某高架車站上部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)與施工

吳 銘，周 丹，歐陽院平

(長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430000)

1 工程概述

1.1 車站概述

1號(hào)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(tái)。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(tái)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(chǎng)、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(hào)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(bào)告，擬建場(chǎng)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(shí)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(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010(2016版))[1]，本場(chǎng)地土的類型為軟弱土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

2 車站改造設(shè)計(jì)方案

新建的7號(hào)線三陽路站為地下二層車站，既有1號(hào)線三陽路站為地上三層高架側(cè)式車站。在保障1號(hào)線正常運(yùn)營的情況下，需要實(shí)現(xiàn)1號(hào)線、7號(hào)線的換乘。采用設(shè)定多級(jí)樓扶梯的方式，將7號(hào)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(hào)線軌道兩側(cè)平行敷設(shè)，通過與一號(hào)線三陽路站廳層對(duì)接，在不影響現(xiàn)狀交通組織的情況下，完成1號(hào)線、7號(hào)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(hào)線三陽路站以后，必然要對(duì)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(hào)線與1號(hào)線換乘平面示意

圖3 7號(hào)線與1號(hào)線換乘剖視效果

怎么在保障1號(hào)線三陽路站正常運(yùn)營的情況下，對(duì)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(tái)與既有車站結(jié)構(gòu)通過樓面變形縫連接，成為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。

圖4 1號(hào)線三陽路站改造剖面

3 車站改造結(jié)構(gòu)計(jì)算

本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，特征周期0.4 s，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)使用年限100年，安全等級(jí)為一級(jí)，混凝土框架結(jié)構(gòu)和門式剛架抗震等級(jí)分別為三級(jí)和四級(jí)[1]。1號(hào)線三陽路站改造結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)，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(jì)，計(jì)算結(jié)果如下。

3.1 門式剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算

主體門式剛架、支撐體系、屋面體系均采用Q235B級(jí)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(qiáng)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果，典型板跨內(nèi)梁柱實(shí)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(jì)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(hào)線三陽路站正常運(yùn)營的情況下對(duì)其進(jìn)行改造，需要對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行合理的組織設(shè)計(jì)，具體施工步驟如下：

(1)施工樁基礎(chǔ)、承臺(tái)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(tái)層梁、板、柱。站臺(tái)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(shí)為了滿足乘客進(jìn)出，采用臨時(shí)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(tái)層梁板柱施工。

(4)在施工上部門式剛架輕鋼屋蓋的時(shí)候，為防止落物，保障施工安全，在原有車站頂部施工臨時(shí)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(duì)1號(hào)線運(yùn)營和周邊環(huán)境的干擾，在地鐵非運(yùn)營期(凌晨12點(diǎn)～4點(diǎn))，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(yáng)機(jī)等將成品門式剛架拖到原設(shè)計(jì)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(shí)防護(hù)網(wǎng)、原有鋼屋蓋，完成軌道交通1號(hào)線輕軌三陽路站改造工作。

5 小結(jié)

本文針對(duì)既有高架車站上部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行了闡述。采用在既有車站兩側(cè)新建獨(dú)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(jì)安全經(jīng)濟(jì)的條件下，通過倒邊施工、施工臨時(shí)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(yùn)營。本案例可為類似工程提供充分的參考依據(jù)。