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近日，由天津大學教授，天津市鋼結構協會會長陳志華主持參與完成的“大跨度雙螺旋單層網殼結構關鍵技術研究與應用”成果（以于家堡高鐵站屋蓋鋼結構項目為依托）榮獲2017年度中國鋼結構協會科學技術特等獎。

該項目成果的主要完成單位有天津大學、中國鐵路設計集團有限公司、津濱城際鐵路有限責任公司、中鐵建工集團有限公司、江蘇滬寧鋼機股份有限公司和奧雅納工程咨詢（上海）有限公司北京分公司。

于家堡高鐵站是全球首例單層大跨度網殼穹頂鋼結構工程，2015年9月20日正式通車。于家堡站的建成，標志著北京-天津-濱海新區快速通道的打通，從北京南站、天津站到達于家堡的時間分別縮短至59分鐘、22分鐘。

于家堡高鐵站是全球首例單層大跨度網殼穹頂鋼結構工程，地面站房采用“貝殼”建筑設計方案，其靈感來源于鸚鵡螺和向日葵的螺旋線，從圓形雙向螺旋網格拉伸出初始平面形態，通過數值“懸掛”形成初始形體，再反轉得到貝殼形殼體，形成通透、開敞、明亮、新穎的建筑空間，達到了結構與建筑的完美統一，已成為濱海新區的地標建筑。

于家堡網殼結構體系的創新主要包括復雜優美的網格形式和罕見的大跨度。網殼由36根順時針方向和36根逆時針方向的螺旋形箱梁桿件相互編織，在頂部交織成36個點與頂部鋼環梁連接。在底部也交織成36個鋼節點與底部鋼環梁連接，這樣一個頂環梁+編織網+底環梁的單層編織網通過支座與地下結構頂板連接；形成縱向跨度143米、橫向跨度80米、矢高24米的貝殼形單層網殼結構。

不看不知道，一看嚇一跳！

于家堡高鐵站竟有這么牛！

站在天津濱海新區的于家堡站站房望去，周圍是高樓林立的商務區，中間是全地下高鐵站房上設計下沉式休閑公園綠化，只有穹頂位于地面以上，猶如海河畔鑲嵌了一枚銀色的貝殼，整體美景渾然天成。

于家堡站房是目前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。

除了露出地表的穹頂之外，90%的施工任務都在地下進行，相當于把北京南站的主體施工工作下沉至全地下進行。中鐵建工集團于家堡項目總工程師李根喜說，在工程實施中，項目部克服了基坑深、地質差、地下水多和技術風險大、難題多、含量高等難題。

65米超深地下連續墻創高鐵站房之最！

65米深地下連續墻被李根喜認為是項目部最杰出的作品之一，“在地連墻施工速度和成槽質量方面都處于行業領先地位。”

因為是全地下式車站，而且臨近海河，鹽堿地質給于家堡站的地下連續墻建設提出了高要求——深度要達到地下60米、最深處達65米，相當于天津地區一般高層建筑物樁基的3倍，約等于300米高樓所需樁基深度，且地質條件復雜，地下連續墻是“T”“Z”“L”“一”等異形結構，基坑開挖難度大，極易產生流砂、涌砂，這給地下連續墻施工及基坑開挖安全施工帶來極大難度。

“為了防止地下水進入站房內，我們圍繞整座站房建造了一道厚1米、長1435米的‘城墻’，它能夠有效阻止流沙和透水對建筑造成的傷害。” 李根喜說，這是一項宏大的工程，它的長度和厚度相當于西安古城墻的1/10。

在鹽堿地中建一個地下連續墻已很不容易，尤其還要建設一個擁有“T”“Z”“L”“一”等異形結構的地連墻，難度可想而知。

李根喜介紹，項目組為此專門成立了課題組，開展試驗，取得土質、地下水位、泥漿比重等關鍵數據后訂制施工方案，并邀請清華大學、天津大學等高校專家對施工方案進行了23次論證。“我們對個別淤泥層超厚的位置引進SM特性泥漿以提高水的黏滯度，這一方案使槽壁表面形成一層堅韌的膠膜，有效地防止了槽壁坍塌。”

誤差千分之一 施工創精細控制之最！

于家堡站選在一塊三面環水的鹽堿地，透水、流砂是最大天敵。要將設計圖紙變成現實，最重要的是要有一個堅實的站房基礎。

“首先，起防護作用的鋼筋籠下放必須精準。”李根喜說，為了將鋼筋籠下放誤差控制在千分之一以內，項目部前后為地連墻施工組織了大小13次專家論證會和計算機BIM模擬施工，最終通過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。

鋼管柱是于家堡站房堅實立足點的首選，由于地下工程的特殊性，在沒開挖基坑前，鋼管柱位置就要被確定，每根鋼柱在下壓過程中的定位精度要達到1‰。

這是國內任何一個站房工程都未曾遇到的情況。

李根喜告訴記者，最終項目組采用了國內僅有的三臺AM擴孔旋挖鉆機，首先使成孔質量達到100%，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，并由機械生產廠家配合施工進展情況，對鉆機性能及時進行改進，以適應天津地區的地質情況。最終于家堡站房的100根HPE液壓鋼管樁、287幅地連墻全部合格。

4200噸重穹頂無支撐

大跨度單層網殼鋼結構引領全球之最！

“貝殼”型大跨度穹頂南北向長143.9米，東西寬度80.9米，最高點離地面25.8米，重達4200噸、相當于半個埃菲爾鐵搭的重量，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。

“盡管鋼結構造型與鳥巢有點類似，但鳥巢內部有混凝土承重，于家堡站中間卻沒有任何支撐物，全靠周邊36個基座施力。”李根喜說，這種施工工藝在國際上鮮有前例，此外1000多個不同節點，2000多個不同的桿件，每連接一次就要變換一次方向。

這也是項目部面臨的最大難題，連接點太多，不能像普通的方方正正的建筑一樣程式化安裝。

為保證鋼結構的精確性和穩定性，項目部與天津大學鋼結構科研團隊聯合進行全程研發監控。

“經過嚴謹的實驗論證，最終我們提出‘地面拼裝、部分散裝、中心提升’的施工方案。”李根喜說，換句話說就是將鋼結構穹頂在地面拼裝好后，再設置21個提升點，分區域、分步驟實現同步提升。

“地下室”內仰望透明膜“天空”

于家堡站集城際鐵路、地鐵、有軌電車為一體的現代化、多層次立體交通樞紐，具備高速、高效周轉大量人流、物流的能力。

在這座地下車站內，旅客可以仰望天空，也可通過透明的穹頂看到周圍的如畫景致。

這種視覺體驗得益于站房采用了與水立方相同的ETFE膜材料，然而，與水立方規則的六邊形膜結構不同，這是國內第一次對ETFE膜進行異形安裝，施工難度遠遠大于水立方。

站房整個穹頂的膜有7060平方米，被正反螺旋梁分為783個大小不一的氣枕，其中最大的約42平方米，最小的僅0.5平方米。

李根喜說，考慮到膜的價格昂貴、購置時間長，項目部進一步深化設計，在鋼結構安裝的同時，由專人用2個月時間對每一個氣枕膜的尺寸進行了高精度測量定位。在安裝時，施工人員分成5個小組進行逐一安裝，每個組由3至5人組成，并安排專人負責安全檢查，全工作段進行現場監控拍照。

此外，為了不讓氣枕膜被尖銳物體劃傷，項目部在氣枕膜上安裝支架，防止鳥類停歇所造成的不必要傷害，并在頂部中央區域的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。

來源：濱海視界網

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