城建集团建筑工程总承包部巧夺天工，让“京帆”飘起来               ■记者 董一鸣/摄

        进入10月下旬，亚洲最大的地下综合交通枢纽——北京城市副中心站综合交通枢纽项目现场施工正酣，被称为“京帆”的钢网壳下，工人们正忙着进行铝板吊顶和透明膜结构的安装工作。

        9月底，“京帆”主帆刚刚实现封顶。北京城建集团建筑工程总承包部副总经理、副中心站枢纽工程02标段项目经理李金和正快马加鞭督促地上部分加快推进，而在看不见的地下，机电设备安装、装饰装修工作也正全面展开。“从地面上看，整个项目有10片大小不一的‘京帆’，而在巨帆之下，一座现代化的交通枢纽正待破茧成蝶的那一刻。”李金和说。

         超30米深坑里施工见智慧

        城市副中心站枢纽项目地下总建筑面积128万平方米，分为地下1—3层和局部夹层，集成了2条城际铁路、1条市域铁路、4条轨道交通和15条公交接驳线路。由李金和团队施工的区域近22万平方米，相当于31个标准足球场的面积之和。

        作为全地下交通枢纽，城建集团建筑部负责的区域主体结构要占据地下140万立方米的空间。由于临近京哈铁路、市政道路和管线密集，项目采用上顺下逆工艺施工，其中“盖挖逆作法”工艺是要在地面先扣一个混凝土“帽子”，再向下逐层掏出60万立方米的土方，减少了对地面的扰动。

        城建集团建筑部施工区域东西长362米，南北最宽处240米，项目部设计了两条分别约10米和5米宽的钢栈桥，作为车辆进出地下的运输通道。从地下掏土最关键的是如何保证基坑边缘安全，结合土层情况，项目部采用常规土钉墙+地下连续墙+内撑+上下斜撑的组合方式来顶住基坑。李金和说：“由于地下9米就见水，30多米的深坑相当于建筑有20多米泡在水中。为确保万无一失，我们向地下打入一圈混凝土地下连续墙挡住来水。”

        针对地层特点，为降低造价，技术团队将常规的“一”型地下连续墙改为“T”型地下连续墙，并将每一段“T”的槽段分三次抓取成槽。“首抓为T型墙的腹板段，二抓与三抓分别抓取腹板段两侧的一字形部位，并事先利用旋挖钻机在一字段两侧打孔，让抓斗两侧受力均衡，确保墙体垂直度。”李金中说。同时考虑到地下逆作结构高度超过10米，在靠近地连墙部位使用上下斜撑来支撑连续墙，再进行底板的边角施工，确保地下空间的作业安全。

         校企联手攻克“回弹”难题

        对李金和来说，整个项目地下结构施工完成，工程就完成了一大半。如何开挖60万立方米的土方项目，团队着实犯了难。“别小看挖土，先挖哪些区域，一次挖多深等问题纷至沓来，特别是围绕基底‘回弹’的难题，我们更是研究了近一年时间。”李金和说。

        “盖挖逆作”工艺在挖土前需要先向地下打入多根钢管柱作为地下结构的立柱，相比向上盖楼看得见摸得着不同，向下挖掘如同盲人摸象，如何保证垂直度是一个巨大难题。针对2厘米以内的垂直度偏差要求，项目部采用了“全液压可视可控旋挖扩底灌注桩+液压垂直插入钢管施工技术”的方案，就是在每根柱施工前在上面放上一个“金属压板”锁定桩的垂直度，按照钢筋笼、超缓凝混凝土、钢管的先后顺序给桩基“加料”，最后通过“金属插管机”固定72小时，让每一根钢管柱都能线条笔直。

        有了稳固的竖向结构后，如何将土方挖出去？团队又犯了难。“60万立方米的土被圈在地下连续墙中间，形成一个近乎于封闭的空间，如果随意开挖会造成土体压力变化，造成土体回弹，而经测算，最大回弹量甚至可达15公分，如果不解决这个问题局部结构会出现损坏。”李金和说。

        为此，团队联合清华大学进行了“超大规模地下交通枢纽施工时空效应、工程响应与施工控制研究”，融合了原位试验、室内试验、模型试验、有限元、人工智能及数理方法等理论与技术，对深基坑工程有限元分析、时空效应、参数反分析、预测及安全评价等方面进行系统分析与综合研究。“最终我们通过信息化系统完成了区域内土体压力变化的分析，并针对压力不同制定了差异化开挖方案，让土体回弹可控，确保工程建设安全。”李金和说。

         6400吨“京帆”飘起来

        如果说地下施工充满挑战，那么地上的“京帆”屋面则更体现了团队技艺的巧夺天工。

        整个“京帆”有7大3小共10组网壳，每组网壳分帆顶和帆下的弧形“泡泡屋面”，“帆”上和“泡泡”上附着“水立方”同款ETFE膜，“帆”下则下挂铝合金蜂窝板。

        “这种结构形式在国内尚属首次应用，由于‘京帆’为双曲面的多变造型，两层壳体之间通过可伸缩的弹簧进行连接，协调上下结构变形。”李金和说。

        虽然整个“京帆”重量达到6400吨，但是分布于1万多平方米的区域，让屋面轻盈飘逸。为了实现整体屋面灵动的设计理念，弹簧的质量最为重要，项目部与生产厂家对弹簧进行了个性化设计和试验研究。最终，这种单个1米高、直径0.3米的弹簧组要通过200万次的疲劳试验验证后才能投入到现场。安装中，每一个弹簧通过拉索与“京帆”上下连接，构成稳定的受力结构，确保屋面整体安全。

        为了控制钢结构位形变化，确保安装精度，团队还借助BIM模型进行杆件空间形状的深化设计，利用3D扫描技术进行虚拟预拼装，确保构件加工质量，保证结构安装精度。

        从事复杂结构施工，对项目部的科技创新能力也是极大的提升。施工至今，项目部共完成了北京市科委的9项科技立项，发表论文5篇，同时项目围绕施工共申请专利49项，其中发明专利授权9项，实现了以新质生产力赋能工程建设。