郑州东站站房钢结构施工技术

来源:建筑时报

国家重点工程、全国最大的综合性交通枢纽之一郑州东站是京广客专在全国铁路网中具有十分重要的战略地位,是国家新规划的京广、徐兰两条铁路客运专线的十字交会枢纽,是一个以高速铁路为核心,集城市地铁、城际铁路、公路客运、公交和出租车等多种交通方式为一体的大型现代化综合交通枢纽。郑州东站两家总包均为铁道系统单位,上海宝冶集团有限公司承接了郑州东站东区站房(P~X轴)钢结构以及雨棚南北(c~v)全部钢结构工程。

郑州东站站房钢结构工程已成功封顶,其站房钢结构工程涉及的结构形式比较复杂,有78米大跨度,有高低跨的对接,有17米长的悬挑结构,也有玻璃幕墙结构以及石材幕墙结构等。其构件形式也十分多样,有矩形钢柱、圆管钢柱、实腹梁、巨型桁架、H型刚桁架、圆管桁架、铰接斜撑、铸钢节点、正三角形桁架、倒三角形桁架、四边形桁架等。其安装最大特点是吊机不能在地面进行施工,整个安装也不适合滑移技术的要求,因此本项目采用了主吊机高空作业,屋面桁架高空组装的技术解决了本项目中的难点。此项目难度之大、影响之深远,皆可为后续工程提供难能可贵的经验。

郑州东站位于郑州市郑东新区,东站站房建筑共三层,分别为地面层、站台层和高架层(含高架夹层),站房主体建筑外墙东西进深502.7米,南北面宽245.2米,站房主体最高点距离地面52.3米。32条火车轨道线从站台层通过,站台高度为10.15米。工程特点、难点有以下6点。

第一,钢管桁架的制作精度控制难。该工程屋盖为管桁架结构,截面尺寸超大,支撑采取工厂散杆件加,预拼装解体后运输到现场,由现场进行组装。因此如何保证制作精度成为本工程的一大难点。

第二,站台层上部钢结构的安装难。站台层上部钢结构体量非常大,结构东西长186米(P~X轴)、北宽245米,站台层不能直接走吊机,外部吊装吊机无法覆盖这么大面积,给安装带来极大困难。

第三,高架层、夹层和屋面均有大跨度,胎架选型和材料准备困难。胎架数量多、层次多,卸除存在困难。本工程屋盖桁架的安装大量使用了支撑胎架,如何卸除、撤除支撑胎架,保证结构不出现大的结构变形是本工程施工又一难点。

第四,拼装和构建堆放困难。现场轨道层和钢结构安装同步进行,现场缺乏场地,构件拼装和构件堆困难。

第五,栈桥和坡道搭设难。由于吊机不能在地面层施工,吊机走位方向垂直轨道方向,因此需要为吊机设栈桥和坡道,栈桥搭设存在。

第六,安装组织困难。由于结构层数多,吊机不宜展开,土建等相关作业交叉严重,构件不能直接运到吊装位置,因此安装组织十分困难。

由于制作在上海加工厂制作,因此方案主要介绍现场安装施工的技术。站房钢结构安装分三个水平层次,分别为高架层、夹层、屋面,此外,每层之间还有钢柱。为了保证安装,结合现场实际情况,做以下几个方面的准备。

根据总包分工情况,以结构平面图P轴为界p~X轴为东区,P~A轴为西区,两个区域安装单位自行确定施工方案。

根据图纸东区以18、19线中心线为对称轴,站台层、高架层、商业夹层、屋面均以18、19线中心为对称轴,高架层、商业夹层为框架结构,对吊装顺序没有太多要求,各个方向均可以满足吊装,但18、19线地面层有已经施工完成的结构部分,此部分不能承重,尤其是大吊机的荷载。其次,屋面整体桁架,除了支撑杆,所有纵横桁架均通过焊接连接成一起,另外屋面桁架数字轴线标高一致,字母轴线桁架标高有起伏,屋面也以18、19线中心线为对称轴,因此决定以垂直于对称轴方向为主桁架,以平行于对称轴的桁架为次桁架,这样有利于屋面桁架的安装。

结合总包要求、结构组成形式、地铁站上方不能走吊机等现实因素,主吊机的吊装方向也是从P轴向X轴进行吊装。这样也避免相互交叉施工,相互制约的问题。

选择吊车要考虑作业半径、其中高度以及起重量,因为本项目特殊要求,还需要考虑吊机自重、吊机外形、吊机爬坡能力。由于轨道层垂直与吊机行走路线,因此吊机必须在轨道层之上进行行走施工,因此吊机的作业面标高将高于10.15米。根据高架层钢柱最重单件构件为48吨,作业半径可以尽量小;最高屋面建筑物标高为52.3米,为南北方向主桁架,因此起重高度选择为52米,作业半径为22~24米,构件起重量控制在20吨。再结合资源情况,300吨和250吨吊机均能满足使用要求,其中300吨吊机使用效率会高些,性能的安全储备会更好,虽然租凭价格会稍贵,但是也可以承受,不过300吨吊机对栈桥桩基、基础、栈桥承载力会提出更高的要求,总的成本会增加很多,因此本项目最终选用的还是250吨履带式起重机。

由于吊机要从地面标高负1.5米标高行走到10.15米以上,因此需要吊机进行爬坡,根据各家吊机爬坡能力指数,均控制在15×17°之间。后来根据现场道路和场地条件,在8、9线和28、29线分别搭设栈桥,坡度控制在9°。

之所以考虑吊机自重,是因为重量越大对下部要求越高,因此首先应选择自重较轻的吊机,从多家吊机型号中最后选择了日本住友SCX2500型和伏挖QUY250型,主臂选用60.2米,副臂选用24米,仰角30°,其自重基本均在210~220吨,考虑吊物,总重为250~260吨。

一个项目的成功关键看项目前期的组织策划和技术准备,技术准备又是所有工作开展的基础。一个好的技术方案不但有利于项目的实施,也能保证安全、质量,还能节约成本,减少现场施工的工作量。本项目之所以能顺利实施,除了公司及各个部门的大力配合,也和前期做了大量技术准备及论证工作有关。