻机扩底成孔施工

AM桩钢筋笼吊装作业

大直径大深度钢管柱

钢管柱吊装到位

HPE工法插入钢管柱

4600吨重钢结构穹顶无支撑

于家堡站外形独特，其主体“贝壳”型单层大跨度网壳穹顶钢结构工程为国际首例。整个穹顶南北向长143.9m，东西宽度80.9m，最高点离地面25.8m，重达4600t，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。

于家堡站穹顶钢结构有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。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。

网壳分段工厂加工制作后，发运至现场，中间穹顶先拼装成提升分块，并搭设提升架，待下部分段吊装后进行整体提升；下部吊装分段按从下到上的顺序逐根安装，并在中板上搭设临时支撑。中间穹顶提升分块采用2台80t汽车起重机进行构件的拼装；下部吊装分段在下部圈梁支座外侧顶板混凝土板上采用2台250t履带起重机直接进行吊装。

中间穹顶整体提升采用液压同步提升技术，共设置21个提升点，边缘17个提升点分别设置1个提升塔架，每个塔架上设置1台100t油缸，网架中间设置2个三角塔架群，三角塔架群上设置200t油缸。边缘一圈下吊点采用原有网架节点板焊接耳板作为锚固结构；中间下吊点采用圈梁设置牛腿作为锚固结构。

穹顶钢结构吊装过程

穹顶钢结构提升后全景

主体结构吊装完成后，即开始结构的卸载施工。结构卸载是将屋面网壳钢结构从支撑受力状态下，转换到自由受力状态的过程，即在保证现有钢结构临时支撑体系整体受力安全、主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态。卸载采用分区逐级卸载技术，利用液压千斤顶同步卸载，保证了卸载过程中结构的安全稳定。

穹顶钢结构卸载过程

穹顶钢结构安装完成全景

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。