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創(chuàng)新思路, 集納智慧

—記于家堡高鐵站項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新管理

發(fā)布日期:2016-01-11來源:網(wǎng)絡(luò)來源編輯:靳明偉

[摘要]中鐵建工集團(tuán)北方工程有限公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持以科技為先導(dǎo),強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新,不斷挖掘和釋放技術(shù)潛力,在建設(shè)過程中攻克六大難關(guān),并創(chuàng)造了六項(xiàng)“國內(nèi)外之最”,鑄造了“技術(shù)精品”,不僅填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域多項(xiàng)空白,站房綜合施工技術(shù)更是被中國工程院評(píng)為國際領(lǐng)先水平,堪稱高鐵站房建設(shè)的“工法博物館”。
于家堡站房工程明蓋挖區(qū)施工
于家堡站房工程明蓋挖區(qū)施工

  由中鐵建工集團(tuán)承建的于家堡站是中國第一條高速城際鐵路——京津城際高鐵延伸線的新建終點(diǎn)站,工程總建筑面積86168平方米,為全地下工程。工程設(shè)計(jì)空間大,造型新穎獨(dú)特,結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,技術(shù)含量極高。為了把于家堡站建成高鐵站房中的精品,中鐵建工集團(tuán)北方工程有限公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持以科技為先導(dǎo),強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新,不斷挖掘和釋放技術(shù)潛力,在建設(shè)過程中攻克六大難關(guān),并創(chuàng)造了六項(xiàng)“國內(nèi)外之最”,鑄造了“技術(shù)精品”,不僅填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域多項(xiàng)空白,站房綜合施工技術(shù)更是被中國工程院評(píng)為國際領(lǐng)先水平,堪稱高鐵站房建設(shè)的“工法博物館”。

  一、地連墻綜合施工技術(shù)攻克65米超深地連墻施工難關(guān)

  于家堡站是全地下式車站,三面環(huán)海河,地質(zhì)情況十分復(fù)雜。于家堡站地下連續(xù)墻深度達(dá)到地下60米,最深處65米,有“T”“Z”“L”“一”字形等多種形式,地連墻成槽、鋼筋籠加工、吊裝及接縫處防滲漏等要求極高,給施工帶來了極大難度。為保證地連墻的施工質(zhì)量,確保土方開挖時(shí)的安全,項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)專門成立了課題組,充分開展試驗(yàn),取得土質(zhì)、地下水位、泥漿比重、成槽垂直度控制、成槽速度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)后訂制了專項(xiàng)施工方案,并邀請(qǐng)清華大學(xué)、天津大學(xué)等高校專家對(duì)施工方案進(jìn)行了多次論證。通過采用18米深水泥攪拌樁穿過淤泥層0.5米對(duì)地連墻兩側(cè)槽壁進(jìn)行加固、三抓成槽工藝、泥漿配比優(yōu)化、地連墻防繞流及鋼筋籠整體加工分段吊裝等技術(shù),高質(zhì)量完成了圍繞整個(gè)基坑一圈周長(zhǎng)為1435米的“地下城墻”。在后期的土方開挖階段地連墻垂直度偏差極小,也沒有出現(xiàn)過滲漏水的現(xiàn)象。地連墻施工速度和施工質(zhì)量獲得了業(yè)內(nèi)專家的高度評(píng)價(jià)。由項(xiàng)目組織編寫的《60MT型地連墻垂直度控制技術(shù)》獲國家級(jí)QC成果二等獎(jiǎng);《淤泥層、砂層中60米地連墻施工技術(shù)》獲中施企協(xié)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國中鐵科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

  二、精度控制技術(shù)攻克HPE液壓鋼管柱施工難關(guān)

  在蓋挖區(qū)鋼管柱設(shè)計(jì)直徑1.4米、長(zhǎng)度29米,單根重量最大為48噸。鋼管柱作為蓋挖施工支撐柱,需插入到AM擴(kuò)孔灌注樁內(nèi)3米。由于鋼管柱位于鐵路線間,根據(jù)高鐵限界要求,設(shè)計(jì)要求鋼管柱垂直度為1/600-1/1000。面對(duì)如此巨大鋼管柱吊裝和地下垂直定位的精度要求,鋼管柱的施工難度巨大。因?yàn)槊恳桓摴苤鶎?duì)應(yīng)一根灌注柱,它的定位是唯一的,一旦施工有偏差將無法挽救。為保證鋼管柱施工質(zhì)量,技術(shù)團(tuán)隊(duì)前后組織了大小13次專家論證會(huì),并利用計(jì)算機(jī)模擬施工。通過反復(fù)論證,最終選擇使用HPE樁機(jī)對(duì)鋼管柱進(jìn)行液壓施工。首先測(cè)量人員按照精益求精要求,使用全站儀找好點(diǎn)、定準(zhǔn)位,然后調(diào)整HPE樁機(jī)就位并兩次對(duì)中,以便于鋼管柱下壓時(shí)位置準(zhǔn)確及下壓過程中的精度調(diào)整。鋼管柱就位后利用全站儀進(jìn)行第二次定位,確認(rèn)無誤后在鋼管柱法蘭盤X、Y兩個(gè)方向分別安放垂直度偏差傳感儀器裝置,并根據(jù)目前已經(jīng)垂直定位的鋼管柱進(jìn)行垂直度和初始數(shù)值的設(shè)定,將傳感器數(shù)據(jù)線連接至HPE機(jī)主機(jī)進(jìn)行鋼管柱施工。鋼管柱在下壓過程中隨時(shí)根據(jù)傳感器所測(cè)數(shù)值進(jìn)行垂直度調(diào)整。考慮到從灌注柱澆筑完成到組織鋼管柱下插到位的時(shí)間及預(yù)留10個(gè)小時(shí)的應(yīng)急處理時(shí)間,灌注樁砼的初凝時(shí)間調(diào)整到36小時(shí)。據(jù)此難點(diǎn)與混凝土公司多次進(jìn)行超緩凝混凝土配置試驗(yàn),調(diào)整混凝土配合比。通過不斷努力,最終100根HPE液壓鋼管柱垂直度全部在1/600-1/1000的范圍,滿足了站房行車限界要求,完美地解決了超長(zhǎng)、超重鋼管柱在蓋挖逆作中精度控制的難題。

  三、半順半逆及臨時(shí)鋼便橋施工工藝攻克基坑施工難關(guān)

  站房工程基坑開挖期間的出土效率是保證主體工程進(jìn)度的前提。經(jīng)事先論證比對(duì),技術(shù)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為普通龍門吊出土方式完全達(dá)不到配合進(jìn)度的時(shí)限要求,而且項(xiàng)目要比最初規(guī)劃推遲一年進(jìn)場(chǎng),工期十分緊迫。更為不利的是,周邊四家單位負(fù)責(zé)的市政配套工程已全面展開施工,致使項(xiàng)目施工區(qū)域處于被“全面包圍”狀態(tài),難以滿足正常大面積出土施工的條件。如何實(shí)現(xiàn)“土方開挖、材料運(yùn)輸、工期追趕”三管齊下成為亟待解決的難題。技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過“BIM空間3D建模”分析,提出了“以技術(shù)趕工期,向創(chuàng)新要效益”的思路。在基坑施工階段采取了“半順半逆的施工工藝”,即先進(jìn)行負(fù)一層土方明挖作業(yè),然后施作中板有筋墊層,在墊層上吊裝負(fù)一層鋼骨,鋼骨安裝完成后施工中板結(jié)構(gòu),待中板結(jié)構(gòu)完成后再進(jìn)行負(fù)一層鋼筋砼的施工,同時(shí)進(jìn)行負(fù)二層土方開挖及結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)以上施工總體思路,為科學(xué)合理組織施工,項(xiàng)目自主創(chuàng)造了鋼便橋,即從地面層修筑了一條寬10米、跨度54米的鋼便橋直通中板,然后從中板修筑臨時(shí)出土通道直達(dá)負(fù)二層,這樣土方車輛就可以直接到出土作業(yè)面,使原來蓋挖出土改為了“明挖”,日出土量最多可達(dá)5000立方米,是普通龍門吊出土量的10倍,極大提高了出土效率。地下結(jié)構(gòu)施工期間頂板鋼骨梁、模板、鋼管等材料也均可利用鋼便橋直接到達(dá)所需位置。鋼便橋的創(chuàng)新不僅大大縮短了施工工期,也大量減少了現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械使用等費(fèi)用,有效降低了施工成本。

  四、科研合作攻克大跨度單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)難關(guān)

  于家堡站“貝殼”型大跨度穹頂,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,重量達(dá)4200噸,相當(dāng)于半個(gè)埃菲爾鐵塔的重量。穹頂主要桿件采用36根正螺旋和36根反螺旋變截面曲線鋼箱梁相互交叉連接,中間卻沒有任何支撐物,全部是鋼結(jié)構(gòu)承重,全靠周邊36個(gè)基座施力,且鋼結(jié)構(gòu)有1000多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)、2000多個(gè)不同桿件,每連接一次就要變換一次方向。但普通的高空散裝很難保證精確度,也沒有以往施工工藝可資借鑒。為保證鋼結(jié)構(gòu)的精確性和穩(wěn)定性,技術(shù)團(tuán)隊(duì)選擇與天津大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)科研團(tuán)隊(duì)合作,成立了15人的課題攻關(guān)小組,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全程研發(fā)和監(jiān)控,圍繞鋼結(jié)構(gòu)穹頂支撐課題進(jìn)行了多達(dá)83場(chǎng)大小論證會(huì)。經(jīng)多番嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)論證,最終采用“地面拼裝、部分散裝、中心提升”的方案,即將鋼結(jié)構(gòu)穹頂在地面拼裝好后,再設(shè)置21個(gè)提升點(diǎn),分區(qū)域、分步驟地實(shí)現(xiàn)同步提升。2013年9月25日,穹頂鋼結(jié)構(gòu)整體提升,在各種數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),順利到達(dá)預(yù)定位置,標(biāo)志著項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成了國際首例大跨度單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)的安裝。因其結(jié)構(gòu)獨(dú)特,在提升中引入全過程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)外,還設(shè)立了全球首例“全壽命健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,對(duì)穹頂鋼結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè),進(jìn)一步保證了鋼結(jié)構(gòu)的使用安全。2014年站房穹頂鋼結(jié)構(gòu)被中國工程院認(rèn)定為國際領(lǐng)先水平,并攬獲中國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)工程質(zhì)量最高獎(jiǎng)——中國鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)。

  五、精細(xì)作業(yè)精準(zhǔn)控制攻克異形透明膜結(jié)構(gòu)安裝難關(guān)

  基于采光和穹頂承重考慮,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。該ETFE膜材料兼具采光性好、安全系數(shù)高、質(zhì)量輕、自潔性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。其與水立方膜結(jié)構(gòu)材質(zhì)相同,但于家堡站是國內(nèi)第一家在ETFE膜上使用異形安裝的項(xiàng)目,安裝施工的難度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水立方的規(guī)則六邊形施工。站房穹頂安裝膜的總面積7060平方米,被正反螺旋梁分為783個(gè)大小不一的氣枕,其中最大的約42平方米,最小的僅0.5平方米。考慮到膜的價(jià)格昂貴、購置時(shí)間長(zhǎng),技術(shù)團(tuán)隊(duì)深化設(shè)計(jì),在鋼結(jié)構(gòu)安裝之同時(shí),由專人用了兩個(gè)月時(shí)間對(duì)每一個(gè)氣枕膜的尺寸進(jìn)行了高精度測(cè)量定位。在安裝時(shí),施工人員分成5個(gè)小組進(jìn)行逐一安裝,每個(gè)組由3至5人組成,并安排專人負(fù)責(zé)安全檢查,全工作段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控拍照,做到誰破壞誰負(fù)責(zé)。此外,為避免氣枕膜被尖銳物體劃傷,在氣枕膜上安裝了支架,防止鳥類停歇等造成不必要損害。還在頂部中央?yún)^(qū)域的18塊氣枕膜周邊安裝了440度電阻絲,有效解決了防火和氣體排放的問題。項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)用科學(xué)與集體的智慧讓“鳥巢”和“水立方”在海河之濱實(shí)現(xiàn)了完美融合,“中國最美麗高鐵站房”呼之欲出。

  六、大面積異形水磨石綜合施工工藝攻克防開裂養(yǎng)護(hù)難關(guān)

  與其它公共場(chǎng)所通常選用的大理石地面不同,于家堡站進(jìn)站廳、負(fù)一層候車大廳和公共通道均鋪設(shè)的是大面積仿白麻顏色菱形分格的精美水磨石,與穹頂菱形ETFE膜呼應(yīng),整體風(fēng)格簡(jiǎn)潔順暢,渾然一體。但由于地面下部為地采暖,需要鋪設(shè)保溫板進(jìn)行隔熱,且大面積的單塊水磨石以及額外荷載極易導(dǎo)致水磨石面層開裂,處理不好將極大影響工程質(zhì)量和整體美觀。為此,技術(shù)團(tuán)隊(duì)采用5厘米厚高強(qiáng)度的擠塑板,在墊層處采用雙層鋼筋網(wǎng)片,在保溫板上鋪設(shè)水磨石墊層和水磨石,最后墊層按照水磨石菱形分塊設(shè)置變形縫。在首件試驗(yàn)后,再度細(xì)化施工工藝,專人旁站監(jiān)督,成功避免了開裂問題。同時(shí),采取了先進(jìn)的水晶滲硅施工工藝,確保了水磨石高防滑、高硬度、高光潔度,且耐污損、耐腐蝕、無異味,能保持20年以上的平滑光亮,成功避免了傳統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)致水磨石地面使用3至5年以后,出現(xiàn)因風(fēng)化、磨蝕而變得十分粗糙、污跡斑斑和黯淡無光的問題。

 
 
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