談既有客專站臺改擴建工程天橋結構的優化

呂金華

(沿海鐵路浙江有限公司，浙江 寧波 315012)

1 既有站房改擴建工程背景

隨著國民經濟的發展，人們跨地域交流越來越頻繁，客運專線和高鐵網絡的不斷完善，大大提高了出行的便捷性。車站作為鐵路運輸網絡上的節點，隨著鐵路網的完善和客流密度的不斷增加，部分地區火車站旅客乘降能力逐漸滿足不了客運量的增長，既有車站升級改造成為現實需求[1-3]。

本文通過對杭深鐵路蒼南站改擴建工程新建跨越營業線路旅客天橋的各種施工工況的分析，結合既有結構條件，通過對設計的基礎形式和天橋局部結構進行合理優化，找到一種結構更合理，施工更簡便、能更好的保障施工安全和鐵路運輸安全的方案，成功順利地完成既定任務。

2 旅客天橋工程概況

蒼南站既有站房總建筑面積4 200 m2，站場規模2臺5線，設進出站地道一座。設計最高聚集人數800人。2009年開通運行以來客流不斷增長，至2018年底每天實際接發列車64趟，包括始發18趟，日均發送旅客6 500人次，雙休日達8 000人次，節假日達12 000人次以上，大大超出原設計標準。現有車站基礎設施無法滿足旅客快捷舒適出行的需求，急需對既有站房進行改擴建。改擴建方案新建站房增加建筑面積23 928 m2，新增一臺一線，新增跨線旅客天橋一座，將旅客進出站流線由下進下出改為上進下出，設計最高聚集人數為2 600人。

2.1 天橋原設計方案

新增旅客天橋采用兩跨連續鋼桁梁結構形式，鋼桁梁全長62 m，基本站臺與二站臺跨度為35.87 m，二站臺與三站臺跨度為15.5 m。天橋站房端支座設置在站房混凝土框架結構牛腿上，另兩跨支座分別位于二站臺和三站臺的混凝土框架柱頂。二、三站臺天橋基礎為直徑600 mm，長64 m的鉆孔灌注樁，分離式承臺基礎，二站臺4個分離式承臺每個平面尺寸4 m×1.6 m，站臺面下埋深2.3 m，上部為直徑800 mm的混凝土柱。天橋原設計方案示意圖見圖1。

2.2 施工難點

三站臺位于原線路邊坡外側，基本為新建工程，與既有結構關聯不大，施工比較便捷。二站臺為既有站臺，承擔客運任務，在二站臺施工既要考慮客流組織，也要考慮運輸安全保障。總體施工組織為：先施工三站臺，然后啟用三站臺和8道，停用既有二站臺和兩側4道、6道進行天橋基礎施工。二站臺的天橋基礎施工在正常運營的正線和8道、三站臺之間，施工組織和技術管理難度高，開行動車的營業線安全保障要求極其嚴格，確保營業線行車安全尤為重要。

2.3 二站臺既有基礎和施工條件

二站臺下既有基礎結構為原地面設置直徑400 mm管樁+邊長1.6 m樁帽結構，樁間距2.5 m，樁帽上回填AB組填料，填高6.8 m，站臺寬度10.5 m。

二站臺改造施工時，三站臺和8道已經啟用，通過提前籌劃，原有地道在三站臺接長施工時，將地道延長4 m，并進行分隔，施工人員和小型機具從三站臺外側通過地道進出二站臺，旅客從基本站臺經地道進出三站臺，既保證了旅客的交通順暢，也解決了施工人員、小型設備和零星材料的進出困難。但鉆機、鋼筋籠、起重機、挖掘機、土方外運車等大型設備和材料無法通過地道運輸，只能在天窗點內通過三站臺端部8道上設置的平過道進行運輸。

2.4 施工面臨的困難及風險分析

1)基坑支護要求極高。因既有站臺存在管樁及樁帽結構，鉆孔樁在既有管樁間施工，只有先行支護開挖到既有樁帽結構頂面才能找到合適的鉆孔位置，基坑開挖深度達到6.8 m，基坑內邊緣距Ⅱ道正線中心僅5 m，基坑支護結構必須保證正線全速通過動車的行車安全，對沉降位移要求嚴苛，基坑支護結構強、監測要求高、施工工序多、施工進展慢，安全風險不易控制。

2)鉆孔樁成孔作業困難。受原有管樁基礎影響，在確定樁位后回填至承臺底標高再施工鉆孔樁，挖填土方量巨大，因基坑支護、場地條件限制，回填施工難以使用大型機械，壓實困難，施工工期大大延長。如果開挖至樁帽后，采用回旋鉆在基坑底部施工，泥漿池無法設置，泥漿循環處理復雜，且填充混凝土時泥漿大量外溢，無法及時抽排，泥水浸泡基底軟土后，更易造成基坑失穩和線路沉降位移，影響行車安全。基坑內的支護結構影響鉆機的移動，進一步增加了施工的復雜性和安全風險。若采用旋挖鉆工藝，則無法設置基坑支護結構，必須在確定樁位后回填基坑，增加土方挖填運輸量，回填質量難以控制，且旋挖鉆機架高度大，鄰近接觸網，旋挖取土施工軟土地基擾動太大，極易造成線路沉降變形影響行車安全的隱患，基本不可行。

3)鉆孔樁施工時間受限制較大。樁長64 m的灌注樁成孔后需要及時進行鋼筋籠下放及混凝土澆筑，二站臺場地狹小，天窗點時間短，不能保證鋼筋籠下放和混凝土澆筑的連貫性，易造成塌孔、斷樁等質量問題，本工程所在地區地表下30 m左右為淤泥質流塑性土，地質條件非常差，施工期過長易造成周邊路基下沉，危及既有線行車安全。

4)機具設備進退場和吊裝作業困難。由于二站臺處于運營的正線和8道、三站臺之間，鉆機、挖掘機、吊機、土方和鋼筋籠運輸車輛、混凝土罐車都只能在天窗點內通過設置在8道的臨時平過道進出，天窗點只有2 h～4 h，作業時間非常有限，施工組織困難、施工周期長，不僅對運輸安全帶來較大的風險，也會對施工質量帶來不利影響。

3 基于現實安全需求和現場基礎條件進行設計優化

針對分析的問題和困難，需要找到相應的解決辦法。既要降低施工安全風險、減少施工難度，縮短施工工期，保證施工質量，又要達到設計預期的功能和質量目標。因此通過現場工況分析及地基承載力計算，對原設計方案進行優化[4-5]，是降低項目建設過程中安全風險的重要途徑。

3.1 設計優化的基本條件

1)荷載條件：天橋鋼梁總長為62 m，寬為8 m，自重2 600 kN，設計人群荷載3.5 kN/m2，二站臺支座設計荷載約2 170 kN。

2)地基承載力條件：既有二站臺運營近10 a，地基沉降已趨于穩定。預應力管樁樁帽上填土的填高為6.8 m，二站臺天橋承臺基礎外廓尺寸為13.1 m×6.3 m=82.53 m2，如果采取箱型筏板基礎，適當擴大基礎尺寸為14 m×9 m×3.6 m，將置換掉土方453.6 m3，估算箱型筏板基礎混凝土166 m3，天橋框架柱混凝土34 m3，鋼筋混凝土容重按24 kN/m3計算，土方容重按17 kN/m3計算，置換的土方對原管樁基礎減載達2 910 kN，已經超過天橋在二站臺增加的荷載值。

因此，采用箱型筏板基礎，天橋在二站臺傳遞的基礎荷載不僅沒有超過未施工前既有預應力管樁的荷載，還有所減少，不會因為增加天橋而增加荷載，造成沉降或預應力管樁基礎失穩，箱型筏板基礎還能夠根據現場施工安全和運營需要對平面尺寸、開挖深度進行靈活調整。該方案能夠減少對地基基礎的擾動，避免鉆孔樁施工帶來大型機械設備作業、物料運輸困難和突出的營業線運輸安全風險，更好地保障鐵路運輸安全。

3)結構條件：原設計天橋鋼梁為2跨連續梁結構，基本站臺支座設置在站房框架柱牛腿上，三站臺基礎為鉆孔樁。如果二站臺取消鉆孔樁基礎，改為箱型筏板基礎，二站臺天橋荷載比原有站臺填土荷載有所減少，但基坑開挖回填施工后，受地基開挖擾動影響較大，與基本站臺、三站臺的站房框架結構和樁基礎相比，仍有產生不均勻沉降的可能。把連續鋼梁結構改為2跨簡支梁結構，可以有效改善不均勻沉降對鋼梁內力帶來的不利影響，但會帶來基本站臺、二站臺跨間鋼梁撓度增大，需要細致考慮。

3.2 結構優化設計

基于荷載和結構優化的可行性分析，對二站臺基礎結構和天橋結構進行了優化設計[6]：

1)通過對結構荷載分析、基礎結構配筋及地基承載力計算，改為箱型筏板基礎。

2)天橋基礎與扶梯基礎共同設置，提高基礎底標高，利用既有站臺墻，支護結構簡單，施工方便。

3)箱室底部設置排水孔，通過站臺墻泄水孔引排至線間排水溝，防止長期運營中降雨、站臺面滲水在箱內積存造成荷載增大和地基承載力下降。

4)優化支座結構，提高冗余。取消鉆孔樁基礎后，天橋鋼梁仍采用2跨連續梁結構，但在二站臺天橋鋼梁支座位置采用可調結構，在運營中如果出現不均勻沉降時及時對支座高度進行調節，可以消除不均勻沉降對天橋結構受力帶來的不利影響。

5)優化墩身框架柱結構，簡化施工。原設計天橋下部墩身為混凝土結構框架結構，柱高10 m，上部設計1 m圈梁一道，現場施工需要搭設現澆滿堂支架和腳手架，架體傾覆范圍已侵入既有線路，施工工序復雜，對營業線施工安全影響比較突出。將混凝土框架結構改為鋼結構，工廠加工為成品，運輸到現場后利用小型吊車吊裝，一個天窗點內至少可以完成2根鋼管柱的安裝，現場施工工序少，施工速度快，極大降低了營業線行車的安全風險，也減少了箱型筏板基礎上方的恒載。

4 設計變更后的施工組織情況

在現場按照設計優化變更圖紙實施，結構優化后現場施工圖見圖2。現場在基坑開挖、箱型基礎頂板施工、鋼結構拼裝等方面基本消除了大型吊裝作業，大型機械物料運輸的工作量也大大減少，作業面寬闊。通過在站臺有限空間內，合理布局施工進出路線，增加作業人員，僅用30 d就完成土方及結構施工，保質保量順利完成基礎施工，保證了后續旅客天橋頂推施工按期圓滿完成。整個建設過程中無安全質量事故發生，二站臺基礎結構施工較原設計減少費用支出約100 萬元。天橋安裝完成投入運營后，沒有因為二站臺基礎結構改變帶來明顯的不均勻沉降，結構穩定。

5 結語

杭深鐵路蒼南站改擴建工程二站臺天橋基礎施工中，在確保設計功能的前提下，充分利用既有結構，對設計方案進行優化，大大降低了施工難度和安全風險，既實現了設計功能和工程質量目標，也滿足了客運專線運營安全的核心要求，節省了工期及費用，具有良好的經濟、安全、工期等綜合效益，為后續同類站房改造工程建設積累了寶貴的經驗，具有良好的使用推廣價值。