橋式車站前期預(yù)留工程包容性研究

胡慶

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121）

圖1 軌道8號線車站平面位置圖

1 項(xiàng)目背景

隨著重慶東部槽谷片區(qū)的不斷發(fā)展，在遠(yuǎn)景規(guī)劃中將建設(shè)貫穿南北的軌道交通八號線。由于長江過江走廊稀缺，且受到航道條件復(fù)雜等因素限制，規(guī)劃軌道八號線過江段與郭家沱長江大橋同橋位建設(shè)（圖1）。

軌道八號線在郭家沱大橋南北兩側(cè)均采用下穿形式，并分別在南北兩側(cè)引橋設(shè)站（大興場站、郭家沱站），均為高架側(cè)式站臺兩層橋式車站，高架一層為站廳層，高架二層為站臺層。由于八號線軌道制式暫不確定，前期預(yù)留工程需考慮同時(shí)滿足As車型鋼輪鋼軌（以下簡稱鋼輪鋼軌）與跨座式單軌兩種不同制式的軌道車站的包容性設(shè)計(jì)。本次主要對前期預(yù)留工程施工范圍及對應(yīng)前期施工構(gòu)件的包容性兩個(gè)方面進(jìn)行研究。

2 研究方法及相關(guān)定義

2.1 研究方法

通過分解車站主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并分析相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件前期施工的必要性，從而確定前期預(yù)留工程施工范圍。再從建筑的角度確定對應(yīng)施工構(gòu)件的包容性，確保前期預(yù)留工程的經(jīng)濟(jì)性、后期建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)及運(yùn)營安全。

2.2 相關(guān)定義

橋式車站：與站橋合一車站類似，結(jié)構(gòu)體系將橋梁與建筑受力體系結(jié)合考慮，站房建筑的承力柱與橋墩一并考慮，柱子較少，節(jié)省了站房空間，整體性好，抗震能力強(qiáng)；橋式車站則與公軌兩用橋共用基礎(chǔ)、橋墩，常設(shè)于引橋處，公路橋?qū)酉路?，車站與大橋結(jié)合度高，整體景觀好。

3 主要構(gòu)件分解及前期施工必要性分析

3.1 主要構(gòu)件分解

橋式車站主要構(gòu)件可分解為基礎(chǔ)、橋墩、橫梁及箱梁（圖2）。

圖2 橋式車站剖面圖

3.2 基礎(chǔ)、橋墩及橫梁前期施工的必要性

車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軌道等荷載由箱梁承擔(dān)，箱梁兩端搭接在橫梁上，并向下傳遞至橋墩及基礎(chǔ)。由于橫梁采用后期預(yù)留植筋，實(shí)施難度極大，并且自身和對大橋的結(jié)構(gòu)安全均不可控，所以基礎(chǔ)、橫梁及橋墩為不可分割的整體，前期均按最大包容性荷載設(shè)計(jì)。

3.3 箱梁前期施工必要性分析

車站箱梁不具備前期施工的必要性，主要出于以下三個(gè)方面考慮：

（1）自身具備后期施工條件。箱梁局部后期可采用支架現(xiàn)澆施工，考慮前期橋墩和橫梁已經(jīng)實(shí)施，可能會給架設(shè)機(jī)具的進(jìn)出和架設(shè)帶來不便，但總的來說具備后期實(shí)施條件。

（2）兩種制式下箱梁設(shè)計(jì)荷載包容性經(jīng)濟(jì)性較差。軌道設(shè)計(jì)荷載主要由列車荷載及恒載控制。兩種制式對應(yīng)的列車豎向荷載詳見圖3、圖4。鋼輪鋼軌制式二期恒載約90kN/m[1]，跨坐式單軌制式軌道梁和二期恒載約53kN/m[2]，鋼輪鋼軌制式較之跨坐式單軌制式，車輛荷載及恒載均較大，因此結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)荷載可按鋼輪鋼軌制式控制，能滿足為將來改造為跨座式單軌預(yù)留必要的實(shí)施條件的要求。但前期按較大荷載的鋼輪鋼軌制式的包容性設(shè)計(jì)，而如果后期確定為跨座式單軌制式，將造成整體經(jīng)濟(jì)性差、資源浪費(fèi)。

圖3 鋼輪鋼軌As列車8節(jié)編組列車豎向靜荷載（單軸重P=150kN）

圖4 跨坐式單軌列車8節(jié)編組列車豎向靜荷載（單軸重P=110kN）

（3）預(yù)埋連接件差異性。制式的不同注定軌道與箱梁間的預(yù)埋件形式、定位及數(shù)量的不同?？傮w上講，前期預(yù)埋件的不同在一定程度上制約了箱梁前期的實(shí)施條件。

通過研究，箱梁前期施工經(jīng)濟(jì)性較差，并且考慮預(yù)埋件設(shè)置的差異性，自身具備后期實(shí)施條件，故不宜前期施工。那么前期預(yù)留工程主要為基礎(chǔ)、橋墩及橫梁。

4 前期施工構(gòu)件包容性研究

4.1 前期施工構(gòu)件剖析

前面提到前期預(yù)留工程為基礎(chǔ)、橋墩及橫梁，且均按最大包容性荷載設(shè)計(jì)。除荷載包容外，還需考慮預(yù)留工程中橫梁預(yù)留數(shù)量、橋墩間凈寬、橫梁標(biāo)高的包容性。從車站建筑的角度看：

（1）橫梁預(yù)留數(shù)量主要取決于車站的規(guī)模，即車站設(shè)置在引橋上的層數(shù)及長度；

（2）橋墩間凈寬除了上層公路的需求外，還需驗(yàn)證是否滿足車站站臺寬度的需求；

（3）橫梁的標(biāo)高主要取決于車站的豎向限界，比如接觸網(wǎng)限界的高度、站臺的高度以及站廳的高度等。

故本次研究主要從車站規(guī)模、站臺寬度及豎向限界三個(gè)方面進(jìn)行包容性研究。

4.2 涉及的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

涉及的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1及圖5、圖6。

表1 As車鋼輪鋼軌與跨座式單軌主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

圖5 As車鋼輪鋼軌制式主要建筑限界圖

圖6 跨座式單軌制式主要建筑限界圖

圖7 橋式車站縱剖面圖

4.3 包容性研究

（1）車站規(guī)模的包容性

車站為高架側(cè)式站臺兩層車站，預(yù)留橫梁設(shè)置分站臺層、站廳層。

站臺層：8As車鋼輪鋼軌制式有效站臺長度為160m，每側(cè)站臺設(shè)置3組樓扶梯通往站廳層；8節(jié)編組的跨座式單軌制式有效站臺長度為120m，每側(cè)站臺設(shè)置2組樓扶梯通往站廳層。顯而易見，前期按鋼輪鋼軌制式的160m有效站臺長度預(yù)留，如后期改成跨座式單軌制式，有效站臺長度縮短至120m，可取消1組樓扶梯。那么根據(jù)引橋跨度與有效站臺長度的比值，站臺層需預(yù)留4跨，設(shè)橫梁5道，見圖7。

站廳層：為滿足3組樓扶梯的設(shè)置，站廳層長度需預(yù)留2跨，設(shè)橫梁3道，見圖7。

（2）車站站臺寬度的包容性

本次車站站臺寬度包容性設(shè)計(jì)中，車站站臺位于橋墩間，凈空為18m，是否滿足寬度要求，主要從車站站臺寬度包括軌行區(qū)寬度、側(cè)站臺寬度、樓扶梯寬度及柱子寬度四方面進(jìn)行分析。

①軌行區(qū)寬度：8160mm （2×有效站臺區(qū)直線段線路中心至站臺邊緣距離+側(cè)式站線間距；詳見表1，取大值）；

② 側(cè)站臺寬度：2500mm（滿足規(guī)范要求[3-4]）；

③樓扶梯寬度：0mm（樓扶梯外掛于橋墩外側(cè)，按0考慮）；

④柱子寬度（按400mm鋼柱考慮）。

經(jīng)計(jì)算，車站站臺最小總寬度為13.96m，該工程結(jié)合公路橋梁自身需求，橋墩間凈寬18m，滿足兩種制式的包容性，并且較大預(yù)留還能為遠(yuǎn)期客流的增加提供可控條件。

（3）車站豎向限界的包容性

該車站豎向限界包容性設(shè)計(jì)中，主要通過不同制式的軌面標(biāo)高、站臺層標(biāo)高、軌行區(qū)結(jié)構(gòu)底板面標(biāo)高、上結(jié)構(gòu)板底面標(biāo)高、站廳層功能需求五方面進(jìn)行控制。以郭家沱站為例，該站為平坡，見表2。

根據(jù)表2，郭家沱站在兩種不同制式下的控制性標(biāo)高計(jì)算見表3。

那么，本次計(jì)算上結(jié)構(gòu)板底面（上層公路結(jié)構(gòu)板底面）限界標(biāo)高的目的有兩點(diǎn)：（1）驗(yàn)證上游專業(yè)預(yù)留條件是否滿足要求車站建筑限界；（2）指導(dǎo)后期施做雨棚或吊頂?shù)目臻g高度。故需考慮軌行區(qū)自身建筑限界標(biāo)高與站臺層控制物限界標(biāo)高。

（1）上結(jié)構(gòu)板底面標(biāo)高

軌行區(qū)限界標(biāo)高可通過表3得出，需以鋼輪鋼軌制式為準(zhǔn)，不小于237.422m；站臺層控制上結(jié)構(gòu)板底面標(biāo)高的是垂直電梯（一般高出站臺層4.7m，見圖8），需以跨座式單軌制式為準(zhǔn)，即233.872m+4.7m=238.572m。經(jīng)比較，最終上結(jié)構(gòu)板底面標(biāo)高取大值，即238.572m。

表2 不同制式的軌面標(biāo)高

表3 郭家沱站兩種制式下控制性標(biāo)高

圖8 跨座式單軌制式標(biāo)高控制物剖面示意圖

（2）站臺層橫梁頂面標(biāo)高

軌行區(qū)結(jié)構(gòu)底板面標(biāo)高以跨座式單軌為準(zhǔn)，取230.522m。那么扣除站臺層橋式箱梁的高度h1，即可確定站臺層橫梁頂面標(biāo)高為（230.522-h1）m。

（3）站廳層橫梁頂面標(biāo)高

站廳層橫梁頂面標(biāo)高計(jì)算較為簡單，綜合考慮站臺層橫梁高度h2、吊頂內(nèi)設(shè)備凈高（取0.6m）、吊頂厚度（取0.2m）、站廳層吊頂高度（取3m）、站廳層設(shè)備夾層高度（取2.0m，電扶梯上基坑深度最小要求，見圖8）、站廳層橋式箱梁h3等因素，可計(jì)算出站廳層橫梁頂面標(biāo)高。

4.4 包容性研究總結(jié)

前期實(shí)施的基礎(chǔ)、橋墩及橫梁按鋼輪鋼軌制式的最大荷載設(shè)計(jì)。對前期實(shí)施構(gòu)件包容性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，確定需預(yù)留兩層共8道橫梁，驗(yàn)證了橋墩間距18m可行，并列舉橫梁標(biāo)高計(jì)算過程，為開展下一步工作提供了合理、有效的設(shè)計(jì)支撐。

5 結(jié)論

結(jié)合實(shí)際工程案例，總結(jié)出在不確定軌道制式的環(huán)境下，如何既能確保前期預(yù)留工程經(jīng)濟(jì)、安全，又能保證后期建設(shè)條件的方法。并分析出對前期必要施工構(gòu)件除按最大制式荷載設(shè)計(jì)外，還需兼顧考慮兩種制式下車站規(guī)模、站臺寬度和限界標(biāo)高的包容性及其相關(guān)包容性的控制因素。通過研究，意在指導(dǎo)類似工程的前期設(shè)計(jì)，在選擇橋式車站時(shí)，做出總體方案預(yù)判，在方案深化前提出前期預(yù)留節(jié)點(diǎn)工程及其包容性的相關(guān)控制要素，指導(dǎo)深化設(shè)計(jì)工作。