韓永偉

中國鐵路北京局集團有限公司站房工程項目管理部 北京 100068

1 施工背景概述

京張高鐵崇禮支線太子城站位于2022年北京冬奧會的主賽場地張家口市崇禮縣，距離張家口市50km，距離崇禮縣城15km，為冬奧會的配套工程，屆時將作為冬奧會的主要交通樞紐和頒獎儀式的背景建筑。車站設三臺四線，站房為線側下式小型站房，站房總建筑面積12000m2，為地下一層、地上一層、局部設置夾層，面寬222m，進深27m，高度16.8m。地下一層建筑面積6000m2，為奧運期間換乘中心兼臨時候車室，并設置鐵路文化展廳，兩側為臨時售票廳、旅客服務及相關設備用房，運動員可通過進站快速通道的樓扶梯到達地面層進站；一層建筑面積4300m2，為普通旅客提供候車、進站服務，候車廳兩側分別設置售票廳及設備用房；夾層建筑面積1700m2，為商務候車廳[1]。

太子城站是世界上首個直通奧運賽場的高鐵站。車站設計充分尊重自然，盡可能保留自然景觀資源。站房建筑外形為月牙形雙曲落地，站臺雨棚以白色為主、基調與周邊山體和環(huán)境自然融合，附屬房屋屋面采用折板外形與周邊配套建筑彼此呼應，讓“建筑融于山、建筑融于水”。鳥瞰太子城就像一塊鑲嵌于山中的美玉，又如一顆晶瑩剔透的明珠。站房設計寓意“無界共享”，主要體現(xiàn)建筑與自然、中西文化、奧林匹克精神的共存，詮釋了“百年京張、天地合德”的京張文化。充分體現(xiàn)了“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟藝術、智能便捷”的高鐵站房建設理念。

太子城站站房金屬屋面總建筑面積6270m2，車站采用雙曲弧線造型，曲線形式與周圍山勢相呼應，雙曲屋面直接落地，建筑造型與周邊環(huán)境自然融合，減少對周邊環(huán)境的影響，充分尊重自然，體現(xiàn)山地建筑，綠色建筑特色，通過鋁鎂錳與鈦鋅屋面板的有效結合，利用材料自身的特點（耐久性、安全性、自潔性、環(huán)保性等），可有效地補充因當?shù)貧夂蚝渌鶐淼牟蛔?；在后期維護時，因其不需要著色，灰色調貫穿整個建筑物的生命，自愈性強等特點，達到高效、經(jīng)濟、美觀等效果。

圖1 太子城站鳥瞰圖

屋面從中部逐漸向兩側端部對稱自然收斂，面層為鈦鋅復合裝飾板，在國內高鐵站房是首次應用。工程設計造型復雜，施工難度大，具有以下特點：①站房屋面鈦鋅板覆蓋面積6270m2，高大空間曲面4980塊面板外形尺寸均不相同，表面曲率各異，加工難度大，安裝精度要求高；②進口鈦鋅面板復合加工工藝復雜；③鋼結構主體施工誤差和變形對屋面三維坐標控制影響大。

1.1 模型建立、方案先行

為保證雙曲鈦鋅屋面的順利實施，建立建筑信息BIM模型，借助BIM技術手段，通過對大跨度弧形梁、鉸支座等重要構件深化設計，利用BIM技術進行施工模擬，研究制定可行性施工方案，采用Revit和MagiCAD軟件，對有特殊要求的部位對管線進行校核和碰撞試驗，減少水、電、暖、通、消、FAS、BAS等多個專業(yè)在施工過程中的沖突，確保雙曲屋面板的整體空間效果及使用功能，通過采用國內外比較先進，技術成熟的直立鎖邊屋面系統(tǒng)，對屋面分格圖、節(jié)點大樣圖、剖示圖及施工加工圖深化節(jié)點設計，繪制出鈦鋅復合裝飾板外形準確尺寸的加工圖，保證屋面板的加工尺寸標準。

1.2 以栓代焊、精準定位

利用Tekla軟件對大跨度弧形梁進行整體建模，合理分段，采取超長弧形梁分段制作現(xiàn)場整體拼裝模式。每個分段對接口采用法蘭板加螺栓固定方式，制作時利用專用胎具對弧形梁弧度尺寸進行精確控制?，F(xiàn)場拼裝利用專用胎具進行，分段間用法蘭板臨時連接后，通過復核每段弧形梁兩端及跨中標高、每兩段弧形梁和整體弧形梁下弦口弦長尺寸符合圖紙要求后，將螺栓緊固后焊接成整體。現(xiàn)場分段組拼完成后，結合BIM技術進行弧形梁受力計算，確定鋼結構梁的合適吊點，利用大噸位吊車整體安裝，先將梁底部與鉸支座利用銷軸連接，以銷軸為軸，然后調整梁頂部標高使其與鋼柱預留接口精確定位安裝，減少單根弧形梁焊接所帶來的弊端，縮短了工期[2]。

1.3 點云技術、精度控制

由于從主體鋼結構網(wǎng)架施工到屋面結構做法的全過程施工質量精度控制對最后的表層鈦鋅板的安裝精度影響很大，所以必須通過精準的測量儀器對高大空間屋面的坐標位置變化進行有效掌控。應用3D點云測量儀器及其配套軟件，結合激光測量和攝影測量原理得到點云，包括三維坐標（XYZ）、激光反射強度（Intensity）和顏色信息（RGB）。在獲取車站站房屋面表面每個采樣點的空間坐標后，得到的是一個點的集合，與之前應用BIM建立的屋面模型進行對照比較，從而可以修正在施工過程中各點具體實際位置的變化，以指導屋面鈦鋅板的測量放線、單元板加工、現(xiàn)場安裝等。使用智能3D點云測量掃描儀器，能夠快速準確測量和形成實時建筑的三維坐標，保證了施工測量和誤差控制精度。

圖2 鋼屋架模型建立

圖3 弧形鋼梁分段拼裝

圖4 圖室內吊車站位示意

圖5 3D點云掃描測量

1.4 以折代曲，精細組裝

圖6 鋁鎂錳屋面安裝圖

鈦鋅板單元即單塊鈦鋅復合板及其封邊、框架、可調節(jié)支 座等部分。按照以折代曲的設計理念，將屋面板分為4980塊單獨板，對各板塊單獨編號組裝。先在鋁鎂錳合金屋面上安裝鈦鋅屋面面板的龍骨體系，龍骨體系起到整體鈦鋅屋面板的控制定位和固定支撐作用。龍骨體系通過專用特制的夾具支架固定在鋁鎂錳合金屋面直立鎖邊立邊上，牢固可靠。龍骨體系與這些支架連接固定形成預期的網(wǎng)格分布，然后鈦鋅面板即可按照預先編號對號入座安裝就位。鈦鋅屋面板單元，由專用卡具和支座將單元板固定在屋面龍骨體系上，能夠通過支座調節(jié)高度使整體屋面達到圓順，還可以單獨拆卸，方便維修清理。鈦鋅板自地面調運至屋面采用人工配合機械吊運。在側邊檐口用鋼管焊接臨時龍門架，人工用滑輪和纜繩將鋁板拉運至屋面。機械吊運采用汽車吊和利用現(xiàn)場主體施工用的塔吊將鋁板直接吊運至屋面，每次吊運時必須保證鋁板綁扎牢固無松散，鋼絲纜對鋁板無損傷。屋面板吊運至屋面后分散堆放，避免過于集中地堆放，且不能將棱角擱置于下層屋面板上，防止造成下層板變形。對暫時不安裝的鋁板必須用纜繩固定于結構上，防止大風吹落。鈦鋅板的固定采用自攻螺絲與骨架結構相連，做到每個固定點必須有螺絲固定，不允許有跳打現(xiàn)象。在屋面板安裝完成后通過四個角部的可調支座對屋面的整體曲率進行調整，實現(xiàn)屋面體系的整體圓順[3]。

圖7 鈦鋅板屋面安裝圖

2 結束語

鋼屋蓋采用大跨度弦支穹頂與疊拱組合結構。這種新型結構體系由于其疊拱跨度大、安裝高度高、網(wǎng)殼安裝、預應力索張拉、施工周期緊等結構特點，施工難度較大。堆疊拱采用臨時支撐架、分段吊裝、高空拼接施工方法安裝，全支撐、高空展開作業(yè)方法安裝網(wǎng)殼拱頂。對支承體系進行了空間結構分析，采用有限元軟件對鋼結構屋蓋體系的安裝過程進行了模擬分析。同時利用精密儀器和設備對頂板結構進行應力和變形監(jiān)測。因此，施工安全和質量得到了保證。