特大型交通枢纽的主体框架与屋面钢结构的施工组织

中铁建工集团有限公司 上海 200331

1 工程概况

南昌西站是一座横跨沪昆客运专线、向莆铁路2 个站场的超大型铁路综合枢纽，车站体量由包括南昌地铁2号线、出租车通道、南北地下出站通道、高架车道和旅客落客平台、南北站房和中间高架站房、沪昆和向莆铁路站场、车站雨棚等多个单体综合而成，建筑总面积259 015.1 m2，站房长385 m，宽169 m，站场含12 站台26 线，共同构成了江西省最大的综合性交通枢纽（图1）。

2 结构特征

1）地铁2号线：地铁2号线位于站房南北中轴线地下出站厅正下方，为地下2 层三跨矩形箱体框架结构，地铁箱涵的顶板为地下室的底板，地铁跨柱距为25 m；地铁箱涵下部为站房结构柱基础。箱涵典型层高7.86 m，外墙厚700 mm，站台段中墙厚800 mm，隧道段中隔墙厚500 mm；地铁顶板厚400 mm，底板厚800 mm。

图1 南昌西站整体结构模型

2）地下出站层：地下出站层为桥建合一结构，采用φ800～φ1 200 mm钻孔灌注桩基础+厚800 mm C40承台+地梁整体筏板，顶标高-10.80 m；地下室顶板结构采用3 100 mm×1 800 mm预应力箱型混凝土梁，钢骨混凝土柱。

3）高架候车室结构：高架层楼面梁板为预应力钢筋混凝土结构，最大柱跨25 m。柱子采用φ1 300 mm的钢管混凝土柱。钢筋混凝土结构中的框架梁和井字次梁均采用后张有黏结预应力梁。

4）商业夹层和屋盖结构：+10 m标高以上钢柱截面φ1 700 mm×30 mm，大部分钢柱分四叉，大屋盖采用钢桁架结构；+19 m标高夹层采用平面钢桁架结构，夹层的角部X向悬挑15 m，Y向悬挑18 m，钢桁架上下弦的中心距为1.9 m，夹层楼面刚度较小，局部加斜杆，形成跨层桁架（图2）。

图2 南昌西站结构典型断面

3 施工工期要求

地铁及地下1 层结构需在5 个半月完成，1层结构需在2 个半月完成，钢结构需在3 个月内完成，高架层结构需在钢结构完成后3 个月内完成，非常规的工期需要先进且合理的创新技术予以保证。

4 施工条件和资源分析

1）基坑开挖规模：基坑开挖规模巨大，基坑表层开挖范围410 m×219 m，底面开挖尺寸378 m×188 m，站房底板挖深12 m，地铁2号线总挖深20 m，2号线基坑内国铁桩基最深达26 m，总土方开挖量150万 m3。

2）地质地貌条件：既有场地复杂，地质条件多样，由于坑底土方主要以中风化泥砂岩为主，开挖难度非常大，主要以爆破配合开挖为主[1]。

3）投入资源组织：由于地质条件多样，结构异常复杂，工期非常紧张，故既需要充分考虑周转材料和机械设备投入，也要考虑先进合理的施工方法。

5 施工方案设计研究

在上述结构分析和地质、资源分析的基础上，提出了3 种方案分别进行比较研究[2,3]。

5.1 高架层吊装方案

主要指导思想是当高架候车层施工完成后，大型履带吊上高架层吊装屋面钢结构。

1）结构总体施工顺序：地铁2号线→地下室底板→地下室顶板（轨道层结构）→高架层结构→屋面钢结构→四电用房交付→室内外装修完成。

2）优点：常规的施工顺序；由于按部就班施工，施工工期长，工序简单。

3）缺点：轨道层和高架层均为预应力结构，且均为高大模板工程，上层施工期间，下层临时支撑架均不得拆除，周转材料投入极大。若考虑地铁，则为3 层全面积投入，成本巨大；钢结构吊装通道下部需进行双层钢结构加固，且需在站房南北向各搭设4 条钢栈桥，以便于钢结构材料运输和重型履带吊上10.0 m高架层，工装投入非常之大。

4）施工步骤：基坑开挖、底板及地铁施工→地铁两侧轨道层施工→轨道层施工完成→高架层施工完成→高架层上走行通道架设→高架层上钢构吊装→钢构吊装完成。

5.2 轨道层吊装方案

主要指导思想是将高架层进行甩项后施工处理，待轨道层施工完成后即吊装屋面钢结构，之后再行施工室内高架候车层。

1）结构总体施工顺序：地铁2号线→地下室底板→地下室顶板（轨道层完成）→屋面钢结构→高架层结构→四电用房交付→室内外装修完成。

2）优点：该吊装方案相对于方案1，是一种创新的方案，屋盖施工工期加快，基本能够满足既定工期要求。

3）缺点：由于轨道层为预应力大跨度桥式框架结构梁，按照该方案，需一次性满投入地铁2号线及轨道层结构的支撑结构，且在屋面钢结构安装卸载之前不得拆除；⑫、⑬轴两侧吊车行走路线需对轨道层结构进行全面钢结构支撑加固；由于轨道层为站台和轨道的高低错层结构，站台板无承载能力，故需要利用轨道梁设置跨站台的走道板行走通道，履带吊走行体系复杂；高架层施工时，屋面钢结构已经吊装完成，且由于屋面钢构覆盖面积大，导致高架层水平、垂直运输难度巨大，极大地增加施工成本。

4）施工步骤： 基坑开挖、底板及地铁施工→地铁两侧轨道层施工→轨道层施工完成→轨道层上路基箱走行通道架设→钢构吊装→钢构吊装完成→完成室内高架层结构。

5.3 出站层吊装方案

主要指导思想是预留轨道层部分结构，在地下出站层底板上以向莆桥为界，南北双向同步吊装屋面钢构，待屋面钢构完成后，首先实施轨道层预留结构的合拢，然后实施高架层结构。

1）结构总体施工程序：地铁2号线→地下室底板→向莆正线桥施工→地下室东西两侧轨道层完成（地铁上空25 m跨预留）→南北两端线侧高架站房（地铁上空预留）→屋面钢结构吊装→地铁上空轨道层、高架层补全（四电用房交付）→室内外装修完成。

2）优点：符合现场的实际情况，由于地铁2号线两侧站房出站层结构（承轨层顶板）仅为地下1 层，施工速度快，结构先期完成。地铁2号线相对于±0.00 m（承轨层顶板）为地下2 层结构，施工速度慢，落后于地铁两侧结构1 个层面。如采用此方案，则地铁2号线完工后，即可进行屋面钢结构吊装，使得总体工期能够大大提前；前2 种方案都需要对结构进行加固，而采用本方案，利用地铁和出租车通道的侧墙刚度和筏板底板，能够满足重型履带吊车的承载力需求，从而节省了巨额的结构支撑工装和周转材料，且无需架设吊车上楼的钢栈桥；材料运输可以从预留通道直接喂送至吊装地点。

3）缺点：由于地铁上方轨道层需考虑预留且高架层整体预留，钢结构完成后的结构合拢量进一步加大；钢结构吊装完成后，结构施工基本转入室内，相对于巨大的结构体量和平面尺寸，水平和垂直运输非常复杂，难度极大，因此会带来人工成本的急剧增加，且混凝土结构由于不能组织平行施工，导致结构工期拉长。

4）施工步骤：地铁2号线及出站层底板施工→地铁两侧轨道层结构施工→向莆正线桥及轨道层结构施工→向莆桥南侧钢结构吊装→向莆桥南侧钢构完成，钢构吊装过程中，紧随钢构施工进度，流水完成轨道层合拢和高架层施工→向莆桥北侧钢构吊装→向莆桥北侧轨道层合拢，高架层结构施工→结构全部施工完成。

6 方案确立及需解决的问题

在综合比较上述3 种方案，并对投入和成本进行计算分析后，得出的结论是第3种方案，即出站层吊装成本最低，钢结构工期能够满足建设工期节点要求。在确定出站层吊装方案后，尚需要结合结构特点，对结构的受力状态、内部结构的施工程序进行综合分析，以验证该方案的可行性和总体实施流程[4-6]。

6.1 结构稳定性问题

地铁上方⑫～⑬轴承轨层、高架层后施工、钢结构屋面先行吊装的结构稳定性问题，用通用有限元分析设计软件MIDAS/GEN V7.8.0建模分析，验算结果满足结构稳定性和承载力要求。

6.2 水平运输问题

⑫～⑬轴承轨层、高架层后施工状态下水平运输问题：采用室内短臂塔吊解决垂直运输问题，利用12～13轴地铁上方未施工区域作为水平运输通道。

6.3 方案优化和确立

1）原计划由向莆正线桥南北同时吊装，改为先吊装向莆正线桥北侧，然后再吊装向莆桥南侧，依次退吊完成。

2）高架夹层钢结构随屋面钢结构同步吊装完成。

3）中间吊装通道东西两侧+10.0 m高架层（即⑦-⑪轴、⑭-⑰轴高架层）先于屋面钢结构吊装前施工，与屋面钢结构吊装形成流水，加快土建结构施工进度（图3）。

6.4 实施方案施工步骤

地铁2号线及出站层底板施工→地铁两侧轨道层结构施工→向莆正线桥及轨道层结构施工→地铁两侧高架层施工完成→钢结构吊装→随钢构施工进度，两侧高架先行、中间结构后合拢的流水施工→轨道层、高架层结构合拢施工→结构全部施工完成

图3 方案实施步骤

7 结语

南昌西站工程在经过多种方案比较、多轮技术经济分析的基础上，采取了最为合理经济且快速的施工方法，在详细分析结构特征的基础上，充分利用地铁和出租车通道侧墙刚度，拆分和预留主体结构，实现了屋面钢结构的快速完成，并且为屋面施工、内部装饰施工赢得了大量同步平行施工的时间，实现了大型交通综合体施工的一次重要施工组织创新。