近日，由天津大学教授，天津市钢结构协会会长陈志华主持参与完成的“大跨度双螺旋单层网壳结构关键技术研究与应用”成果（以于家堡高铁站屋盖钢结构项目为依托）荣获2017年度中国钢结构协会科学技术特等奖。
于家堡高铁站是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程，地面站房采用“贝壳”建筑设计方案，其灵感来源于鹦鹉螺和向日葵的螺旋线，从圆形双向螺旋网格拉伸出初始平面形态，通过数值“悬挂”形成初始形体，再反转得到贝壳形壳体，形成通透、开敞、明亮、新颖的建筑空间，达到了结构与建筑的完美统一，已成为滨海新区的地标建筑。
于家堡站房是目前世界最大最深的全地下高铁站房，也是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程。
除了露出地表的穹顶之外，90%的施工任务都在地下进行，相当于把北京南站的主体施工工作下沉至全地下进行。中铁建工集团于家堡项目总工程师李根喜说，在工程实施中，项目部克服了基坑深、地质差、地下水多和技术风险大、难题多、含量高等难题。
65米超深地下连续墙
创高铁站房之最
65米深地下连续墙被李根喜认为是项目部最杰出的作品之一，“在地连墙施工速度和成槽质量方面都处于行业领先地位。”
因为是全地下式车站，而且临近海河，盐碱地质给于家堡站的地下连续墙建设提出了高要求——深度要达到地下60米、最深处达65米，相当于天津地区一般高层建筑物桩基的3倍，约等于300米高楼所需桩基深度，且地质条件复杂，地下连续墙是“T”“Z”“L”“一”等异形结构，基坑开挖难度大，极易产生流砂、涌砂，这给地下连续墙施工及基坑开挖安全施工带来极大难度。
“为了防止地下水进入站房内，我们围绕整座站房建造了一道厚1米、长1435米的‘城墙’，它能够有效阻止流沙和透水对建筑造成的伤害。” 李根喜说，这是一项宏大的工程，它的长度和厚度相当于西安古城墙的1/10。
在盐碱地中建一个地下连续墙已很不容易，尤其还要建设一个拥有“T”“Z”“L”“一”等异形结构的地连墙，难度可想而知。
李根喜介绍，项目组为此专门成立了课题组，开展试验，取得土质、地下水位、泥浆比重等关键数据后订制施工方案，并邀请清华大学、天津大学等高校专家对施工方案进行了23次论证。“我们对个别淤泥层超厚的位置引进SM特性泥浆以提高水的黏滞度，这一方案使槽壁表面形成一层坚韧的胶膜，有效地防止了槽壁坍塌。”
误差千分之一施工
创精细控制之最
于家堡站选在一块三面环水的盐碱地，透水、流砂是最大天敌。要将设计图纸变成现实，最重要的是要有一个坚实的站房基础。
“首先，起防护作用的钢筋笼下放必须精准。”李根喜说，为了将钢筋笼下放误差控制在千分之一以内，项目部前后为地连墙施工组织了大小13次专家论证会和计算机BIM模拟施工，最终通过采用高精度导墙和三抓成槽施工工艺控制垂直度，完成了此项难度极大的基坑支护工作。
钢管柱是于家堡站房坚实立足点的首选，由于地下工程的特殊性，在没开挖基坑前，钢管柱位置就要被确定，每根钢柱在下压过程中的定位精度要达到1‰。
这是国内任何一个站房工程都未曾遇到的情况。
李根喜告诉记者，最终项目组采用了国内仅有的三台AM扩孔旋挖钻机，首先使成孔质量达到100%，同时减少了钢筋、混凝土等材料的使用，降低了桩基土方开挖量，并由机械生产厂家配合施工进展情况，对钻机性能及时进行改进，以适应天津地区的地质情况。最终于家堡站房的100根HPE液压钢管桩、287幅地连墙全部合格。
4200吨重穹顶无支撑大跨度单层网壳钢结构引领全球之最
“贝壳”型大跨度穹顶南北向长143.9米，东西宽度80.9米，最高点离地面25.8米，重达4200吨、相当于半个埃菲尔铁搭的重量，主要杆件采用36根正螺旋和36根反螺旋变截面曲线钢箱梁相互交叉连接。
“尽管钢结构造型与鸟巢有点类似，但鸟巢内部有混凝土承重，于家堡站中间却没有任何支撑物，全靠周边36个基座施力。”李根喜说，这种施工工艺在国际上鲜有前例，此外1000多个不同节点，2000多个不同的杆件，每连接一次就要变换一次方向。
这也是项目部面临的最大难题，连接点太多，不能像普通的方方正正的建筑一样程式化安装。
为保证钢结构的精确性和稳定性，项目部与天津大学钢结构科研团队联合进行全程研发监控。
“经过严谨的实验论证，最终我们提出‘地面拼装、部分散装、中心提升’的施工方案。”李根喜说，换句话说就是将钢结构穹顶在地面拼装好后，再设置21个提升点，分区域、分步骤实现同步提升。
“地下室”内仰望透明膜“天空”
于家堡站集城际铁路、地铁、有轨电车为一体的现代化、多层次立体交通枢纽，具备高速、高效周转大量人流、物流的能力。
在这座地下车站内，旅客可以仰望天空，也可通过透明的穹顶看到周围的如画景致。
这种视觉体验得益于站房采用了与水立方相同的ETFE膜材料，然而，与水立方规则的六边形膜结构不同，这是国内第一次对ETFE膜进行异形安装，施工难度远远大于水立方。
站房整个穹顶的膜有7060平方米，被正反螺旋梁分为783个大小不一的气枕，其中最大的约42平方米，最小的仅0.5平方米。
李根喜说，考虑到膜的价格昂贵、购置时间长，项目部进一步深化设计，在钢结构安装的同时，由专人用2个月时间对每一个气枕膜的尺寸进行了高精度测量定位。在安装时，施工人员分成5个小组进行逐一安装，每个组由3至5人组成，并安排专人负责安全检查，全工作段进行现场监控拍照。
此外，为了不让气枕膜被尖锐物体划伤，项目部在气枕膜上安装支架，防止鸟类停歇所造成的不必要伤害，并在顶部中央区域的18块气枕膜周边安装了440度电阻丝，有效解决了防火和气体排放的问题。