本刊記者 賈澤輝

全地下火車站
——于家堡站建設紀實

The underground railway station——construction documentary of Yujiapu Station

本刊記者 賈澤輝

近日，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殼穹頂鋼結構工程——于家堡高鐵站正式竣工。于家堡站是京津城際高鐵延伸線的終點站。于家堡站建成后，從北京南站到達于家堡的時間將縮短至45min。施工方中國中鐵建工集團在沒有現成經驗可供借鑒的情況下，克服了基坑深、地質差、地下水多等難題，為國內全地下高鐵站房建設填補了空白，并創(chuàng)造了多項“世界之最”。

地下連續(xù)墻最深達65m

于家堡站占地超過8.6萬m2，總建筑面積27萬m2，于家堡站與以往高鐵站房建設不同，除了露出地表的穹頂外，站房90%的主體結構都在地下，是目前國內最大最深的全地下綜合性交通樞紐工程。其選址在一塊三面環(huán)水的鹽堿地，透水、流沙等地質災害對整個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——達到地下60m、最深處到65m，幾乎等于300m超高層建筑所需樁基深度，地質條件復雜，基坑開挖及降水的難度大，給地下連續(xù)墻施工及基坑開挖安全施工帶來極大難度。

于家堡高鐵站外觀圖

要讓設計圖紙變成現實，首先起到防護作用的鋼筋籠下放必須精準，為了將誤差控制在1‰以內，中國中鐵建工集團于家堡站工程項目部組織了13次專家論證會和計算機BIM模擬地下連續(xù)墻施工，最終采用高精度導墻和三抓成槽施工工藝控制垂直度，完成了此項難度極大的基坑支護工作。有了這個地底的銅墻鐵壁作防護，后續(xù)的施工作業(yè)中成功避免了基坑漏水的風險。在復雜的施工過程中，項目部克服困難，相繼研發(fā)采用了地下連續(xù)墻施工、高壓旋噴樁施工、AM擴孔灌注樁施工、半順半逆深基坑施工等技術和工法填補國內空白，使工程順利推進。

在地下連續(xù)墻施工中，成槽多采用地下連續(xù)墻液壓抓斗施工，一般地下連續(xù)墻液壓抓斗適用較松軟土層，具有施工速度快、造價低等優(yōu)點，但天津濱海地區(qū)的地質情況不同于國內其他地區(qū)，該地區(qū)土質呈上軟下硬特征，地表以下至25m大多為淤泥質土層，而25m以下為粉砂層，而且超深地下連續(xù)墻的施工垂直精度很難保證。最適宜的施工方法應是抓銑結合的成槽工藝，即地表下25m以上較松軟土層采用地下連續(xù)墻液壓抓斗施工成槽，25m以下粉砂層部分采用雙輪銑設備施工成槽，這樣施工速度能夠得到保證。但是此種成槽工藝造價高，技術要求高，同時雙輪銑成槽設備國內很少，難以滿足工期進度要求。

根據地質水文條件、地下連續(xù)墻設計深度、形狀及工期進度的要求，項目部綜合考慮，確定了將地下連續(xù)墻液壓抓斗、旋挖鉆機、氣舉反循環(huán)設備作為本次地下連續(xù)墻施工的主要機具，3種設備各取所長、優(yōu)勢互補、聯合作業(yè)。在地下連續(xù)墻施工順序上打破傳統依次順序幅施工的常規(guī)做法，改為跳幅的施工順序。

地下連續(xù)墻液壓抓斗

旋挖鉆機

氣舉反循環(huán)設備

地下連續(xù)墻鋼筋籠全部在施工現場內鋼筋制作平臺上分兩段進行加工制作成型。每幅地下連續(xù)墻鋼筋籠重約79t，采用300t和150t履帶起重機配合進行吊裝。起吊時，先將鋼筋籠水平吊起，然后升300t履帶起重機主吊鉤、放150t履帶起重機副吊鉤，最終由300t履帶起重機將鋼筋籠凌空吊直。

施作導墻

成槽

鋼筋籠吊裝

混凝土澆筑

千根鋼管柱擎起三層地下空間

鋼管柱成為于家堡站房堅實的立足點。在沒有開挖基坑前，這些鋼管柱的位置就被確定，每根鋼柱在下壓過程中的定位精度達到1‰。為解決傳統樁基抗浮力弱、無法承受巨大的地下水壓力問題，樁基成孔大部分采用進口大直徑大功率旋挖鉆機施工，有效保證了樁身垂直度，并采用具有國際領先水平的AM可視可控液壓擴孔工法進行擴孔施工，保證了擴底成孔的有效直徑，同時減少了鋼筋、混凝土等材料的使用，降低了樁基土方開挖量，并將工期提前30天。

整個站房近千根鋼管承重柱深植地下，每隔9m就有一根，每根柱子的直徑都有1m，最長的柱子近30m，確保了建筑物的結構安全。鋼管柱的施工過程采用了先進的HPE(鋼管柱液壓可控插入施工)技術，在打樁機成孔后先將混凝土澆筑至規(guī)定高度，再用液壓設備將鋼管插入其中，最后再向鋼管中灌注混凝土，形成承重柱。該工藝將施工時間從半個月縮短至3天，且避免了人工下管內操作，增加了安全系數。

大直徑鉆孔灌注樁成孔作業(yè)

AM工法擴底鉆機擴底成孔施工

AM樁鋼筋籠吊裝作業(yè)

大直徑大深度鋼管柱

鋼管柱吊裝到位

HPE工法插入鋼管柱

4600噸重鋼結構穹頂無支撐

于家堡站外形獨特，其主體“貝殼”型單層大跨度網殼穹頂鋼結構工程為國際首例。整個穹頂南北向長143.9m，東西寬度80.9m，最高點離地面25.8m，重達4600t，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，中間卻沒有任何支撐物，全部是鋼結構承重和周邊36個基座施力。

于家堡站穹頂鋼結構有1000多個不同節(jié)點，2000多個不同桿件，如果采用高空散裝，精度很難保證。經過嚴謹的實驗論證，項目部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。

網殼分段工廠加工制作后，發(fā)運至現場，中間穹頂先拼裝成提升分塊，并搭設提升架，待下部分段吊裝后進行整體提升；下部吊裝分段按從下到上的順序逐根安裝，并在中板上搭設臨時支撐。中間穹頂提升分塊采用2臺80t汽車起重機進行構件的拼裝；下部吊裝分段在下部圈梁支座外側頂板混凝土板上采用2臺250t履帶起重機直接進行吊裝。

中間穹頂整體提升采用液壓同步提升技術，共設置21個提升點，邊緣17個提升點分別設置1個提升塔架，每個塔架上設置1臺100t油缸，網架中間設置2個三角塔架群，三角塔架群上設置200t油缸。邊緣一圈下吊點采用原有網架節(jié)點板焊接耳板作為錨固結構；中間下吊點采用圈梁設置牛腿作為錨固結構。

穹頂鋼結構吊裝過程

穹頂鋼結構提升后全景

主體結構吊裝完成后，即開始結構的卸載施工。結構卸載是將屋面網殼鋼結構從支撐受力狀態(tài)下，轉換到自由受力狀態(tài)的過程，即在保證現有鋼結構臨時支撐體系整體受力安全、主體結構由施工安裝狀態(tài)順利過渡到設計狀態(tài)。卸載采用分區(qū)逐級卸載技術，利用液壓千斤頂同步卸載，保證了卸載過程中結構的安全穩(wěn)定。

穹頂鋼結構卸載過程

穹頂鋼結構安裝完成全景

基于對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構和膜結構相結合的設計理念。膜結構采用與水立方相同的新型建材ETFE膜材料，具有抗撕拉極強、抗張強度高、中等硬度、出色的抗沖擊能力、伸縮壽命長、透光性強等特點，僅依靠自然雨水及風即可完成外殼自潔，并且還會根據氣溫、濕度變化自動連接電腦進行充、放氣，既體現著“智能、低碳、綠色”的環(huán)保設計理念，又確保了穹頂表面的穩(wěn)定。