论文部分内容阅读
摘要：文章根据深圳北站主体结构施工情况，通过对深圳北站工程主体结构施工的施工组织，制定了合理的钢结构安装施工顺序，采取了有效的施工措施，确保工程进度、质量及安全，节约了工程成本，可为類似工程提供参考。
关键词：高铁站房；钢结构；施工技术
一、工程概况
广深港客运专线是铁道部中长期铁路网规划 “四纵四横”之“四纵”之一——连接华北和华南地区的“北京-武汉-广州-深圳-香港”客运专线——的重要组成部分，是广州亚运会和深圳大运会的配套工程，广深港客运专线位于珠江口东岸，泛珠江三角洲大经济圈的内圈层，该线北部与在建的武广客运专线在新广州站相连，向南经番禺区的沙湾，然后折向东经黄阁镇，下穿狮子洋后进入东莞市，经东莞市沙田、虎门、长安镇，进入深圳龙岗区，然后经皇岗进入香港，与新九龙车站相连，全长146公里。线路设计时速线下350公里、线上250公里。
广深港客运专线ZH-3标地理位置图
深圳北站离市中心9.3公里，距皇岗口岸12公里，与多条市政快速干道相连，实现了广深港、厦深等国铁与地铁4、5、6号线一站换乘，具备优越的通行条件。深圳北站共设计20股道，11个旅客站台面，站房分为主站房和无站台柱雨棚两部分，建筑总面积18.2万平方米。主站房屋盖东西长413米，南北宽208米，总高43.6米，钢结构最大跨度86米，最大悬挑63米（为国内外房建领域最大悬挑）。结构总用钢量约6.3万吨。
主站房钢结构为超长无缝结构，采用大跨度异型钢结构设计，是国内外首创的结构体系。车站分地面站台层、高架夹层、高架候车层、商务预留层共四层。
上部屋盖为双向双层不规则截面桁架钢结构，采用“上平下曲”形态的纵横双向桁架体系，为大跨度的单片钢管桁架，最大跨度86米，桁架高度11米，最大悬挑63米；下部为钢管砼柱与钢砼楼板组合梁框架结构，其中9米框架层采用蜂窝梁结构，基本跨度43米。抗震设防烈度7度，抗震等级为一级。
无站台柱雨棚在主站房南北两侧对称布置。东西长262.6米，南北宽130米，采用四边形环索弦支双向连续钢梁体系。
二、深圳北站工程施工组织的重难点分析
（一）工程量大，施工任务重，工期压力大
主体钢筋桁架楼承板总量约7.5万平方米，钢结构总量约6.5万吨， 由于整个枢纽相关配套工程的影响，工期滞后5个多月，使主站房工期极为紧张。为保证兑现总工期，大部分基础工程和钢结构施工已在在09年雨季穿插施工，10年雨棚基础、钢结构、安装和装修仍将在雨季施工，要在不到一年的时间里完成剩余的所有工程，工期压力大。
（二）工程交叉多，施工干扰大，安全风险高
外部交叉施工：与深圳北站枢纽配套工程交叉施工的有新区大道、大水管改移、东广场、西广场、玉龙路高架桥、留仙大道高架桥、地铁5号线、地铁4、6号线车站。由于深圳北站枢纽工程参建各方工期压力均十分紧迫，各方业主、设计和施工单位之间交叉协调难度大。
在基础施工阶段，深圳北站基础及钢结构施工必须和各外部施工单位同步施工，交叉施工不可避免。
内部交叉施工：由于需在一年时间里完成全部土建工程、钢结构工程、拉索幕墙、给排水工程、暖通工程、消防工程、设备工程、电气工程、光伏发电系统、景观照明、客服系统、煤气工程、环境工程、雨水利用、装修工程，由于专业种类多，所以必须相互交叉作业，各专种、各专业之间施工协调难度大。
（三）主体结构形式复杂，施工难度大
钢结构体系特殊， 跨度大，支撑少，杆件多。最大跨度达86m，最大悬挑63m，施工过程中安装精度与挠度控制复杂，大截面（4000×2500）Y型柱由八边形内外筒柱或七边形斜柱与大吨位铸钢件（最重单个78吨）连接，施工复杂，焊接极其困难。
新型拉索幕墙与国内首次采用的雨棚伞状结构体系采用预应力张拉，工期短、技术难度高，施工难度大。
（四）生产资源投多，工期压力大，成本费用高
本工程为国家建设项目，投资审查控制相当严格，按照招标文件清单，深圳北站钢结构3.9万吨，但设计估计钢结构总量约6万吨，量差巨大，钢结构拼装场及安装支架措施等因素造成费用也大幅增加。同时，为了加快进度，站房工程大部分工点采取增开作业面、加大资源投入等方式，导致费用加大。
三、主体工程施工组织方案
根据本工程现场实际情况，本文主要从项目管理及施工组织等方面对本工程实施过程中的一些经验进行探讨。
1．克服图纸到位晚、设计方案确定迟、施工场地移交迟等困难，积极组织和配合设计完成主体结构施工图设计。
为了加快深圳北站主体施工的建设，我公司组织了40余人的钢结构深化设计队伍，分为3个小组配合节点详图设计：一个小组驻扎设计院，配合结构设计，首先把大批量的材料规格确定下来，确保材料采购工作的提前进行；一个小组驻扎工地，随时掌握施工现场情况，对设计图纸各部位及施工工艺进行现场交底和指导；一个小组驻扎在钢结构加工基地，进行详图深化设计，做到及时、准确完成加工详图，确保加工生产的进度。
通过我公司与设计院的共同努力，虽然前期设计工作滞后，但在本工程在实施的过程中，在我们高效、有序的施工组织上没有受到图纸的制约，确保了工程的顺利进展。
2．因地制宜优化施工方案，主体工程分区流水作业。深圳北站主站房部分为超长无缝结构，下部主体结构采用钢管混凝土柱与钢-混凝土楼板组合梁框架结构体系，上部屋盖采用“上平下曲”形态的纵横双向桁架体系。主站房东西长409m，南北宽208m，建筑高度43.602m。钢筋桁架楼承板“跳仓法”施工总面积为74752㎡，站房钢结构钢梁、钢柱钢板厚度最厚分别为84mm、50mm，屋面桁架最大跨度为86m，最大悬挑为63m，单榀桁架重量为120吨。钢结构用钢量为6.5万吨。钢结构屋盖安装是本工程安装的难点，但从项目总体的角度，根据施工环境、工期要求，确定施工工法，进而提出人、机、料的需求。
在项目伊始之初，项目部各级技术人员集中研究讨论以下2中安装方案：
（1）顺作法，先完成站台层路基填筑，再完成9米层钢-混楼板结构，后施工钢结构屋盖桁架，即“从下向上”的施工方案。“从下向上”的施工方案为常规方案，先施工9米层钢梁和混凝土楼板，然后大型设备在楼板上进行屋盖的安装，可以采用滑移、分片吊装等多种安装方式。但是其主要缺点在于必须分区完成大部分楼面的钢结构与混凝土施工后才能进行屋面钢结构施工，而且楼面混凝土必须达到强度后才能施加施工荷载，更为不利的是本工程屋盖为大跨度屋盖，必须分区整体卸载后才能进行屋面装修工程的施工，本工程屋盖、吊顶的构造十分复杂，装修精度控制要求高，对于整体工期的实现不利。受现场外部条件的制约，使得我们无法大面积开展9米层钢结构的施工，进而对9米混凝土施工、屋盖、屋面施工产生很大的制约，无法形成有效的流水作业。
（2）逆作法，先施工屋盖（包含部分9米层钢梁），再施工9米层钢梁，即“先上后下”的方案。“先上后下”的方案是为了应对施工环境的复杂性而提出的。由于施工现场外部干扰，其他配套工程的施工进度速度不同，我们考虑采用模块化、分区域进行钢结构的施工。基于这种考虑，我们要求每一个柱网在条件允许的前提下，开始施工，这样“先上后下”的方案就被提出来了。在每一个柱网场地具备的条件下，先进行屋盖的安装，再进行9米楼面的施工，确保在最后场地交付后很快完成钢结构的施工，为其他工序提供工作面。另外，采用本方案，使得大量的工作能够在地面上进行，减少高空作业，缩短了作业时间，减少了安全风险，工程质量也容易得到保证。本工程工期是政府、业主关注的焦点，因此方案的选择，在现场环境复杂的情况下，方案选择是保证工期作为第一考虑因素。由于“先上后下”方案的考虑有常规施工不同，伴之而来的是一些技术方面的挑战，经过技术管理人员的努力，这一问题都得到解决，工程进展顺利。
考虑到本工程现场外部环境的复杂，以及交叉施工的影响，最终选择“先上后下”的方案，實践证明从第一块场地初步提供，2009年12月3日进行地上结构施工，到2010年6月底主站房5.5万吨钢结构将安装完毕，其他土建工程在2010年2月插入施工，形成了流水化的施工，效果是理想的。
从场地考虑，由于现场施工是逐步、初步形成后就进行屋盖的施工，因此，施工场地十分狭小，桁架的高度有11米多，经过技术人员的工作，采用了易、拆装的立式拼装架，进行桁架的拼装，减少场地的占用，保证起重设备的行走线路不受干扰，确保了有限场地的大面积施工。
3．从设计的角度的合理化建议。本工程9米层楼板原设计为现浇混凝土板，由于工期紧张，考虑到楼板施工时，需要搭设11米的高支模，而且脚手架的搭设、拆除将耗费大量的时间，而且钢筋绑扎速度较慢，在混凝土施工保养期间，脚手架将占用所有的场地，整个站台层将无法展开施工，将使得站场路基回填自然沉降期不够。为此，我们向业主、设计提出采用钢筋桁架模板（自承式模板），这样可以取消所有的钢管脚手架，候车层和站台层可以同步开展，避免了交叉干扰，为后续工程施工赢得宝贵时间。
4．施工组织对工期与成本的控制。施工组织方案的选择，对工期的影响是重大的。综上所述，采用“逆作法”的施工方案，可以在条件具备的区域提前进行施工，而不必等到场地全部具备才进行施工，而且钢结构的施工是连续的，保证了钢结构的施工速度，同时，也可以向其他工种尽快地提供作业场地。为按期完成工程，按期通车创造了条件。
在钢结构的施工过程中，采用零时间管理的时间管理概念，对于加工工厂的构件生产，由施工工地项目部进行控制，控制到每一支构件的状态，确保构件按时按顺序到达工地，使得构件供应与工地拼装、安装时间上零搭接。现场安装对于临时支撑、胎架的人员、场地、设备进行合理安排，形成桁架拼装、吊装、次桁架安装、钢梁安装的流水化作业，确保施工的连续与进度。
对于大跨度钢结构工程的施工，现场拼装胎架、临时支撑的设置，占工程成本的相当大的部分，本工程中对于拼装胎架、临时支撑采用标准化设计概念，设计了通用的几种支撑与拼装胎架，提高了辅助材料的通用性，便于材料的重复使用，客观上提高了工效，降低了工程成本。
5．安全控制措施。钢结构施工的特点是全部或大部分高空作业，而且由于起吊作业的限制，不能够设置安全网等安全措施，施工安全隐患很大。因此安全控制的压力很大。
在实施过程中，我们从以下几个方面进行安全的控制：（1）从施工方案入手，尽量采用地面拼装、整体吊装的施工方法，减少高空作业，降低高空作业的风险；（2）本工程屋盖桁架为大跨度（86米）的平面单片桁架，安装过程中桁架的平面外稳定是施工中结构安全的关键，在施工中采用两向桁架同时起吊、就位的施工方案，保证施工中的结构安全；（3）进行施工及卸载过程的施工验算；（4）在所有高空吊装构件上设置生命线，保证高空作业工人，有稳固的安全带系挂点；（5）严格执行安全培训与班前安全教育、交底制度，加强安全安全检查消除安全隐患。
四、结论
通过在施工前对项目组织、项目特点进行研究分析后，确定了深圳北站的项目管理及施工组织方案，从现场实施的情况来看，整个项目施工组织和管理是行之有效的，深圳北站主体结构工程将已于2010年8月22日全部卸载完成，为广深港客运专线全线开通奠定了基础。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准．混凝土结构设计规范（GB50010-2002）．
[2]中国钢结构协会．建筑钢结构施工手册．2002．
[3]深圳北站钢结构施工图纸．
[4]深圳北站钢结构施工组织设计．
关键词：高铁站房；钢结构；施工技术
一、工程概况
广深港客运专线是铁道部中长期铁路网规划 “四纵四横”之“四纵”之一——连接华北和华南地区的“北京-武汉-广州-深圳-香港”客运专线——的重要组成部分，是广州亚运会和深圳大运会的配套工程，广深港客运专线位于珠江口东岸，泛珠江三角洲大经济圈的内圈层，该线北部与在建的武广客运专线在新广州站相连，向南经番禺区的沙湾，然后折向东经黄阁镇，下穿狮子洋后进入东莞市，经东莞市沙田、虎门、长安镇，进入深圳龙岗区，然后经皇岗进入香港，与新九龙车站相连，全长146公里。线路设计时速线下350公里、线上250公里。
广深港客运专线ZH-3标地理位置图
深圳北站离市中心9.3公里，距皇岗口岸12公里，与多条市政快速干道相连，实现了广深港、厦深等国铁与地铁4、5、6号线一站换乘，具备优越的通行条件。深圳北站共设计20股道，11个旅客站台面，站房分为主站房和无站台柱雨棚两部分，建筑总面积18.2万平方米。主站房屋盖东西长413米，南北宽208米，总高43.6米，钢结构最大跨度86米，最大悬挑63米（为国内外房建领域最大悬挑）。结构总用钢量约6.3万吨。
主站房钢结构为超长无缝结构，采用大跨度异型钢结构设计，是国内外首创的结构体系。车站分地面站台层、高架夹层、高架候车层、商务预留层共四层。
上部屋盖为双向双层不规则截面桁架钢结构，采用“上平下曲”形态的纵横双向桁架体系，为大跨度的单片钢管桁架，最大跨度86米，桁架高度11米，最大悬挑63米；下部为钢管砼柱与钢砼楼板组合梁框架结构，其中9米框架层采用蜂窝梁结构，基本跨度43米。抗震设防烈度7度，抗震等级为一级。
无站台柱雨棚在主站房南北两侧对称布置。东西长262.6米，南北宽130米，采用四边形环索弦支双向连续钢梁体系。
二、深圳北站工程施工组织的重难点分析
（一）工程量大，施工任务重，工期压力大
主体钢筋桁架楼承板总量约7.5万平方米，钢结构总量约6.5万吨， 由于整个枢纽相关配套工程的影响，工期滞后5个多月，使主站房工期极为紧张。为保证兑现总工期，大部分基础工程和钢结构施工已在在09年雨季穿插施工，10年雨棚基础、钢结构、安装和装修仍将在雨季施工，要在不到一年的时间里完成剩余的所有工程，工期压力大。
（二）工程交叉多，施工干扰大，安全风险高
外部交叉施工：与深圳北站枢纽配套工程交叉施工的有新区大道、大水管改移、东广场、西广场、玉龙路高架桥、留仙大道高架桥、地铁5号线、地铁4、6号线车站。由于深圳北站枢纽工程参建各方工期压力均十分紧迫，各方业主、设计和施工单位之间交叉协调难度大。
在基础施工阶段，深圳北站基础及钢结构施工必须和各外部施工单位同步施工，交叉施工不可避免。
内部交叉施工：由于需在一年时间里完成全部土建工程、钢结构工程、拉索幕墙、给排水工程、暖通工程、消防工程、设备工程、电气工程、光伏发电系统、景观照明、客服系统、煤气工程、环境工程、雨水利用、装修工程，由于专业种类多，所以必须相互交叉作业，各专种、各专业之间施工协调难度大。
（三）主体结构形式复杂，施工难度大
钢结构体系特殊， 跨度大，支撑少，杆件多。最大跨度达86m，最大悬挑63m，施工过程中安装精度与挠度控制复杂，大截面（4000×2500）Y型柱由八边形内外筒柱或七边形斜柱与大吨位铸钢件（最重单个78吨）连接，施工复杂，焊接极其困难。
新型拉索幕墙与国内首次采用的雨棚伞状结构体系采用预应力张拉，工期短、技术难度高，施工难度大。
（四）生产资源投多，工期压力大，成本费用高
本工程为国家建设项目，投资审查控制相当严格，按照招标文件清单，深圳北站钢结构3.9万吨，但设计估计钢结构总量约6万吨，量差巨大，钢结构拼装场及安装支架措施等因素造成费用也大幅增加。同时，为了加快进度，站房工程大部分工点采取增开作业面、加大资源投入等方式，导致费用加大。
三、主体工程施工组织方案
根据本工程现场实际情况，本文主要从项目管理及施工组织等方面对本工程实施过程中的一些经验进行探讨。
1．克服图纸到位晚、设计方案确定迟、施工场地移交迟等困难，积极组织和配合设计完成主体结构施工图设计。
为了加快深圳北站主体施工的建设，我公司组织了40余人的钢结构深化设计队伍，分为3个小组配合节点详图设计：一个小组驻扎设计院，配合结构设计，首先把大批量的材料规格确定下来，确保材料采购工作的提前进行；一个小组驻扎工地，随时掌握施工现场情况，对设计图纸各部位及施工工艺进行现场交底和指导；一个小组驻扎在钢结构加工基地，进行详图深化设计，做到及时、准确完成加工详图，确保加工生产的进度。
通过我公司与设计院的共同努力，虽然前期设计工作滞后，但在本工程在实施的过程中，在我们高效、有序的施工组织上没有受到图纸的制约，确保了工程的顺利进展。
2．因地制宜优化施工方案，主体工程分区流水作业。深圳北站主站房部分为超长无缝结构，下部主体结构采用钢管混凝土柱与钢-混凝土楼板组合梁框架结构体系，上部屋盖采用“上平下曲”形态的纵横双向桁架体系。主站房东西长409m，南北宽208m，建筑高度43.602m。钢筋桁架楼承板“跳仓法”施工总面积为74752㎡，站房钢结构钢梁、钢柱钢板厚度最厚分别为84mm、50mm，屋面桁架最大跨度为86m，最大悬挑为63m，单榀桁架重量为120吨。钢结构用钢量为6.5万吨。钢结构屋盖安装是本工程安装的难点，但从项目总体的角度，根据施工环境、工期要求，确定施工工法，进而提出人、机、料的需求。
在项目伊始之初，项目部各级技术人员集中研究讨论以下2中安装方案：
（1）顺作法，先完成站台层路基填筑，再完成9米层钢-混楼板结构，后施工钢结构屋盖桁架，即“从下向上”的施工方案。“从下向上”的施工方案为常规方案，先施工9米层钢梁和混凝土楼板，然后大型设备在楼板上进行屋盖的安装，可以采用滑移、分片吊装等多种安装方式。但是其主要缺点在于必须分区完成大部分楼面的钢结构与混凝土施工后才能进行屋面钢结构施工，而且楼面混凝土必须达到强度后才能施加施工荷载，更为不利的是本工程屋盖为大跨度屋盖，必须分区整体卸载后才能进行屋面装修工程的施工，本工程屋盖、吊顶的构造十分复杂，装修精度控制要求高，对于整体工期的实现不利。受现场外部条件的制约，使得我们无法大面积开展9米层钢结构的施工，进而对9米混凝土施工、屋盖、屋面施工产生很大的制约，无法形成有效的流水作业。
（2）逆作法，先施工屋盖（包含部分9米层钢梁），再施工9米层钢梁，即“先上后下”的方案。“先上后下”的方案是为了应对施工环境的复杂性而提出的。由于施工现场外部干扰，其他配套工程的施工进度速度不同，我们考虑采用模块化、分区域进行钢结构的施工。基于这种考虑，我们要求每一个柱网在条件允许的前提下，开始施工，这样“先上后下”的方案就被提出来了。在每一个柱网场地具备的条件下，先进行屋盖的安装，再进行9米楼面的施工，确保在最后场地交付后很快完成钢结构的施工，为其他工序提供工作面。另外，采用本方案，使得大量的工作能够在地面上进行，减少高空作业，缩短了作业时间，减少了安全风险，工程质量也容易得到保证。本工程工期是政府、业主关注的焦点，因此方案的选择，在现场环境复杂的情况下，方案选择是保证工期作为第一考虑因素。由于“先上后下”方案的考虑有常规施工不同，伴之而来的是一些技术方面的挑战，经过技术管理人员的努力，这一问题都得到解决，工程进展顺利。
考虑到本工程现场外部环境的复杂，以及交叉施工的影响，最终选择“先上后下”的方案，實践证明从第一块场地初步提供，2009年12月3日进行地上结构施工，到2010年6月底主站房5.5万吨钢结构将安装完毕，其他土建工程在2010年2月插入施工，形成了流水化的施工，效果是理想的。
从场地考虑，由于现场施工是逐步、初步形成后就进行屋盖的施工，因此，施工场地十分狭小，桁架的高度有11米多，经过技术人员的工作，采用了易、拆装的立式拼装架，进行桁架的拼装，减少场地的占用，保证起重设备的行走线路不受干扰，确保了有限场地的大面积施工。
3．从设计的角度的合理化建议。本工程9米层楼板原设计为现浇混凝土板，由于工期紧张，考虑到楼板施工时，需要搭设11米的高支模，而且脚手架的搭设、拆除将耗费大量的时间，而且钢筋绑扎速度较慢，在混凝土施工保养期间，脚手架将占用所有的场地，整个站台层将无法展开施工，将使得站场路基回填自然沉降期不够。为此，我们向业主、设计提出采用钢筋桁架模板（自承式模板），这样可以取消所有的钢管脚手架，候车层和站台层可以同步开展，避免了交叉干扰，为后续工程施工赢得宝贵时间。
4．施工组织对工期与成本的控制。施工组织方案的选择，对工期的影响是重大的。综上所述，采用“逆作法”的施工方案，可以在条件具备的区域提前进行施工，而不必等到场地全部具备才进行施工，而且钢结构的施工是连续的，保证了钢结构的施工速度，同时，也可以向其他工种尽快地提供作业场地。为按期完成工程，按期通车创造了条件。
在钢结构的施工过程中，采用零时间管理的时间管理概念，对于加工工厂的构件生产，由施工工地项目部进行控制，控制到每一支构件的状态，确保构件按时按顺序到达工地，使得构件供应与工地拼装、安装时间上零搭接。现场安装对于临时支撑、胎架的人员、场地、设备进行合理安排，形成桁架拼装、吊装、次桁架安装、钢梁安装的流水化作业，确保施工的连续与进度。
对于大跨度钢结构工程的施工，现场拼装胎架、临时支撑的设置，占工程成本的相当大的部分，本工程中对于拼装胎架、临时支撑采用标准化设计概念，设计了通用的几种支撑与拼装胎架，提高了辅助材料的通用性，便于材料的重复使用，客观上提高了工效，降低了工程成本。
5．安全控制措施。钢结构施工的特点是全部或大部分高空作业，而且由于起吊作业的限制，不能够设置安全网等安全措施，施工安全隐患很大。因此安全控制的压力很大。
在实施过程中，我们从以下几个方面进行安全的控制：（1）从施工方案入手，尽量采用地面拼装、整体吊装的施工方法，减少高空作业，降低高空作业的风险；（2）本工程屋盖桁架为大跨度（86米）的平面单片桁架，安装过程中桁架的平面外稳定是施工中结构安全的关键，在施工中采用两向桁架同时起吊、就位的施工方案，保证施工中的结构安全；（3）进行施工及卸载过程的施工验算；（4）在所有高空吊装构件上设置生命线，保证高空作业工人，有稳固的安全带系挂点；（5）严格执行安全培训与班前安全教育、交底制度，加强安全安全检查消除安全隐患。
四、结论
通过在施工前对项目组织、项目特点进行研究分析后，确定了深圳北站的项目管理及施工组织方案，从现场实施的情况来看，整个项目施工组织和管理是行之有效的，深圳北站主体结构工程将已于2010年8月22日全部卸载完成，为广深港客运专线全线开通奠定了基础。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准．混凝土结构设计规范（GB50010-2002）．
[2]中国钢结构协会．建筑钢结构施工手册．2002．
[3]深圳北站钢结构施工图纸．
[4]深圳北站钢结构施工组织设计．