某高架車站上部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計與施工

吳 銘，周 丹，歐陽院平

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢430000)

1 工程概述

1.1 車站概述

1號線輕軌三陽路位于京漢大道與三陽路交叉路口以東中央綠化帶上，該站為三層剛架式結(jié)構(gòu)，側(cè)式站臺。車站主體一層為牽引、降壓變電所和售票大廳，二層為站廳、設(shè)備管理用房層，三層為站臺層，典型剖面見圖1。車站周邊環(huán)境復(fù)雜，覆蓋有三陽廣場、新長江國際、三陽金城、市規(guī)劃院、在建的融科天城四期及住宅等。

圖1 1號線三陽路站典型剖面

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察單位提供的地勘報告，擬建場地表層為松散的人工填土層(Qml)；上部主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)軟～可塑狀態(tài)的黏性土、粉質(zhì)黏土夾粉土；中部為稍密～中密的粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土，粉細(xì)砂，中密～密實狀態(tài)的細(xì)砂，含礫中粗砂，卵礫石；下伏基巖為白堊～下第三系東湖群(K-E)砂礫巖。按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010(2016版))[1]，本場地土的類型為軟弱土，建筑場地類別為Ⅲ類。

2 車站改造設(shè)計方案

新建的7號線三陽路站為地下二層車站，既有1號線三陽路站為地上三層高架側(cè)式車站。在保障1號線正常運營的情況下，需要實現(xiàn)1號線、7號線的換乘。采用設(shè)定多級樓扶梯的方式，將7號線三陽路站換乘人流逐步引入到換乘天橋上。換乘天橋沿1號線軌道兩側(cè)平行敷設(shè)，通過與一號線三陽路站廳層對接，在不影響現(xiàn)狀交通組織的情況下，完成1號線、7號線地上與地下站的換乘，見圖2、圖3。將換乘人流引入到1號線三陽路站以后，必然要對原有的三陽路站進(jìn)行改造來滿足新的功能使用需求[2-3]。

圖2 7號線與1號線換乘平面示意

圖3 7號線與1號線換乘剖視效果

怎么在保障1號線三陽路站正常運營的情況下，對其進(jìn)行改造優(yōu)化[4]？經(jīng)過多輪方案比選，最終確定如下方案：在既有車站的兩側(cè)加建兩層混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部新建門式剛架輕鋼屋蓋直接落在加建框架結(jié)構(gòu)混凝土柱上，見圖4。改造平臺與既有車站結(jié)構(gòu)通過樓面變形縫連接，成為兩個相對獨立的結(jié)構(gòu)體系。

圖4 1號線三陽路站改造剖面

3 車站改造結(jié)構(gòu)計算

本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，特征周期0.4 s，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計使用年限100年，安全等級為一級，混凝土框架結(jié)構(gòu)和門式剛架抗震等級分別為三級和四級[1]。1號線三陽路站改造結(jié)構(gòu)計算主要由混凝土框架結(jié)構(gòu)和門式剛架兩部分組成，先采用MIDAS/Gen進(jìn)行門式剛架的設(shè)計，再將提取的門式剛架柱底內(nèi)力輸入到混凝土框架結(jié)構(gòu)的PKPM模型中完成框架結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，計算結(jié)果如下。

3.1 門式剛架結(jié)構(gòu)計算

主體門式剛架、支撐體系、屋面體系均采用Q235B級鋼。門式剛架MIDAS模型見圖5；一階振型見圖6，自振周期0.56 s，未出現(xiàn)局部失穩(wěn)情況；應(yīng)力分布見圖7，最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力分別為57.5 MPa和164.3 MPa，滿足強度要求；標(biāo)準(zhǔn)組合及可變荷載作用下的最大撓度見圖8、圖9，分別為55.1 mm、21.4 mm，滿足GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求。

圖5 門式剛架MIDAS模型

圖6 門式剛架一階振型

圖7 門式剛架應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖8 門式剛架標(biāo)準(zhǔn)組合作用下豎向撓度(單位：mm)

圖9 門式剛架可變荷載作用下豎向撓度(單位：mm)

3.2 混凝土框架結(jié)構(gòu)計算

混凝土框架結(jié)構(gòu)梁、板、柱等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用C40混凝土，梁柱箍筋采用HPB300鋼筋，其它受力鋼筋均采用HRB400E。由于車站兩側(cè)框架相似，這里僅列出左側(cè)框架計算結(jié)果。框架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸見表1。

表1 框架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸表

采用PKPM建立框架結(jié)構(gòu)模型，見圖10；截取典型板跨內(nèi)梁柱配筋計算結(jié)果如圖11、圖12所示，配筋率為0.4 %～0.8 %，符合經(jīng)濟(jì)配筋率要求[5]；根據(jù)計算結(jié)果，典型板跨內(nèi)梁柱實際配筋如圖13所示。

圖10 左側(cè)框架PKPM模型

圖11 典型板跨內(nèi)梁柱配筋計算結(jié)果(單位：cm2)

圖12 典型板跨內(nèi)梁柱配筋率

圖13 典型板跨內(nèi)梁柱配筋

4 車站改造施工過程

為保障在既有1號線三陽路站正常運營的情況下對其進(jìn)行改造，需要對整個施工過程進(jìn)行合理的組織設(shè)計，具體施工步驟如下：

(1)施工樁基礎(chǔ)、承臺及框架柱。樁基為直徑800 mm鉆孔灌注樁共112根，樁長44 m。

(2)搭設(shè)腳手架，施工站廳層梁、板、柱。站廳層總建筑面積為1 680 m2。

(3)搭設(shè)腳手架，施工站臺層梁、板、柱。站臺層總建筑面積為2 000 m2。其中在原有車站樓梯搭設(shè)支架時為了滿足乘客進(jìn)出，采用臨時封閉部分出口倒邊施工：①先封閉左側(cè)出入口，開放右側(cè)出入口，施工左側(cè)部分梁、板、柱；②再開放左側(cè)出入口，封閉右側(cè)出入口，施工右側(cè)部分梁、板、柱。完成站臺層梁板柱施工。

(4)在施工上部門式剛架輕鋼屋蓋的時候，為防止落物，保障施工安全，在原有車站頂部施工臨時防護(hù)網(wǎng)，再施工門式剛架輕鋼屋蓋。由于三陽路站附近周邊環(huán)境復(fù)雜，客流量較密集，剛屋架跨度較大，按照原位吊裝、組裝的常規(guī)做法存在諸多限制條件。為了盡量減少對1號線運營和周邊環(huán)境的干擾，在地鐵非運營期(凌晨12點～4點)，門式剛架在車站端頭組裝好以后，利用滑軌、滑移小車和卷揚機等將成品門式剛架拖到原設(shè)計部位進(jìn)行定位安裝。

(5)門式剛架定位以后，安裝屋蓋構(gòu)件，拆除臨時防護(hù)網(wǎng)、原有鋼屋蓋，完成軌道交通1號線輕軌三陽路站改造工作。

5 小結(jié)

本文針對既有高架車站上部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計和施工進(jìn)行了闡述。采用在既有車站兩側(cè)新建獨立框架結(jié)構(gòu)以及門式剛架的形式，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計安全經(jīng)濟(jì)的條件下，通過倒邊施工、施工臨時防護(hù)網(wǎng)和布置滑軌小車整體平移主鋼架等施工措施，既能符合與新建線路的換乘功能需求，又能保障既有車站的正常運營。本案例可為類似工程提供充分的參考依據(jù)。