车站工程运营和施工环境

福州火车站高架候车室工程是目前国内同类建筑中首例在既有线站场电气化改造完成后,边运营边过渡,成功实现运营和施工安全的项目。工程施工条件特殊,安全环境恶劣,施工组织必须围绕着车站安全运输生产的需要展开。本文重点就工程施工组织的难点和特点进行归纳介绍,以期为国内日益增加的同类铁路工程改造施工提供借鉴。

1工程概况

本工程是福州火车站站房改造项目的重要组成部分,范围包括高架候车室、基本站台装修和出站地道改造等。工程于2002年7月开工,2004年7月验收交付运营。工程分站台层和站厅层,平面尺寸为53m×120m,站台层高8•4m,站厅层最大层高为9•3m,最大建筑高度为19m,总建筑面积为16800m2,由6座6m×24m的进站楼梯将旅客从高架候车室导入进站站台。工程主要结构形式:基础为桩长25-40m的钻孔灌注桩,上部为钢筋混凝土框架结构,主梁为劲性混凝土结构,屋盖为53m跨的相贯式钢管桁架和彩钢屋面构成。

2工程施工条件

2.1施工环境条件站场内有3个既有站台,6条始发或到达线路,其中2道为外福正线。本工程建在这3个既有站台和6条铁路上方,桩基础位于3个站台面上,四周都被繁忙的铁路运输线路围绕着。

(1)空中站场先期已完成了电气化改造,6条27•5kV的电气化接触网和软硬横跨,在施工场地上空形成纵横交错的高压带电网络,对施工安全构成重大威胁。(2)站场施工期间站场不停用,边运营、边过渡、边施工,每天有18对旅客列车到发,16对货物列车沿2道外福正线通过,还有间断进行的旅客列车调车编组作业,对工程施工组织构成重大影响。(3)地下埋有不同年代修建的各种通讯、信号、照明、广播、电力电缆以及给排水管道,施工过程必须确保其安全。

2.2施工组织和过渡条件施工组织条件:铁路运输单位要求,在保证铁路旅客和货物运输正常进行的前提下,实现工程的安全施工。行车过渡条件:施工期间只允许停用1条线路和1个站台面(1个站台靠线路一侧的1个平面);跨线楼盖施工阶段经铁路部门批准,允许短时间停用2条线路股道。而设计施工条件是按每阶段停用1个站台的2个站台面和2条线路来进行的,需要施工单位自行研究满足上述行车过渡条件的施工组织方案。

3施工组织的特点和难点

上述工程施工环境条件和组织、过渡条件,带来本工程施工的如下特点和难点:①本工程是在站场电气化改造完成后,边运营、边过渡、边施工,在当时国内还没有可供借鉴的同条件工程施工经验。②工程施工组织必须围绕着火车站运输生产和行车过渡的需要展开,安全防护任务点多面广,任何疏忽都可能酿成重大的铁路行车安全及人身伤亡事故。③铁路运输生产和工程施工矛盾严重,和旅客乘降矛盾突出。④受环境条件限制,基础工程及钢骨梁吊装施工难度大。⑤同一平面的施工不能同时展开,必须分阶段过渡进行。

4工程的施工组织

在对施工现场进行全面踏勘并对施工条件和特点难点进行综合分析后,根据本工程边运营、边过渡、边施工,以及满足车站正常安全生产需要的特点,展开本工程施工组织设计。

4.1总体施工方案根据工程施工条件的要求,围绕着施工过程“停用1条线路和1个站台面,跨线楼盖施工允许短时间停用2个股道”这个行车过渡核心条件,进行施工组织设计。针对工程结构特点并征得设计单位同意,将候车厅高程7•70m以下楼盖沿纵向分5个阶段组织施工,选择从对车站运输影响最小的第3站台沿第1站台推进。这5个施工阶段,是在前一个阶段施工完成交付使用后,才能转入后一个阶段施工。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ阶段满足了“停用1条线路和1个站台面”这个施工过渡条件,只在Ⅲ、Ⅴ阶段跨线楼盖施工较短时间内停用2条线路股道,满足了施工组织条件的要求,为铁路运输单位和各参建主体单位所接受。

4.2施工运输方案利用站场北面暂时不用的7、8、9道线路,辟为加工场、材料堆场和施工通道;在靠近施工通道的第3站台6道线路一侧设置一台塔吊,利用铁路和电气化接触网的上部空间,形成一条“空中”水平和垂直运输通道,解决场内材料运输;混凝土采用输送泵输送。在运输繁忙的铁路站场和电气化接触网上空,采用塔吊作为水平和竖直运输工具,需要有严格的安全防护措施。

4.3楼盖高程7•7m以下5个阶段施工组织

阶段施工组织封锁6道线路,停用第3站台面,拆除6道线路上方电气化接触网,施工第3站台基础至楼盖,对第3站台靠5道一侧进行隔离围护。本阶段施工的难点是桩基施工和穿越既有地道的桩承台深基坑安全防护、地道恢复施工的防水处理(这也是后续Ⅱ、Ⅳ阶段施工的共性,后面阶段将不再介绍)及劲性混凝土钢骨梁吊装。钻孔灌注桩施工:本工程基础为钻孔灌注桩。受环境限制,设计时未做试验桩,本阶段要利用工程桩进行桩基设计承载力试验。为提高桩基承载力,设计要求对桩端进行高压注浆。本工程有800、1000、1200三种桩型,桩长在25~40m间。本工程所处位置地质结构复杂,岩层陡峭,持力层裂隙发达,孤石、卵石夹层多,设计要求大部分的桩端必须嵌入中风化花岗岩层。用20型反循环桩机施工大孔径桩,15型反循环桩机施工小孔径和桩身较短的桩,辅以冲孔机械冲穿遇到的卵石、孤石夹层和陡峭岩层。施工中产生的泥渣随时用泵车运走,以防污染站场,影响旅客上下车通行。

本方案满足了本阶段行车过渡的需要。阶段跨线钢梁合并吊装:本阶段钢骨梁跨度长、重量大、施工场地小,吊机回转操作空间有限。在1道线路上铺设一条施工便道,把临时停用的2道线路作为钢梁现场拼装场地,用一台20t汽车吊配合另一台50t的汽车吊来实施卸车、拼装和吊装作业。本阶段,将两段钢骨梁在2道线路拼接成23m长、重15t的F形钢梁,通过合理组合,将原本分二个阶段安装的钢骨梁在地面拼成一体后合并在一个阶段施工。本阶段钢骨梁吊装综合了Ⅱ、Ⅲ阶段钢骨梁吊装的特点,又有新的要求。本阶段钢梁在安装中要同时连接3个节点:即第1站台上的两个下柱支腿结点和2站台施工缝处的梁水平结点。在同一高程上一次连接3个结点,在一般结构安装中很少采用,对各节点的精确度要求很高,任何一个位置出现偏差,都将导致钢梁无法精确安装到位。

安装顺序为:先吊装一站台两根2•0m长的下短柱,与混凝土柱内预埋的螺栓作临时固定,钢骨梁与钢短柱连接位置的水平或竖直方向的微小偏差,可通过此短柱来调节;为了简化钢骨梁与下短钢柱在空中拼装连接,下钢短柱的上端与钢梁连接节点也设计成螺栓连接;安装2站台外伸梁节点下翼缘连接底板作为临时支点,吊装拼接好的钢骨梁;钢骨梁先与1站台上的两根下短钢柱连接,再通过微调两根下短钢柱的水平位置,达到钢骨梁两个短柱与水平梁同时就位的目的;然后先上紧两根下短柱与钢梁连接螺栓(这样可防止钢骨梁因连接螺栓安装顺序不当而产生内部应力),再安装2站台施工缝处的连接节点,最后同时上紧外伸梁连接节点及下短柱与混凝土柱上预埋的连接螺栓;松开吊钩,梁安装过程完成。本阶段施工完成后,7•7m高程平面已全部闭合,工程的主要施工困难已经解决。

5相贯式钢管桁架及彩钢板屋面施工

本工程屋盖采用相贯式钢管桁架,主桁架最大跨度为53m,每榀重13t。受施工环境条件限制,起重机械设备无法进入场内吊装。采用的方案是:钢管桁架在工厂下料切割加工成杆件后运到工地,利用塔吊将杆件吊运到楼面,进行整榀桁架的拼装焊接;经对焊缝等各专项检测合格后,用拔杆作为起重工具,逐榀吊装主桁架,每榀桁架由二座拔杆施吊,分别设置在钢桁架支点的两端,经翻转、平移、起吊就位等过程完成安装;次桁架在现场搭设满堂架拼接安装。本工程为彩钢板屋面。设计立面舒展平缓,屋面坡度仅为2•5%~4%,单向排水长度达60m。若按通常搭接,彩钢板接头处极易形成倒灌水。

6结束语

高架候车室工程是在边运营边过渡的特殊环境条件下进行工程施工的。由于方案合理,措施到位,运输及施工安全质量管理严格,各种影响因素处于受控状态。工程施工过程没有发生质量和施工伤亡、旅客伤亡、铁路行车、电气化接触网安全事故,实现了铁路和省市领导要求的安全和质量目标,是一项在特殊恶劣施工环境条件下,凭借优化的施工组织,有序的运输调度,合理的施工过渡,成功实现工程安全施工的项目。

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