橋建合一式高架車站設(shè)計在莞惠城際軌道交通中的應(yīng)用研究

游又能

(中鐵置業(yè)集團(tuán)有限公司, 北京 100055)

1 概述

近年來,軌道交通以其運量大,速度快,時間有保證的優(yōu)點在國內(nèi)多個城市得到迅速發(fā)展。而城際軌道交通屬于軌道交通的一個新興類別[1],介于鐵路和城市軌道交通之間,主要用于解決城市與城市之間交通問題。城際軌道交通的發(fā)展將為城市居民在多個相鄰城市之間生活和工作提供一種新型模式,對于優(yōu)化城市格局,緩解城鎮(zhèn)密集地區(qū)的交通問題具有重要意義[2]。

目前中國已經(jīng)建成北京至天津[3]、南京至上海、廣州至珠海等城際軌道交通。珠江三角洲[4]、長江三角洲、京津地區(qū)等城市群都規(guī)劃了多條城際軌道交通線路,城際軌道交通的發(fā)展將成為改變中國區(qū)域發(fā)展格局的重要方式。

然而,城際軌道交通體系按照線路走行方式劃分為地下、地面及地上高架3種,相應(yīng)的軌道交通車站分為地下站、地面站及高架車站,軌道交通的高架車站在城市建筑中屬于一種特殊的地面建筑,它既不是單一的房屋建筑,也不是單一的橋梁,而是橋梁與房建相結(jié)合的一種特殊建筑,國內(nèi)近年通車的武漢站[5]、鄭西高鐵渭南站[6]等采用了此類結(jié)構(gòu)。重點介紹橋建合一式高架車站建筑設(shè)計在東莞至惠州城際軌道交通項目中的應(yīng)用。

2 莞惠城際軌道交通項目概況

東莞至惠州城際軌道交通項目(以下簡稱“莞惠城際”)在珠三角東岸城軌網(wǎng)絡(luò)中的地位至關(guān)重要。莞惠城際由佛莞城際麻涌站接軌,沿西部干道南側(cè)向東,經(jīng)東莞市洪梅、道滘、南城、東城、寮步、松山湖、大朗、常平、謝崗等鎮(zhèn)(區(qū)),惠州市瀝林、陳江、惠環(huán)、惠城、小金口等鎮(zhèn)(辦事處),終點至惠州市惠州大道客運北站。道滘站(含)至客運北站(含),GDK2+591.092～GDK105+905,正線全長99.816 km,新建17座車站,其中地下站10座,地面站1座,高架站6座。速度目標(biāo)值為200 km/h，正線全長1.949 km。均為地下段,其中明挖區(qū)間段1.641 km,地下車站總長0.308 km。動車組走行線ZXDK0+000～ZXDK3+250,全長3.250 km。路基段長0.050 km,地下段長3.200 km,其中過渡段(U形槽)長0.400 km,暗挖段長0.400 km,明挖段2.400 km[7]。

3 高架車站橋建合一式和橋建分離式2種模式比選

3.1 莞惠線高架車站與相似工程比較

(1)與城市軌道交通的比較

目前國內(nèi)城市軌道交通項目高架車站均采用框架結(jié)構(gòu)的站橋合一的站型。最早在上海明珠線上采用,先后在廣州4號線，北京13號、5號線，南京等城市多條軌道交通線上采用。目前各城市已運行的車站結(jié)構(gòu)安全均無問題，舒適度也能保證。

南京地鐵1號線南延線天印大道站及龍眠大道站均為橋建合一式高架車站,自2010年5月開通以來,通過各種防噪及防振措施的設(shè)計,車站運營正常,車站舒適度滿足旅客乘車要求,反應(yīng)良好。

莞惠高架車站與城市軌道交通項目高架車站相比,有些站只是多了越行線,因此目前城市軌道交通項目中的高架車站對本線高架車站提供了參考。

(2)與廣珠城際軌道交通高架車站的比較

廣珠城際鐵路也是目前在建設(shè)中的1條時速200 km的城際軌道交通項目[8]。

兩線相同點：承受列車荷載的方式相同。廣珠線和莞惠線均采用上承式簡支軌道梁方案。列車荷載直接由軌道梁承受,通過盆式橡膠支座傳遞給蓋梁(框架橫梁),再由蓋梁(框架橫梁)傳遞給墩柱(框架柱),再傳遞給樁基。

不同點：廣珠城際高架車站是以橋梁為主體的車站。車站分橋梁部分、建筑部分2期施工。為相對獨立的2部分,2部分分別按《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》及《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》設(shè)計,施工完成后為站橋合一的結(jié)構(gòu)形式。

莞惠線采用框架結(jié)構(gòu),橋梁結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)完全融合為一體?？蚣軝M梁和框架柱相當(dāng)于橋梁結(jié)構(gòu)的蓋梁和墩柱,同時起蓋梁和橋墩的作用。

廣珠城際因橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)分開施工,先施工的橋梁部分需要大量預(yù)留后施工建筑結(jié)構(gòu)部分的鋼筋,增加了施工和預(yù)留鋼筋問題。分2期施工存在新舊混凝土間裂縫問題,難以處理。

廣珠城際雖最終為站橋合一結(jié)構(gòu),但在設(shè)計和建設(shè)中還是分成橋梁和建筑2部分,莞惠線高架車站高架結(jié)構(gòu)采用城市軌道交通項目中的高架車站結(jié)構(gòu)更為合理。

采用框架結(jié)構(gòu)一次性施工可解決上述問題。框架結(jié)構(gòu)整體性好,對基礎(chǔ)不均勻沉降承受能力好,相對柱間沉降差更小,對行車安全有更好的保證。

3.2 橋建合一式車站和橋建分離式車站的優(yōu)缺點比較

(1)橋建分離式車站,即軌道梁從車站穿過,車站部分的建筑結(jié)構(gòu)與支撐軌道梁的車站橋梁完全分開,各自形成獨立的結(jié)構(gòu)體系[9]。

優(yōu)點：①該體系傳力途徑明確,結(jié)構(gòu)耐久性較好；②橋梁結(jié)構(gòu)和車站建筑結(jié)構(gòu)可以分別施工,不影響架橋機過站問題；③由于橋梁結(jié)構(gòu)墩柱間距大；可以滿足站廳層較大空間的要求；④由于橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件與車站建筑構(gòu)件完全分開,當(dāng)列車通過車站時產(chǎn)生的振動直接由墩柱傳至地下,對車站結(jié)構(gòu)振動影響較小。

缺點：①由于車站建筑結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)分開布置,使得車站的體量較大；②由于橋墩截面大,而且布置間距相對比較單一,使得建筑平面布局特別是設(shè)備及管理用房的布局受較大的影響；造成相對較大的空間浪費；③由于站廳公共區(qū)上方是軌道梁,通常的裝修方法就是在站廳上空與軌道梁之間做吊頂；當(dāng)列車從車站通過時產(chǎn)生的噪聲直接傳至站廳層,防噪能力較差；④由于車站站臺層結(jié)構(gòu)與軌道梁在結(jié)構(gòu)上是分開的,一般車站軌行區(qū)上方都是鏤空的,因此2種結(jié)構(gòu)之間的部位的防水設(shè)計將會是個難題；如果防水設(shè)計做不好或者防水材料選擇不當(dāng)?shù)脑?會給站廳層上方雨水滲漏帶來隱患。⑤由于站廳上空沒有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)頂板,通常只有裝飾吊頂,因此站廳層的設(shè)備管理區(qū)與站廳及站臺公共區(qū)之間的防火分區(qū)劃分不太明確,給消防設(shè)計帶來較大難度。

(2)橋建合一式車站,即行車部分的軌道梁支撐在車站框架橫梁上,車站部分建筑結(jié)構(gòu)與車站橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起共同受力,支撐軌道梁的橫梁、墩柱，承受列車的動荷載[9]。

優(yōu)點分析：①由于車站結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)合為一體,因此該體系結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定較好；②由于該站型屬于框架結(jié)構(gòu),房建結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)為一個體系,簡化了柱網(wǎng),柱網(wǎng)布置相對靈活,因此該種站型的平面布局不受限制；根據(jù)相應(yīng)的使用功能及規(guī)模合理布置平面,規(guī)模能得到控制；③該種站型框架結(jié)構(gòu)框架橫梁、軌道梁高度較橋梁結(jié)構(gòu)要小,車站總體高度低,條件允許可降低線路高度；使得整個高架段的梁橋墩柱都相應(yīng)降低高度,可節(jié)省建設(shè)投資。④由于軌道梁直接架設(shè)在車站的框架結(jié)構(gòu)上,在軌道梁下、站廳層上方有一層混凝土結(jié)構(gòu)板,在很大程度上減弱了列車過站所帶來的噪聲影響；⑤由于在站廳頂板上進(jìn)行了系統(tǒng)的防水設(shè)計,加上軌行區(qū)也做了1道防水,使得站廳頂板的防水更加安全、可靠,基本上能杜絕雨水滲漏的可能性。⑥由于站廳層頂部有完整的鋼筋混凝土頂板,因此可以明確的劃定防火分區(qū),消防設(shè)計簡單、合理。⑦該站型框架結(jié)構(gòu)整體性好,2個方向剛度接近,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)小,柱間沉降差小,對基礎(chǔ)不均勻沉降承受能力較好,對行車安全保證較橋梁結(jié)構(gòu)更好。

缺點分析：①這一車站結(jié)構(gòu)體系,要同時執(zhí)行《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》及《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》兩種規(guī)范,結(jié)構(gòu)分析較為復(fù)雜；②框架結(jié)構(gòu)相對橋梁結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)相對較??；難以滿足站廳部分的大空間要求； ③結(jié)構(gòu)主體需整體一次施工,需相關(guān)設(shè)備專業(yè)配合穩(wěn)定方案和配合預(yù)留。受設(shè)備選型等因素影響,設(shè)計周期可能需要長些。 ④由于橋梁結(jié)構(gòu)與車站建筑結(jié)構(gòu)合為一體,因此列車通過車站時直接將振動傳給車站框架結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件；對旅客的舒適度會帶來一定影響。

4 莞惠線中典型車站設(shè)計方案

莞惠城際全線設(shè)計范圍內(nèi)共設(shè)6座高架車站,1座地面站,東莞段4座,分別為：道滘站、常平東站、樟木頭站、謝崗站；惠州段3座,分別為：瀝林站(地面站)、陳江站、惠環(huán)站。6座高架車站均為橋建合一式高架車站,其中道滘站、陳江站及惠環(huán)站為路中高架車站,常平東站、樟木頭站及謝崗站為路側(cè)高架車站；以惠環(huán)站為例來說明橋建合一式高架車站在莞惠城際中的應(yīng)用。

4.1 車站設(shè)計理念

(1)車站周邊廣場的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)結(jié)合城市的路網(wǎng)狀況,整體布局、合理規(guī)劃；通過有序的平面布局和交通組織,合理組織人流、車流；重視與公交、長途汽車、出租車、社會車、自行車等其他交通形式之間轉(zhuǎn)換的順暢,達(dá)到人車分流、各行其道。

(2)設(shè)計充分考慮氣候、生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能、公共安全等因素,合理采用新技術(shù),按照先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟、可靠、實用的原則配備車站建筑設(shè)備和內(nèi)部設(shè)施。

(3)車站建筑設(shè)計堅持“以人為本”的設(shè)計原則,優(yōu)化車站功能,把最好的空間讓給旅客,客流組織突出“快進(jìn)快出”的設(shè)計思路,強化其通過性,同時便于運營管理。

(4)車站建筑的細(xì)部和內(nèi)部空間應(yīng)根據(jù)人體尺度、旅客出行習(xí)慣合理設(shè)計；引導(dǎo)、升降設(shè)備、無障礙設(shè)施等應(yīng)充分體現(xiàn)人性化、體現(xiàn)先進(jìn)性。

(5)車站建筑造型與城市整體形象的風(fēng)格一致,建筑形態(tài)力求端莊、簡潔、舒展、大氣,體現(xiàn)建筑的地域識別性、文化性和時代性。

4.2 車站建筑設(shè)計

4.2.1 工程概況

(1)規(guī)劃條件

惠環(huán)站位于惠環(huán)街道辦中心區(qū),高架于仲愷大道路中綠化帶,車站東端緊鄰仲愷大道與和暢二路十字路口,東北側(cè)為大榮購物廣場,西端緊鄰惠州協(xié)和醫(yī)院,周邊以商業(yè)用地及工業(yè)用地為主。

(2)客流量

預(yù)測陳江站旅客全日發(fā)送量近期(2023年)為33 169人,遠(yuǎn)期(2033年)為46 834人。車站旅客高峰小時發(fā)送量遠(yuǎn)期(2033年)為4 848人。

(3)設(shè)計規(guī)模

惠環(huán)站車場設(shè)計規(guī)模為2站臺面夾4線。車站設(shè)到發(fā)線2條、正線2條,設(shè)2座210 m×14.550 m×1.25 m(中間標(biāo)準(zhǔn)段)側(cè)式站臺,該站設(shè)計為路中高架站。站臺面相對規(guī)劃道路地面高差約為18.50 m。

(4)站房形式

站臺與規(guī)劃道路地面高差約為18.23 m左右,站房采用路中“高架式”布局,旅客采用“下進(jìn)下出”流線模式。

4.2.2 車站建筑平面布置

本站為路側(cè)側(cè)式的建橋合一式高架3層車站,車站的主要設(shè)備管理用房全部設(shè)置在車站主體內(nèi),出入口樓扶梯布置在車站的兩側(cè)。

(1)地面層：在規(guī)劃路中綠化帶上布置有設(shè)備區(qū)的疏散樓梯及消防泵房。

(2)站廳層：車站主體二層為站廳層,中間為公共區(qū),兩端為設(shè)備管理區(qū),公共區(qū)分為非付費區(qū)和付費區(qū)；如圖1所示。

非付費區(qū)：公共區(qū)的中部為非付費區(qū),非付費區(qū)兩側(cè)設(shè)置出入口,非付費區(qū)內(nèi)設(shè)有自動充值機、驗票機、自動售票機等設(shè)施。

付 費 區(qū)：位于站廳層公共區(qū)兩側(cè),每個付費區(qū)兩側(cè)分別設(shè)置1組2部扶梯和1部樓梯通往兩側(cè)式站臺,在與非付費區(qū)之間設(shè)有售、補票室、進(jìn)站檢票機和出站檢票機。車站兩側(cè)的付費區(qū)內(nèi)均設(shè)有無障礙電梯。

設(shè)備管理區(qū)：設(shè)備管理區(qū)設(shè)于站廳層的兩端,西端布置主要的弱電及管理用房,東端布置有公共衛(wèi)生間和變配電所用房,每側(cè)設(shè)備用房各有上下2個出口通向外廊,與旅客進(jìn)出站天橋銜接作為設(shè)備區(qū)的疏散出口。

(3)站臺

站廳上面為站臺,其建筑布置如下。

公共區(qū)：即為兩側(cè)側(cè)式站臺,均為付費區(qū)。

軌行區(qū)：兩側(cè)站臺之間為軌行區(qū)。如圖2所示。

圖1 惠環(huán)站站廳層平面 (單位：mm)

圖2 惠環(huán)站站臺層平面 (單位：mm)

4.2.3 旅客流線設(shè)計

(1)旅客進(jìn)站流線

旅客從站房兩側(cè)樓扶梯經(jīng)天橋進(jìn)入站廳層,在進(jìn)站廳安檢后的旅客通過進(jìn)站檢票機直接進(jìn)入站臺層進(jìn)站。

(2)旅客出站流線

出站旅客通過樓扶梯下到站廳層，經(jīng)過檢票出站后通過天橋可便捷地到達(dá)地面各公交車?？奎c、出租車?？奎c。見圖3。

圖3 惠環(huán)站標(biāo)準(zhǔn)段剖面 (單位：mm)

4.3 車站結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.3.1 結(jié)構(gòu)形式

惠環(huán)站為路中高架四線側(cè)式3層站。車站結(jié)構(gòu)形式采用“橋建合一”整體鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。軌道梁通過橡膠支座簡支在框架橫梁上,軌道通過承軌臺作用于軌道梁上。以框架結(jié)構(gòu)為主體,框架橫梁和框架柱同時起蓋梁和橋墩的作用,相當(dāng)于橋梁結(jié)構(gòu)的蓋梁和墩柱,建筑結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)完全融合為一個體系。

車站主體結(jié)構(gòu)總寬為46.00 m, 橫向2跨柱距22.5 m,總長為217.5 m,縱向15跨柱,間距分別為12.25、11.5、15、20 m?？v向設(shè)置2道變形縫,變形縫間超長部分采取設(shè)置2道后澆帶的做法來減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響。

站廳層、軌道層大跨度橫梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

圖4 惠環(huán)站軌道層結(jié)構(gòu)平面布置 (單位：mm)

站臺雨棚結(jié)構(gòu)：站臺雨棚采用單層鋼框架結(jié)構(gòu),橫向單跨約46.0 m,縱向間距同柱網(wǎng),采用圓鋼柱、方鋼管梁。位于站臺層框架柱頂雨棚柱采用外包式剛接柱腳。

4.3.2 結(jié)構(gòu)特點

框架結(jié)構(gòu)的“橋建合一”高架車站,結(jié)構(gòu)體系以框架結(jié)構(gòu)為主體,軌道梁簡支在框架橫梁上,火車荷載由軌道梁直接傳遞到框架橫梁和框架柱上。

框架結(jié)構(gòu)高架車站,建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)完全融合為一個體系,框架橫梁和框架柱相當(dāng)于橋梁結(jié)構(gòu)的蓋梁和墩柱,同時起蓋梁和橋墩的作用。如圖5所示。

圖5 惠環(huán)站標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)橫斷面示意(單位：mm)

4.3.3 施工方法

高架結(jié)構(gòu)車站施工采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)施工方法,滿堂腳手架支模。簡支軌道梁可采用預(yù)制吊裝或現(xiàn)場澆筑。施工方法簡單靈活,主體結(jié)構(gòu)一次施工完成。

土建施工工期按15個月考慮；其中包括3個月的架橋機過站時間。

5 結(jié)語

本項目在開展初步設(shè)計前,對結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了深入細(xì)致的研究,綜合各方面優(yōu)缺點分析,最終選擇建橋合一的高架車站站型,經(jīng)過計算分析,框架結(jié)構(gòu)按建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計算。承受火車荷載的構(gòu)件(框架橫梁、框架柱、基礎(chǔ))以單榀框架按“橋規(guī)”進(jìn)行計算。選擇合理的構(gòu)件截面,結(jié)構(gòu)安全滿足“橋規(guī)”、“建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范”要求；通過振動研究：結(jié)構(gòu)安全性、人員舒適度都滿足規(guī)范要求[10]；為提高車站舒適度,本線各車站均適當(dāng)采取一定的減振防噪措施,如減振支座以及在站廳層頂板涂吸音降噪涂料等。

綜合車站平面布局、降低線路高度、防水設(shè)計、降噪、消防設(shè)計及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等多方面因素比較,在莞惠

線高架站設(shè)計中采用建橋合一站型是合理和可行的,目前各車站均在施工階段,此種車站的建成將為以后其他城際軌道的高架車站提供參考和借鑒。

[1] 王勝虎.城市間城際軌道交通建設(shè)意義研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2009(3)：157-157.

[2] 康彥波.淺談城際軌道交通建設(shè)與城市規(guī)劃間的協(xié)調(diào)關(guān)系[J].科技交流,2011(3)：6-9．

[3] 宋建.京津城際軌道交通工程建設(shè)管理實踐[J].建筑經(jīng)濟,2008(8)：14-16．

[4] 傅萃清.珠江三角洲經(jīng)濟區(qū)城際快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃研究[J].城市軌道交通研究,2003(1)：1-5．

[5] 史娣.武漢站橋建合建結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].橋梁建設(shè),2008(6)：34-36．

[6] 劉巍,魏周春,暢德師.鄭西客運專線新渭南高架站減振型雙塊式無砟軌道方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2009(5)：15-17．

[7] 中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.東莞至惠州城際軌道交通項目初步設(shè)計總體文件[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,2010．

[8] 李志紅.廣珠城際軌道交通梁端軌道結(jié)構(gòu)受力變形分析[J].鐵道建筑技術(shù),2009(12)：15-17．

[9] 龐博.淺析高架車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].人民珠江,2010(1)：54-55．

[10] 中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.框架形式高架車站站型研究報告[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司,2009．