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技術創新打造精品工程

—天津西站站房工程紀實

發布日期：2014-10-17來源：本站編輯：靳明偉

[摘要]

　　在第十一屆中國土木工程詹天佑獎名單上，京滬高速鐵路天津西站站房工程榜上有名。詹天佑獎本就旨在獎勵在科技創新與新技術應用方面成績顯著的工程建設項目，而該項目也因在設計、施工中攻克多項技術難題而得此殊榮。

　　北京市第三建筑工程有限公司總工程師陳碩輝時任該項目的總工。他介紹道，該項目是配套京滬高速鐵路建設的五大鐵路客運樞紐之一，是集鐵路、地鐵、公路客運于一體的大型綜合性交通樞紐。該工程在施工中推廣9項新技術，克服了施工中的多項難題，同時通過新技術創效4100萬元。

　　“鋼結構”創新施工方法

　　陳碩暉介紹，天津西站站房工程屋蓋結構采用雙向空間彎扭箱型斷面鋼構件組成的大跨度聯方網格單層筒殼結構。跨度114米，凈空57米，由72榀交叉大拱和端部的2榀弧形大拱構成，用鋼量近13000噸，為國內首次采用。為此他們采用了分段拼裝，整體提升的安裝技術。

　　“將拱腳及第一分叉節點利用臨時承重支架分段吊裝，第一分叉節點以上部位筒殼部分在已完成的高架層混凝土樓板上拼焊成形，并以第一分叉節點以下部位的拱腳及臨時承重支撐為提升吊點整體提升安裝就位……”陳碩暉詳細介紹著鋼結構拼裝技術的細節。

　　“拼裝完成后，就進入到提升安裝階段，需要將拼裝好的鋼結構提升到46米的高空進行合龍。這種交叉箱形雙曲變截面造型的結構形式剛度變化大，重量分布不均勻，提升時拱結構的受力狀態與安裝后的受力狀態有很大差異，因而向兩側產生很大的推力。網殼變形大，需要在提升時隨時調整構件受力狀態和網殼變形狀態，使之接近于安裝狀態，這不是一件容易的事!”陳碩暉感慨地說。由于要實現整體合攏需要在高空完成144個接口的對接，而且對接精度要相當高，這項工作確實不一般。

　　陳碩暉介紹，為此他們成立了技術攻關課題組，查閱了有關國內外技術資料，仔細研究工程情況，認真分析存在的技術難題，組織了多次專家論證，最終確定了實施方案。通過采用設置預應力張拉體系、編制同步控制軟件、引入力學監測、運用三維激光掃描測量等多項主動控制技術對鋼結構形態進行預控，順利完成 144個對接口無過渡段高精度同時合攏，使空中對接口到位的偏差值全部小于等于2毫米，達到設計要求。成功解決了大跨度復雜鋼結構屋蓋提升安裝的技術難題。

　　三維激光把關測量技術

　　當前，三維激光掃描技術是一項屬國際領先水平的高科技測量技術。天津西站站房大跨度網殼鋼結構筒殼屋蓋提升安裝施工中，首次引入了三維激光掃描測量技術，該測量技術克服傳統測量方法的局限性，通過對被測物體的掃描，獲取海量的點云數據。

　　據陳碩輝介紹，該技術主要用于網殼屋蓋拼裝、提升、安裝，筒殼形態調整，幕墻體系基準結構形態三個階段。

　　就這三種技術他進行了詳細描述，應用鋼結構網殼屋蓋拼裝、提升、安裝三維激光掃描測量技術同步對大跨度箱型聯方網殼整體提升對接口的形態進行測量，為整體提升施工在各工況下的鋼結構形態提供了立體圖形和直觀的數據。

　　基于三維激光掃描數據進行筒殼形態調整的主動控制技術，通過對掃描數據的后處理用計算機進行模擬安裝，判定鋼絞線對筒殼施加的應力與筒殼實際變形與理論變形的偏差值，從而實現筒殼提升安裝過程的變形主動控制。

　　幕墻體系基準結構形態三維激光掃描測量技術，為幕墻的深化設計、加工制作和安裝定位提供依據;其測量數據還被用于筒殼卸載后的變形分析，作為判定網殼結構安全和施工質量的重要依據。

　　“在鋼結構筒殼施工中引入三維激光掃描技術進行安裝控制和形態測量，該技術實現了鋼結構提升安裝的主動控制，解決了大跨度鋼結構筒殼提升多口對接控制、筒殼形態變化監測及幕墻體系測量定位的難題，拓展了三維激光掃描技術在建筑施工中的應用領域，具有很好的推廣價值。”他講道。

　　創新模架支撐計算方法

　　據悉，新建京滬高速鐵路天津西站站房工程軌道層采用現澆型鋼混凝土框架結構，施工過程中，模板面板所圍成的區域決定了型鋼混凝土結構的形狀，而模板支撐體系則是使得模板面板在混凝土澆筑過程中維持設計形狀并保證施工安全的基礎。

　　陳碩輝講到，由于大跨度型鋼混凝土結構的自重及施工荷載較大，該項目通過對型鋼混凝土梁模架受力狀況的監測，測定勁性混凝土梁中型鋼與下部支撐體系的受力情況，利用ANSYS與實測值對比、分析,確定型鋼梁承擔新澆注混凝土荷載比例的計算方法，確定計算模型、編制計算程序，優化模板支撐方案。

　　型鋼混凝土梁模架體系計算方法與試驗研究技術以天津西站工程為背景，對模架體系受力、工字型鋼梁受力等參數進行了現場監測，得出工字型鋼混凝土澆筑期間模架體系的實際受力情況。

　　同時，使用有限元軟件ANSYS對混凝土澆筑過程進行了全過程仿真，根據現場實測數據對有限元模型進行修正，得出了具有應用價值的工字型鋼混凝土梁模架體系計算模型;通過多參數分析，分析型鋼混凝土梁下部支撐體系的受力情況，提出工字型鋼梁承擔混凝土自重比例和優化模架支撐體系的計算方法。此方法優化模板支撐體系，減少支撐材料的用量，減少工程投入、節約施工成本。

　　此外，該工程首次使用具有世界領先水平的低碳型冷熱電三聯供技術，將燃氣發電的余熱回收，用于供熱，并將排煙溫度降至25℃;利用地源熱實現增熱降溫及制冷功能,減少了碳排放物排放量56%。該提高了能源利用和供熱效率，實現了能源的梯級利用，在天津西站能源綜合利用技術設計上，實現了重大突破。