1、車站工程運營與施工環(huán)境     福州火車站高架候車室工程是目前國內同類建筑中首例在既有線站場電氣化改造完成后,邊運營邊過渡,成功實現運營和施工安全的項目。工程施工條件特殊,安全環(huán)境惡劣,施工組織必須圍繞著車站安全運輸生產的需要展開。本文重點就工程施工組織的難點和特點進行歸納介紹,以期為國內日益增加的同類鐵路工程改造施工提供借鑒。1工程概況本工程是福州火車站站房改造項目的重要組成部分,范圍包括高架候車室、基本站臺裝修和出站地道改造等。工程于2002年7月開工,2004年7月驗收交付運營。工程分站臺層和站廳層,平面尺寸為53m×120m,站臺層高8

2、4m,站廳層最大層高為93m,最大建筑高度為19m,總建筑面積為16800m2,由6座6m×24m的進站樓梯將旅客從高架候車室導入進站站臺。工程主要結構形式:基礎為樁長25-40m的鉆孔灌注樁,上部為鋼筋混凝土框架結構,主梁為勁性混凝土結構,屋蓋為53m跨的相貫式鋼管桁架和彩鋼屋面構成。2工程施工條件2.1施工環(huán)境條件站場內有3個既有站臺,6條始發(fā)或到達線路,其中2道為外福正線。本工程建在這3個既有站臺和6條鐵路上方,樁基礎位于3個站臺面上,四周都被繁忙的鐵路運輸線路圍繞著。(1)空中站場先期已完成了電氣化改造,6條275kV的電氣化接觸網和軟硬橫跨,在施工場地上空形成縱橫交錯的高壓

3、帶電網絡,對施工安全構成重大威脅。(2)站場施工期間站場不停用,邊運營、邊過渡、邊施工,每天有18對旅客列車到發(fā),16對貨物列車沿2道外福正線通過,還有間斷進行的旅客列車調車編組作業(yè),對工程施工組織構成重大影響。(3)地下埋有不同年代修建的各種通訊、信號、照明、廣播、電力電纜以及給排水管道,施工過程必須確保其安全。2.2施工組織和過渡條件施工組織條件:鐵路運輸單位要求,在保證鐵路旅客和貨物運輸正常進行的前提下,實現工程的安全施工。行車過渡條件:施工期間只允許停用1條線路和1個站臺面(1個站臺靠線路一側的1個平面);跨線樓蓋施工階段經鐵路部門批準,允許短時間停用2條線路股道。而設計施工條件是按每

4、階段停用1個站臺的2個站臺面和2條線路來進行的,需要施工單位自行研究滿足上述行車過渡條件的施工組織方案。3施工組織的特點和難點上述工程施工環(huán)境條件和組織、過渡條件,帶來本工程施工的如下特點和難點:本工程是在站場電氣化改造完成后,邊運營、邊過渡、邊施工,在當時國內還沒有可供借鑒的同條件工程施工經驗。工程施工組織必須圍繞著火車站運輸生產和行車過渡的需要展開,安全防護任務點多面廣,任何疏忽都可能釀成重大的鐵路行車安全及人身傷亡事故。鐵路運輸生產和工程施工矛盾嚴重,和旅客乘降矛盾突出。受環(huán)境條件限制,基礎工程及鋼骨梁吊裝施工難度大。同一平面的施工不能同時展開,必須分階段過渡進行。4工程的施工組織在對施

5、工現場進行全面踏勘并對施工條件和特點難點進行綜合分析后,根據本工程邊運營、邊過渡、邊施工,以及滿足車站正常安全生產需要的特點,展開本工程施工組織設計。4.1總體施工方案根據工程施工條件的要求,圍繞著施工過程“停用1條線路和1個站臺面,跨線樓蓋施工允許短時間停用2個股道”這個行車過渡核心條件,進行施工組織設計。針對工程結構特點并征得設計單位同意,將候車廳高程770m以下樓蓋沿縱向分5個階段組織施工,選擇從對車站運輸影響最小的第3站臺沿第1站臺推進。這5個施工階段,是在前一個階段施工完成交付使用后,才能轉入后一個階段施工。在、階段滿足了“停用1條線路和1個站臺面”這個施工過渡條件,只在、階段跨線樓

6、蓋施工較短時間內停用2條線路股道,滿足了施工組織條件的要求,為鐵路運輸單位和各參建主體單位所接受。4.2施工運輸方案利用站場北面暫時不用的7、8、9道線路,辟為加工場、材料堆場和施工通道;在靠近施工通道的第3站臺6道線路一側設置一臺塔吊,利用鐵路和電氣化接觸網的上部空間,形成一條“空中”水平和垂直運輸通道,解決場內材料運輸;混凝土采用輸送泵輸送。在運輸繁忙的鐵路站場和電氣化接觸網上空,采用塔吊作為水平和豎直運輸工具,需要有嚴格的安全防護措施。4.3樓蓋高程77m以下5個階段施工組織(1)階段施工組織封鎖6道線路,停用第3站臺面,拆除6道線路上方電氣化接觸網,施工第3站臺基礎至樓蓋,對第3站臺靠

7、5道一側進行隔離圍護。本階段施工的難點是樁基施工和穿越既有地道的樁承臺深基坑安全防護、地道恢復施工的防水處理(這也是后續(xù)、階段施工的共性,后面階段將不再介紹)及勁性混凝土鋼骨梁吊裝。鉆孔灌注樁施工:本工程基礎為鉆孔灌注樁。受環(huán)境限制,設計時未做試驗樁,本階段要利用工程樁進行樁基設計承載力試驗。為提高樁基承載力,設計要求對樁端進行高壓注漿。本工程有800、1000、1200三種樁型,樁長在2540m間。本工程所處位置地質結構復雜,巖層陡峭,持力層裂隙發(fā)達,孤石、卵石夾層多,設計要求大部分的樁端必須嵌入中風化花崗巖層。用20型反循環(huán)樁機施工大孔徑樁,15型反循環(huán)樁機施工小孔徑和樁身較短的樁,輔以沖

8、孔機械沖穿遇到的卵石、孤石夾層和陡峭巖層。施工中產生的泥渣隨時用泵車運走,以防污染站場,影響旅客上下車通行。在10m×180m長條形場地內進行樁基施工,受場地限制和地質復雜因素影響,給施工帶來很大的困難。我們成立了本工程鉆孔灌注樁施工QC活動小組,對樁基施工展開QC活動,解決了樁基施工中遇到的各種問題,提高了樁基的施工質量,加快了施工進度,保證了試樁的成功(本課題獲全國優(yōu)秀質量管理獎)。樁基靜載試驗達到設計承載力,高、低位應變檢測成樁質量良好。基礎承臺、安全防護及地道恢復防水處理:本工程為獨立樁承臺,主要樁承臺尺寸為2200mm×5000mm×2000mm,承臺緊

9、挨著站臺兩側的5、6道線路(最近處距線路中心僅170m),其中5道線路要正常行走列車;在站臺人行地道出入口約70m長范圍內,承臺和基礎梁要埋設在既有鋼筋混凝土人行地道下方,最大埋深80m原設計要求將本工程6個既有人行地道入口全部拆除,待樁承臺和基礎梁施工后再重建恢復。在對樁基礎承臺和人行地道結構的相互關系及地質條件進行分析后,為保護兩側鐵路路基安全穩(wěn)定,節(jié)省投資,縮短工期,提出只局部破除樁承臺和基礎梁位置部分的既有地道混凝土(約占20%),保留大部分既有地道,采用與承臺等大的現澆鋼筋混凝土方形護壁。每開挖一節(jié)(約1m)澆筑一節(jié)混凝土護壁支護基坑,對部分承臺高程進行調整的優(yōu)化設計合理化建議。在結

10、構施工過程中輔以地道結構防水措施,被設計和業(yè)主單位采納。這樣,利用既有地道良好的整體性和強度,配合基坑混凝土護壁,有效支護住了兩側路基傳來的側壓力,避免了地面上行車導致下方路基坍塌現象的發(fā)生,保證了路基的穩(wěn)定和鐵路行車安全。但地道破除后恢復施工的防水處理,是施工的一大難點,如若處理不當,將會給日后旅客通行帶來嚴重影響。為此成立了地道恢復施工防水處理QC小組,對地道防水施工展開QC活動,采用凹形槽加橡膠止水帶使新舊混凝土良好粘結,再輔以油膏嵌縫及防水卷材外貼,取得了良好的防水處理效果(該QC成果榮獲福建省優(yōu)秀QC成果一等獎)。本合理化建議可節(jié)省投資約50萬元。勁性混凝土鋼骨梁安裝:為滿足電氣化接

11、觸網安全凈空需求,降低層高,本工程采用勁性混凝土主梁,將梁高從2500mm降到1350mm,勁性梁斷面為600mm×1350mm;鋼骨梁斷面為400mm×1100mm工字形斷面,由厚40mm的鋼板焊接成,焊縫等級級。在至階段施工段確定后,鋼梁每段長度為923m、重量為615t不等。為保證鋼梁制作質量,將鋼梁委托專業(yè)廠家加工制作,各項性能指標檢測合格后,運抵工地安裝。本階段鋼骨梁由主梁與上下各20m長的鋼短柱通過焊接組成。安裝順序為:將汽車吊停在6道一側的施工通道上,先吊裝下部鋼短柱,柱底與預埋在混凝土柱內的螺栓連接固定;然后吊裝鋼梁,要求精確對位,讓混凝土柱上的4根25受力

12、鋼筋準確穿過鋼梁上下翼緣預留孔(開孔孔徑為28mm);之后將鋼梁同下柱焊接,然后吊裝上鋼柱并立即與鋼梁焊接固定。在施工過程中,由于鋼短柱外圍四周分布著30根25柱受力鋼筋,下柱與鋼梁焊接操作空間十分有限,又多是仰焊,施焊困難,焊接速度緩慢,質量也較難保證。這促使我們在后續(xù)各階段施工中,對鋼梁柱連接施工工藝及安裝方式進行優(yōu)化。(2)階段施工組織階段施工完成后,開通6道線路,第3站臺交付使用;封鎖4道線路,拆除4道接觸網,施工第2站臺基礎至樓蓋;對施工場地靠3道和4道外側進行圍護。本階段是工程施工環(huán)境條件最為惡劣的階段,除具有階段施工難點外,還增加了施工通道和對2站臺外側3道和5道上方的電氣化接觸

13、網安全防護等困難。與階段共性的不再重復介紹,接觸網安全防護限于篇幅不作介紹,這里只介紹施工通道的解決和對階段鋼骨梁安裝施工工藝的改進。施工通道的解決:本階段位于站場中心,四周被運行著的鐵路包圍著,樁機等大型施工機械很難運抵場內。我們充分利用本階段暫停使用的4道線路,在對軌枕及連接件進行隔離保護后,用木軌枕滿鋪在4道線路鋼軌上,空隙灌砂震實,鋪設成一條4m寬的單向臨時施工通道,解決了本階段施工的運輸通道問題。鋼骨梁結點的施工工藝改進:針對階段鋼骨梁安裝存在的操作空間有限、焊接速度緩慢、焊接質量難保證等問題,結合本階段及后續(xù)各階段鋼梁的結構特點,成立了“福州火車站高架候車室工程鋼骨梁施工QC小組”

14、,對鋼骨梁從制作到安裝的工藝和方法展開了QC活動,提出了一系列針對性的解決方法。本活動延續(xù)到階段鋼骨梁施工結束。本階段鋼梁只有12m長,運輸問題不難解決。將本階段鋼梁與2m長的下鋼柱在工廠焊接成對稱“”形結構后,運抵工地直接安裝。極大地加快了安裝的速度,提高了安裝的質量,使現場施工工藝大為簡便。由于安裝精度的提高,也為后續(xù)連接跨鋼骨梁的制作和安裝創(chuàng)造了條件。本QC活動小組被國家工程建設質量獎審定委員會評為“2004年度全國工程建設優(yōu)秀質量管理小組”。(3)階段施工組織繼續(xù)封鎖4道線路,同時封鎖5道線路,施工、階段的2、3站臺間的樓蓋連接跨樓板。本階段需要停用2條股道線路,鐵路運營單位要求要在1

15、個月內完成本階段施工。本階段施工的難點是2、3站臺跨線鋼梁連接吊裝。梁板結構由于停用了4、5道線路,可在其上方按常規(guī)方法搭設滿堂架施工。本階段鋼骨梁吊裝施工場地狹窄,處在2、3站臺下凹的4、5道線路間,沒有施工道路,也沒有構件堆放場地。吊車回轉空間受到先期施工的2、3站臺上混凝土梁柱結構的限制,只能在局部范圍內有限回轉。利用站場既有鐵路線路,采用如下辦法組織吊裝:鋼構件從廠家運抵工地西北側空地,裝上停靠于7道線路端頭的兩輛軌道平板機車上,從西往東分別經由4、5道線路平行牽引入場內;汽車吊由東頭平交道開上第3站臺,至本工程外圍,用枕木搭設成斜坡道進入4、5道線路間,汽車吊從西往東退吊裝鋼骨梁,軌

16、道平板車運送鋼骨梁由西往東跟進。完成吊裝后,軌道平板車原路退回,汽車吊沿原路退出場外。本工程鋼骨梁連接跨采用高強螺栓群連接。吊裝過程中要解決的一個工藝難題是:鋼梁安裝設計精度要求高,長度和螺栓孔位偏差要求在±3mm以內;節(jié)點螺栓數量多,每個接頭由84根25的高強螺栓連接而成。為了提高構件加工制作精度,在構件制作前對現場鋼梁位置逐根量測實際空間長度,作為加工制作的尺寸,消除了先安裝的2、3站臺鋼骨梁累積誤差給連接跨鋼骨梁安裝帶來的不利影響。安裝過程要克服連接結點兩端沒有支點帶來的困難,需要有個臨時過渡支撐點。連接跨的安裝順序是:先將下翼緣連接底板用螺栓臨時固定在2、3站臺外挑結點的對應

17、位置上,連接板伸出的一半作為本跨鋼梁臨時過渡的穩(wěn)定支點;將鋼骨梁吊至設計高程停靠在該支點上,安裝連接結點的上翼緣及腹板連接鋼板。將螺栓初擰后,吊機脫鉤,然后松開臨時穩(wěn)定支點螺栓,安裝下翼緣連接夾板;最后將整個節(jié)點螺栓群終擰至設計扭力。本階段鋼骨梁施工繼續(xù)著前面階段的QC活動,對影響構件安裝的主要因素考慮周全,施工進展順利。(4)階段合并組織施工前面三個階段施工完成后,階段已施工的樓面結構已連成了一體。此時4、5、6道線路及2、3站臺已恢復正常使用。在本階段施工中,鐵路運輸單位要求最大限度地縮短2道外福正線的停用時間,將運輸損失減至最小。本階段最終采用的施工方案,經過如下幾個演變過程:鐵路運輸單

18、位最早要求在不停用2道外福正線條件下完成原施工方案第階段跨線樓板施工,以保證外福正線運能和經濟效益不受影響。由于本階段主梁跨度達20m,2道正線上方有275kV的電氣化接觸網導線網絡,無論是跨線鋼梁吊裝還是現澆樓板,在目前施工技術條件下都無法保證結構的安全施工。曾考慮如下施工方案:在先完成施工的1、2站臺樓面上鋪架軌道桁吊來實現跨線鋼梁吊裝;用鐵路救援列車來進行跨線鋼梁吊裝。用鋼板吊模作為上述兩方案的永久性現澆混凝土模板,以避免拆模時觸碰接觸網(原設計施工方案)。但都無法保證2道正線的電氣化接觸網和鐵路行車安全。經多次研究分析,最終提出如下方案:在第1站臺樁基施工時,封鎖1道線路,將1道線路電

19、氣化接觸網拆除下錨;在進行跨線樓板施工時,封鎖1、2道線路,臨時拆除下錨1、2、3道電氣化接觸網,將2道貨物正線改迂回6道限速40km/h通過;為使第2站臺能夠正常使用,3道線路改用內燃機車牽引,在其上方采用鋼管架密閉防護后接送旅客,實現3道線路旅客行車過渡,同時也為上部結構施工創(chuàng)造條件。為了加快施工進度,將跨線施工對2道正線影響時間降到最短,經分析評估,將、二個階段樓蓋部分合為一個階段組織施工,這樣可將這兩階段的鋼梁及樓板合成一個階段施工,可縮短工期1個月以上。各方采納了這一調整后的施工方案。采用本施工方案,將原設計采用吊模方案施工的1、2站臺間20m連接跨范圍內作為現澆混凝土施工受力結構的

20、鋼骨次梁,優(yōu)化設計改為鋼筋混凝土梁。此項可節(jié)省鋼骨次梁約150,t永久性槽型鋼模110,t節(jié)省投資約110萬元。當然,本方案2道鐵路正線1個月的停用時間,也給鐵路運輸組織帶來了困難,但最終實現了本工程的安全施工。3道線路在旅客運輸不停用的條件下對其上部結構進行跨線施工,以及階段鋼梁合并吊裝,是本階段施工的兩個難點。設計和業(yè)主單位在本工程施工中,曾多次擔憂在原設計環(huán)境條件下能否實現第階段的施工。3道線路行車過渡:在停用了1、2道線路后,3道線路必須能開通使用。3道線路位于本階段施工區(qū)域的正下方,在鋼骨梁吊裝和梁板施工中,必須確保其下方旅客乘降和列車運行安全,必須采取切實可行的措施進行行車過渡。在

21、3道線路上方,搭設一座長125m,寬55m,高5m的架空鋼管桁架,一端支設在2、3道線路間,一端支設在2站臺上,既承受梁板施工荷載,也滿足列車運行安全距離,滿足二站臺旅客上下車乘降行走空間;在鋼管桁架臨施工的上、外二側面滿鋪密目網,頂上覆蓋膠合板,形成封閉空間;該鋼管管桁架同時也作為跨線鋼骨梁的安裝平臺(鋼骨梁的一個連接節(jié)點在3道正上方)。鋼管桁架的形狀結構及結點、立桿、橫桿、扣件、扭力及受荷后水平撓度等,經結構計算確定。利用3道線路晚上22點到凌晨4點沒有列車到發(fā)的“天窗”時間進行鋼管桁架的搭設施工。這是本工程重要的鐵路行車過渡結構。完成后,經由各級安全質量監(jiān)督部門共同檢查驗收合格后,投入本

22、階段施工過渡使用。本方案滿足了本階段行車過渡的需要。階段跨線鋼梁合并吊裝:本階段鋼骨梁跨度長、重量大、施工場地小,吊機回轉操作空間有限。在1道線路上鋪設一條施工便道,把臨時停用的2道線路作為鋼梁現場拼裝場地,用一臺20t汽車吊配合另一臺50t的汽車吊來實施卸車、拼裝和吊裝作業(yè)。本階段,將兩段鋼骨梁在2道線路拼接成23m長、重15t的F形鋼梁,通過合理組合,將原本分二個階段安裝的鋼骨梁在地面拼成一體后合并在一個階段施工。本階段鋼骨梁吊裝綜合了、階段鋼骨梁吊裝的特點,又有新的要求。本階段鋼梁在安裝中要同時連接3個節(jié)點:即第1站臺上的兩個下柱支腿結點和2站臺施工縫處的梁水平結點。在同一高程上一次連接3個結點,在一般結構安裝中很少采用,對各節(jié)點的精確度要求很高,任何一個位置出現偏差,都將導致鋼梁無法精確安裝到位。安裝順序為:先吊裝一站臺兩根20m長的下短柱,與混凝土柱內預埋的螺栓作臨時固定,鋼骨梁與鋼短柱連接位置的水平或豎直方向的微小偏差,可通過此短柱來調節(jié);為了簡化鋼骨梁與下短鋼柱在空中拼裝連接,下鋼短柱的上端與鋼梁連接節(jié)點也設計成螺栓連接;安裝2站臺外伸梁節(jié)點下翼緣連接底板作為臨時支點,吊裝拼接好的鋼骨梁;鋼骨梁先與1站臺上的兩根下短鋼柱連接,再通過微調兩根下短鋼柱的水平位置,達到鋼骨梁兩個短