近年来, 我国高铁建设迅速推进, 全国建成了一大批集高铁、公路、公交、地铁等多种交通功能为一体、规模超大的铁路综合交通枢纽。该类工程出于造型、功能的特殊要求, 设计往往会采用多种结构形式。不同形式的结构、复杂的功能需求、多方位的施工部署协调, 构成了施工中必须面对的关键问题。杭州东站施工中, 对该类工程常用的结构形式进行了攻关研究, 解决了技术难题, 效果良好。

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、图2所示。

站台由正线桥和型钢混凝土梁格3种形式组成。站房内设3座正线桥, 均为5跨连续刚构桥, 跨度为2×21.7m+24.8m+2×21.7m。桥长120m, 宁杭、沪杭正线桥宽9.26m、浙赣正线桥宽21.4m。

高架层主要由中部候车大厅和周边的高架桥及高架平台组成。候车大厅楼盖采用双向钢结构桁架结构;高架桥设计七车道, 桥面宽30m, 跨度为25.55, 43, 46.55m。采用单箱单室斜腹板等高度连续箱梁+钢筋混凝土单柱墩的形式。箱梁高2.60m, 顶板宽15.00 (12.7) m, 底板宽6.6m。高架桥和匝道连接平台采用预应力梁板结构。

屋盖采用双向钢结构立体桁架结构。

出租车通道采用预应力箱涵结构。

地铁4号线区间段采用盖挖逆作的涵洞结构。

工程施工组织与技术方案的确定与工程技术特点相关, 也与各种限制边界条件相关。

作为巨型铁路综合交通枢纽站房, 从其建筑造型和功能来看, 有空间及尺寸要求 (如大跨度大空间、铁路限界等) , 有承载及变形要求 (如轨道层、正线桥) , 有环境及人性化要求 (如节能、幕墙) 。综合这些要求, 本工程主体结构方面具有以下技术特点。

本工程主要采用了钢结构、钢-混凝土组合结构、钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构4种结构类型。主要区域应用情况如下。

1) 国铁站房与磁浮站房东西楼区域现浇钢筋混凝土框架结构, 楼面设双向预应力混凝土梁, 柱为钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱、型钢混凝土柱。

2) 站台双向型钢混凝土梁式楼盖+钢管混凝土柱, 钢筋混凝土刚构-连续梁桥 (箱梁+桥台、墩柱) 。如图3所示。

3) 高架层候车区域双向正交正放钢桁架+钢管柱+压型钢板-混凝土组合楼板 (见图4) 。

4) 高架夹层异形截面实腹钢梁+变椭圆截面梭形斜柱+压型钢板混凝土组合楼板 (见图5) 。

5) 屋盖双向正交正放单向曲面钢管立体桁架+曲面拟合格构式钢管斜柱、变椭圆截面锥管斜柱 (见图6) 。

站房结构设计采用了桥建合一的理念 (见图7) 。考虑到正线上列车高速通过对站房舒适度的影响, 在浙赣普速场、沪杭长场、宁杭甬场各设1座正线桥。考虑到桥下出站通道净空的因素, 采用了刚构-连续梁桥的结构形式。桥与周边到发线脱开。到发线采用型钢混凝土纵横梁格。站场线路路基、接触网等均延伸至轨道层。涉及房屋建筑、市政、路桥、铁路专业工程的穿插。

站房各区域平面关系如图8所示。站房地下室、轨道层、高架平台、屋盖、地铁、出租车通道等区域重叠交织, 其各自不同的结构形式也相互穿插。

站房轨道层铁路到发线采用型钢混凝土纵横梁格结构 (见图9) , 钢骨梁采用桥梁钢Q345QE, 最大规格为H2 150×800×50, 外包混凝土后梁截面为2 500mm×1 200mm, 总用钢量为1.8万t。

到发线间的铁路正线采用桥梁结构、跨越50m地铁基坑, 结构形式为5跨刚构-连续梁桥, 桥体截面高度为2m。

站房南北两侧为从±0.000至屋面的椭圆形变截面斜柱 (见图10) , 共计18根, 为南北两侧立面造型的关键, 其底部截面尺寸为2 552mm×1 270mm、顶部截面尺寸为2 000mm×2 000mm、最大截面尺寸为5 790mm×4 828mm、壁厚25~40mm、倾角60°。

东、西主立面采用钢管格构式大斜柱, 其中GZ4花篮柱柱脚截面为5 641mm×2 040mm, 柱顶花篮形伞盖截面为18 492mm×6 680mm (见图11) 。

屋盖为双向钢管立体桁架屋盖, 主桁架跨度最大为81.1m, 桁架梁高5.4m, 次桁架跨度最大为46.5m。

出租车通道顶板采用预应力箱形顶板, 梁高2m, 梁间设空腔降低结构自重。

以上这些结构在工程实践中较为少见, 技术含量高。

基于站房功能要求和多区域交织的特点, 结构构件尺寸较大。柱截面尺寸一般在1.9, 2m左右, 地下室底板厚600~800mm、外墙板厚500mm, 轨道层、高架层、高架夹层结构高度一般在2.5m左右。以单个国铁承台为例:尺寸为12.2m×8.2 m×5.5m, 钢筋用量45.2t, 混凝土C40用量521m³。

整个站房钢筋用量8.7万t、混凝土用量65万m³、钢结构用量7.8万t。

以上技术特点形成了施工技术难题。此外, 基于整体建设进度安排的站房施工部署也存在很多限制性的边界条件, 需要在实施中考虑。

站房与周边结构的相互关系为东西与站前广场无缝对接;南北与站场、雨篷穿插连接;下与地铁“零换乘”;上覆光伏电站。

1) 站房屋盖东、西向悬挑28m, 伸入东、西广场上空16m。广场也在同步实施。屋盖的构件安装方案、构件运输通道、堆场、起重机选型及行走路线等均受影响。

2) 站房屋盖南、北向悬挑于站场上方, 且与雨篷上方重叠约17m。站场和雨篷也在同步实施。屋盖吊装应尽量在雨篷前施工完成, 雨篷也要为站房钢构件运输和起重机进退场提供通道 (见图12) 。

3) 站房中部地铁车站同步施工。结构施工应考虑地铁站基坑安全。地铁车站宽50m、长130m范围内, 限载仅3k N/m², 无法考虑施工承重措施的荷载。

4) 站房中部地铁1号线区间采用盾构法施工。需在盾构通行区域提前完成底板, 并且在站房内地铁接收井区域提供起重机进退场及吊运条件。

5) 站房中部地铁4号线区间采用明挖法施工, 限制要求基本与地铁车站部分相同。

6) 站房内若干个地铁疏散通道、风井设施, 需要为其保证施工条件。

7) 站房轨道层完成后, 站场施工进入实施股道和接触网施工。由于接触网带万伏高压, 站房施工机械、人员空间受限。

8) 站房建筑施工全过程, 必须始终保证既有沪昆正线不中断。在不同转线阶段, 施工场地被分割为互不连通的2块。

对于站房自身, 单纯从某个剖面来看, 不考虑地铁部分, 结构施工工期约600d。实际施工中, 由于既有线的转线转场, 无法进行理想化的一个方向或由中间向两边的施工流水。并且, 施工工期有要求。由此产生了站房内部结构间的施工限制要求。

1) 地下室施工时钢结构的提前穿插既有线的临时转线和永久转场都需要尽快将部分结构提早施工, 保证原有线位区域可以尽早拆除原有线路, 开始后续施工。这就要求钢结构吊装应在基坑阶段、局部区域尽早穿插。

2) 地铁车站基坑施工期间正线桥的提前穿插。

3) 正线桥与钢结构吊装的关系站房轴间分布了3座正线桥, 如果正线桥提前完成, 则起重机行走路线被切断;如果正线桥滞后完成, 则其上方钢结构无法吊装, 延误钢结构进度。

4) 正线桥施工期间应注意东西向的施工通道

5) 工程结构跨度大, 层高约10m, 无法通行大吨位起重机。因此, 在施工流水尤其是钢结构吊装时, 一个剖面上的大吨位结构应尽量一次施工完成。否则后续起重机无法上楼层补吊。

6) 工程钢构件吨位较大, 且分布相对均匀。结构高度也不大。固定式起重机经济性不高。

7) 轨道层型钢混凝土纵横梁格工程量大, 施工周期长, 影响关键线路工期。且影响上方钢结构楼层吊装封闭。

8) 高架桥施工后的净空无法满足起重机进退场。因此, 施工通道区域的高架桥不能提前施工。

基于工程周边、外部的制约和影响以及建设进度的要求, 本工程施工组织与技术措施安排的总体思路是:从涵盖杭州局东站枢纽、地方站前广场和地铁的东站大枢纽角度出发, 综合房屋建筑、铁路、市政路桥、地铁专业要求, 多方共同进行总体的施工组织和技术方案确定。以大格局、大思路来协调各方关系, 以大枢纽的顺利实施确保站房的顺利完成。

此外, 站房施工区域平面面积约15万m², 各区域施工节点相互关联。物料运输与施工通道应考虑大物流、大通道。否则, 局部区域通道切断会影响整体工程进度。

对于加快工期进度, 不能依靠无节制的人海战术。应当抢抓关键线路, 对关键线路的施工工序进行分析, 通过合理技术措施的采用, 缩短施工时间或将部分工序移入非关键线路。

1) 根据杭州东站枢纽整体建设及既有沪昆线转线节点要求, 确定总体施工顺序, 综合考虑地铁、转线等各方因素。

2) 在西广场建设间歇, 利用其场地和外部通道, 采用履带式起重机高空分段吊装的方案, 解决站房轴以西钢结构 (包括屋盖悬挑部分) 施工。

3) 根据东广场实施进度, 采用对东广场地下室结构加固、钢构件定点堆放、起重机定点吊装的方案, 解决站房东端屋盖悬挑部分及门柱钢结构施工。

4) 根据站房总体施工顺序, 明确雨篷吊装在轴间留设施工通道。待站房钢结构吊装完成, 起重机退场后再行施工。

5) 正线桥跨越地铁结构部分采用贝雷架组合平台, 贝雷架支点利用桥墩加设牛腿。其他跨利用贝雷架设置施工通道。

6) 地铁4号线区间改明挖法为盖挖逆作法, 节约关键线路工期至少7个月。

7) 对起重机行走路线的底板考虑后作, 使钢结构吊装提前进场, 缩短关键线路工期约2个月。

8) 轨道层局部区域的型钢混凝土大梁采用挂模工法, 减少下部荷载, 保持施工通道。

9) 站房屋盖钢结构采用桁架分段吊装, 次要杆件按区域提升、少量高空补缺的吊装方案, 满足现场条件, 灵活性较强。

10) 施工中对关键部位结构如正线桥贝雷平台、屋盖钢结构等采用物联网的手段进行施工过程的实时监测和短信报警, 确保技术措施安全受控。

本工程于2009年9月26日开始结构施工, 2012年12月30日结构全面完成。在此期间, 沪昆线1次转线、2次转场, 运行无中断, 确保了国家路网大动脉的畅通;地铁1个车站、2条盾构区间、1条盖挖逆作区间也同步完成, 所在的杭州地铁1号线2012年10月1日顺利开通。工程结构通过验收, 为2013年7月1日全站一次性开通创造了良好条件。本工程施工技术的总结将为类似巨型高铁站房多形式、复杂结构的施工提供有益的借鉴。