国家经济、社会的发展促进了人员的往来和交流, 集成城市间和城市内部多种交通方式的综合交通枢纽应运而生, 极大地方便了人们出行, 国内已经出现了北京南站、上海虹桥枢纽、杭州东站等多个铁路综合交通枢纽。对于这类巨型项目的施工组织, 需要有不同于常规的思路和安排。杭州东站工程的施工对该类项目施工组织积累了经验体会, 进行了归纳总结。

这类枢纽站房平面尺寸最大可达600m, 最小也有200m, 单层面积约10万m², 总面积一般在20万~30万m², 钢材用量超过十万t, 混凝土用量数十万m³, 总投资以10亿计, 可谓巨型。

综合交通枢纽集成了高铁、普速铁路、磁浮、公交、出租车、社会车辆、地铁、水运、航空等多种交通出行方式。其中铁路由于其线路固定、交通封闭、客流量大等特点, 往往作为枢纽的核心部分。

基于无缝对接、零换乘的理念, 各种交通方式及其相应的建 (构) 筑物间存在多向对接, 包括跨线站房与铁路股道的对接;地下部分旅客出站与地铁、广场、出租车、社会车辆建筑功能的对接;地面部分与广场、公交、公路客运建筑功能的对接;地上部分与社会车辆建筑功能的对接等。铁路、地铁等多种交通的运营和保护各有其专业标准、管理程序、技术特点。

基于该类工程的建设特点, 项目的施工组织存在较大难题, 主要体现在以下几方面。

巨型枢纽站房的多向对接、多种交通方式支持、多重专业要求制约, 决定了施工部署中考虑的因素繁多, 专业、工序安排复杂, 仅靠单个合同段难以充分满足建设目标要求。

巨型枢纽集成了大土木内的不同领域, 涉及的建 (构) 筑物就有建筑工程、铁路工程、轨道交通工程、市政工程、道桥工程等不同专业。设计方面近年来出现较多的桥建合一、站桥合一等思路, 就是为了解决这些不同功能需求而形成的。施工方面也要综合考虑大土木不同专业的技术特点、工艺要求、施工惯例, 形成相对较优的施工方案。

枢纽站房的地位决定了其四周临边关系相对复杂。人员、材料、设备等物流进出的组织安排很难做到一劳永逸, 需要根据不同建设阶段、不同工程重点、不同进度部位进行调整和优化。

该类工程基础涉及复杂地质与环境条件, 结构涉及大跨重载, 安装涉及多专业, 装饰涉及多功能。这些对于深化设计和技术方案的要求也较高。

通过对杭州东站建设的目标和面临的难题进行分析, 成立了相应的指挥协调机构, 采取了有力措施, 形成了该类巨型项目的总包管理模式。

针对项目定位, 搭建了项目组织架构。通过建立项目指挥部提高层级, 加强内部资源调配能力和外部协调效果;通过管理线的部门设置和分块分专业的块区设置的条块管理, 保证管理到边不留死角;通过指挥部、项目部、岗位三级外部沟通联络机制的建立, 争取外部理解支持, 提高协调效果;通过分区包保机制的建立, 确保职责落实到岗到人, 绩效体现到位。

从集团层面, 对这类巨型项目进行重点关注。在人、财、物的资源保障之外, 集团招采、合约、技术平台提供蹲点深度服务, 体现有效支撑。同时, 大集团长期以来集聚的核心、紧密、松散型专业配套单位, 也在技术、资源、项目管理上可以给予有效的支撑。

工程复杂性和难度提升了施工组织的地位和重要性。巨型枢纽工程由于其多功能和多专业的组合、超大的建筑规模、标志性建筑造型, 决定了工程结构复杂, 施工和协调难度大。必须制定统筹安排全局的施工组织设计作为纲领性文件以应对各专业工程的施工方案的选择、节点目标的管控、人材机保障、边界条件的设定等问题, 保证工程进度、质量、安全和成本受控, 避免混乱。

施工组织的总体筹划中, 必须坚持从整个大枢纽的总体规划及各部分建设要求出发, 综合平衡各方需求。在场地运输组织中, 也要贯彻大物流理念。施工物流组织不只局限于场地内的道路和场地策划, 而是需要与铁路路基工程、轨道交通工程、市政广场、道路或隧道工程等枢纽组成部分共同进行分阶段的物流策划和协调。大物流组织应兼顾各方不同施工阶段的施工场地和物流通道的需求, 并根据所在城市的道路状况和行政法规, 提前策划申请特殊车辆、材料和构 (配) 件的进出场道路。

巨型枢纽工程规模庞大, 结构复杂, 设计标准高, 集房屋建筑及铁路建设于一体, 涵盖系统繁多。工期紧、任务重、资源投入大, 立体交叉作业多, 施工组织、技术管理、安全管理要求高, 需要以“质量、安全、工期、投资、环保、技术创新”六位一体为管理目标;以“1152”的人员配备模式为架子队组建重点;以工程进度为管理主线, 以工序合理搭接平行作业相互协调为关键点, 以“四个标准化”为准则, 以“架子队”管理为重点, 以工程进度为主线, 以工序搭接为关键点, 大力推进《铁路站房工程标准化管理》制度, 精心组织、精细施工, 确保工程按期竣工。以“四个标准化”强化总承包管理为管理重点准则, 本着“镜头不换、纵深发展”的要求, 全面推进《铁路站房工程标准化管理》制度, 通过“精心组织、精心设计、合理安排精细施工、精心管理”, 做到“高标准起步、高质量建设、高效率推进”, 确保整个工程按期竣工有序开展。

杭州是沪杭、浙赣、宣杭、萧甬4条铁路干线交会点, 沪杭、杭甬、宁杭、杭长客运专线等将相继引入, 杭州东站是极其重要的控制工程, 是汇集客运专线、普速铁路、地铁、磁浮、公交、运河水运等多种交通方式和配套服务设施于一体的现代化综合交通枢纽中心。杭州东站站房项目位于杭州市江干区新风东路以东、天城路以南、东宁路以西、新塘路以北所围合的区域。设计为15台30线, 另预留磁浮3台4线。总建筑面积为155 569m², 建筑高度为39.3m。地上2层 (站台层、高架层、商业夹层) , 地下3层 (出站通道、地铁站厅层、地铁站台层) 。合同总价约28亿元。站房东、西面与站前广场相连, 南、北面与站场线路及地下出租车通道相连。站房全景及剖面如图1所示。

项目投资主体涉及中国铁路工程总公司、浙江省、杭州市。相关建设单位3家, 设计单位6家, 总承包施工单位5家。

杭州东站的东西两侧设有广场地下室和部分上部构筑物作为站房的配套工程, 广场地下室共有3层, 局部2层, 其地下2层楼面与站房无缝对接, 利用站房过站通道沟通了东西广场, 为市民提供了更好的交通出行条件。广场宽度近400m, 约为站房地下构筑物的1倍, 其外侧紧邻待建的城市道路下穿通道, 直接影响站房东西物流和施工组织安排。

站房轨道层位于±0.000标高, 也是铁路到发线和正线位置, 总长度为463m, 其中330m区域需与站场路基、站台墙、轨道、接触网配合施工。由于站房主体结构外倾的建筑造型, 站场雨篷进入站房屋盖投影线17m。造成该结合部施工通道、吊装场地、施工先后次序安排协调困难, 各个施工工序必须服从大局, 严格按照先高后低、先内后外、先主体结构后路基站台的原则进行施工。

站房下部设有杭州地铁1, 4号线, 实现了国铁与地铁零换乘, 地铁与站房部分共柱, 也是站房基坑内的“坑中坑”, 在地铁顶板结构完场前, 站房在合理安排施工工作面的同时, 特别需保障地铁必需的施工作业通道、排水路径、作业场地等各方面需求。

光电建筑并网发电系统是城市太阳能发电的未来发展方向, 杭州东站枢纽10MW屋顶并网光伏电站将充分利用站房建筑的屋顶结构和面积, 采用BIPV即太阳能光伏建筑一体化技术实现光伏发电与大型金属屋面系统集成的成套技术, 保证了太阳能电池板与屋面的可靠连接, 保证了热胀冷缩的变形要求, 不影响屋面自身防水、保温和隔声等功能, 还加强了屋面抗风揭能力 (见图2) 。

本项目作为目前全球最大的光伏单体建筑发电系统, 站房所采用的太阳能光伏电池组件规格为1 652mm×994mm、功率230Wp、效率14.4%的多晶硅光伏电池组件。共设置光伏电池组件23 480块, 标准直流输出功率5 400k Wp。每年可实现光伏发电981.86万k W·h, 每年可累计减少标准煤3 277t、减少排放二氧化碳8 095t、二氧化硫66t、粉尘32t。

基于建筑造型与功能的要求, 设计采用了大直径深嵌岩钻孔桩与地下连续墙、受既有线和地铁影响的超大面积分阶段实施深基坑、多形式大跨度钢结构、桥建合一结构、地铁区间房建内盖挖逆作、百年耐久性混凝土等, 其他在铁路与地方测量系统、地质勘察、测量系统、站场地基处理 (泡沫混凝土) 、铁路限界、既有线等方面也有自身特色。

本工程站房下部地铁站厅采用地下连续墙内支撑双柱三跨混凝土结构, 与站房上部结构共柱, 地铁区间段采用盖挖逆作法区间隧道。站房基础采用大直径钻孔灌注桩承台, 单个国铁承台一般为12.2m×8.2m×5.5m, 钢筋45.2t, 混凝土521m³。站房两侧26m设有21.8m宽出租车通道, 为明挖隧道, 顶板为预应力梁+空心楼板。出租车通道上部设有环站房高架桥, 采用双箱单室, 宽度为28m。

站台层东西进站大厅采用预应力梁+普通RC楼板结构、轨道层钢骨格构梁结构体系, 磁浮区预留桥梁架设条件, 国铁轨道层24条到发线采用大面积双向正交正放型钢混凝土梁式轨道层, 6条正线采用3座5跨刚构连续梁桥, 3座正线桥将国铁轨道层整体结构分为4个部分。轨道层型钢混凝土大梁截面1.8m×3m。

高架层为大面积大跨度的主次平面型钢桁架结构体系。高架层钢桁架结构在轴处设置了伸缩缝, 将整个高架层楼层分成3部分。高架层桁架最大跨度60m, 桁架高度2.6m。

商业夹层采用实腹钢梁主梁和蜂窝梁次梁组合, 主梁高2.5m, 为平行四边形, 单段质量最大为100t。

屋盖为大跨度大面积的钢管相贯桁架结构体系。屋面在轴处设伸缩缝, 将其分为3部分。屋面桁架高度为5~6m, 平面尺寸为285m×505m, 近15万m²。

站台层及以下为钢管柱+型钢混凝土组合结构, 圆钢管柱的最大直径为2m, 厚4cm, 方钢管柱最大截面为1.7m×1.6m, 厚4cm, 主要材质为Q420GJC。高架层和屋盖由南北两侧对称的6排变椭圆截面斜钢柱形成的钢管柱支撑, 屋盖东西立面采用4根结构拟合建筑的外倾格构柱作为支撑。变椭圆截面斜钢柱的最大椭圆截面达5.79 m×4.828m, 厚6cm。

整个钢结构工程杆件的截面有:箱形 (箱形钢柱、箱形钢梁) 、圆钢管柱、H型钢梁、异形 (斜截面) 箱梁等多种截面形式, 杆件截面数量众多。柱径2m、梁高3m的型钢节点、上圆下方的铸钢节点、最大长轴与短轴分别为5.79m和4.8m的变椭圆截面斜钢柱等节点构件, 形式复杂, 部分国内未见, 制作安装难度大 (见图3) 。

杭州东站是长三角客运铁路的3个关键枢纽站房之一, 南京南站和上海虹桥站均早于杭州东站建成投产, 杭州东站作为收官之作, 意义重大。原铁道部 (现中国铁路工程总公司) 、浙江省、杭州市对杭州东站的建设目标一直以来十分明确, 即必须高标准按期完成杭州东站建设, 杭州东站配套工程如东西广场、地铁、市政交通等设施需同步完成。杭州东站也是全国九大枢纽站房中唯一一个铁路、市政交通、轨道交通同步开通的枢纽站房。

本项目施工部署的制约因素多, 且限制条件动态变化。主要包括以下几方面。

1) 站房施工区域存在既有沪昆正线, 是国家路网大动脉之一, 施工期间不允许中断。

2) 根据站房实施和保证沪昆正线畅通的要求, 铁路制定了专门的转线方案。提出了转线至宁杭甬场过渡和转线至普速场永久线位营运的要求, 转线方式和时间节点明确。

3) 相关的沪杭客专、宁杭客专、杭甬客专开通时间早于站房完工时间, 需要为其通行提供条件。

4) 站房完工节点涉及国家路网运行计划, 一旦拖延影响面巨大。

5) 既有线边作业必须符合铁路相关要求, 确保安全。

1) 地铁东站站施工影响最主要的地铁影响区域在地铁东站站由于地铁车站施工进度的滞后, 导致站房施工时间与地铁施工时间的重合。原计划为地铁完成全部结构后移交站房施工, 实际在地铁完成地下连续墙顶上部的土方大放坡开挖, 即将进行地下连续墙内支撑和明挖施工时, 站房就必须进场穿插施工, 大量工作需同步实施。同时站房施工必须兼顾地铁施工的安全, 给施工组织带来了很大困难。

2) 盾构区间施工要求地铁1号线采用盾构法东西向下穿240m长南侧站房, 盾构线路位于国铁2排承台之间, 最小距离为2.1m。盾构线路还需穿越站房既有沪昆正线围护体系, 站房围护体系的选择不能影响盾构掘进。盾构进入站房中部、地铁站厅南侧的出口后需分解吊出, 该位置站房需空缺部分轨道层结构, 预留150t起重机的工作场地和进出场道路。

3) 地铁4号线区间交付节点及施工要求地铁4号线区间段虽由明挖法改为盖挖逆作法施工, 减少了对站房上部结构施工的影响, 但由于其土方开挖、材料物流运输均需利用站房过站通道, 因此其主体结构施工时间影响到了站房后续装饰装修展开时间, 特别是受到既有线影响的中部二期区间段, 由于开挖时间晚, 如施工协调管控不利, 将直接影响站房总体施工工期。具体施工工艺如图4所示。

杭州东站东西两侧设有大型广场作为东站配套设施, 东站过站通道连接东西广场。东西广场与站房结构边线距离16m, 中部设有70m大通道无缝连接。站房东西门柱结构位于16m间距内, 屋盖投影线进入广场结构边线12m。

杭州东站主站房先行开工建设, 东广场待站房东侧土方开挖和基础承台部分施工完成后全面进行土方开挖和支撑体系施工, 并与站房、东端地铁站厅结构开始同步推进施工。其中由于东侧地铁影响站房竖向结构施工, 导致站房东侧立面和屋盖无法在广场进行结构施工前完成, 广场地下结构顶板无法满足重型吊装设备通行的要求, 只能通过加固后作为材料堆场和拼装场地, 使得站房东立面屋盖吊装成为站房屋面施工中最为受限和施工难度最大的部分。而该区域工期不但受到地铁影响, 还受到广场地下室顶板结构移交工作面影响, 成为站房控制性关键线路工程。

西广场原为BT项目, 但由于中标单位的退出, 项目建设开工时间较计划有较大延迟, 站房西立面得以利用待建广场的空地作为吊装场地, 使得西立面较东立面提前2年成型, 成为工程样板段 (见图5) 。西广场建设经协调也在站房完成钢构吊装后移交作业场地, 只保留部分斜柱独立支撑体系, 不影响广场结构施工。

广场、地铁和站房三者之间在全建设过程均彼此影响, 互相制约而又互相依赖, 通过合理的施工组织策划, 制定切实可行的施工方案, 最终实现了全国九大枢纽站房中唯一一个广场、地铁和国铁站房同步高标准开通的枢纽工程。

杭州东站站房南北两侧为站场铁路线, 包含了路基加固处理、路基回填、站台墙和站台回填、接触网、管涵和钢结构雨篷等一系列工程。

站场正常施工流程一般为路基加固、回填和雨篷结构先行施工, 而由于东站站房特殊的结构形式, 站房南北立面的斜柱和屋盖与站场雨篷有17m的交叉, 必须利用站场区域作为结构吊装场地, 因此雨篷、站场路基和站台墙均预留保障站房屋盖施工通道。站场施工作为铁路线最为重要的控制工程之一, 其工期如何与作为站前工程的站房协调成为枢纽总体施工组织的1条十分关键线路。针对该结合部工程统筹考虑站房、站场施工的诉求, 根据既有沪昆正线永久转场和各条股道线调试的节点要求, 调整彼此施工方案和吊装措施, 从总体上保障了该结合部建设的同步推进和最终节点工期目标的实现。

既有沪昆正线将站房一分为二, 需先采用临时转线在站房西侧轨道层结构上完成迁改, 提供站房中部和地铁区间段二期工程施工作业场地。后待东侧地铁站厅结构完成, 提供与站房共柱的沪昆正线永久线位区域竖向结构作业面, 站房完成区域以上的全部结构体系后, 方可完成既有线永久转场, 至此站房方可打开全部施工作业面。站房总体施工组织也是围绕该既有线转线展开。

确定施工围绕既有线迁改转线这一关键线路后, 站房分为了东、中、西3大区块, 根据轨道层正线采用的刚构连续梁混凝土桥的结构体系, 又将以保障钢结构吊装为主的结构区块以正线桥为界, 再划分为6个小区块, 分区组织流水施工。待轨道梁和高架层主桁架结构体系施工完成后, 再以转场后的既有线和西侧屋面为界重新划分为3个区块, 并最终在中部合龙。其中站台层到发线型钢梁柱和高架层主桁架主要利用履带式起重机安装, 设备在中部雨篷和站场保留通道位置退场;屋盖南北向主桁架和部分高架层主次桁架利用行走式塔式起重机吊装, 使得屋盖合龙时间提前, 并仍利用雨篷和站场保留通道, 采用履带式起重机拆除行走式塔式起重机, 并补上屋盖边桁架, 完成屋盖全部吊装作业, 其余东西向桁架和次结构均采用整体提升, 不再利用地面场地, 提供站场和雨篷全部作业面。

除通过合理安排施工总体流程部署外, 工程还通过一系列措施来加快单项工程施工进度。站房为独立承台基础, 因此通道底板后做, 使得钢结构吊装设备进场时间避开了混凝土底板施工和养护时间, 得以提前1个月以上。通过临时顶撑和支座处理, 使得行走式塔式起重机直接安装到发线钢骨梁上, 同样避免了混凝土施工对吊装设备安装的影响。通过设置临时构件, 使得行走式塔式起重机可以越过尚未施工的混凝土结构正线桥, 减少了设备投入数量, 也加快了钢结构推进工期。全力保障高架桥施工进度, 在广场和市政配套匝道尚未建设的情况下, 设置临时上高架层栈桥, 使得原地面物流通道得以全部让出交给站场和雨篷, 站房物流通道转至环站房高架桥, 加快了物流效率。高架层也通过合理的临时加固处理, 提供了屋盖钢结构整体提升的拼装场地, 使得60%以上的屋面构件可通过整体提升完成安装, 大大加快了大型设备退场时间, 也使原屋盖施工的流水工期变为平行施工。

杭州东站工程自2009年10月26日开工, 至2013年7月1日全站一次开通。完成了16.5万延m大直径嵌岩钻孔桩、120万m³土方开挖、8万t钢筋、32万m³混凝土、7.8万t钢结构。工程投入运营至今, 日均接送旅客4.1万人次, 最高峰日接送旅客11万人次。工程运营得到了社会各界的好评。

特大型铁路综合交通枢纽项目有其自身特点, 又与其他超大规模项目建设有共同点。对其施工组织特点及模式、方法的研究、总结, 必将有利于行业建设水平和项目管理能力的发展和提升。