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        橋式車站前期預(yù)留工程包容性研究

        2019-06-26 03:56:08胡慶
        重慶建筑 2019年6期
        關(guān)鍵詞:鋼輪限界制式

        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(hào)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(hào)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(hào)線過江段與郭家沱長江大橋同橋位建設(shè)(圖1)。

        軌道八號(hào)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(chǎng)站、郭家沱站),均為高架側(cè)式站臺(tái)兩層橋式車站,高架一層為站廳層,高架二層為站臺(tái)層。由于八號(hào)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(jiǎn)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(duì)前期預(yù)留工程施工范圍及對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)兩層車站,預(yù)留橫梁設(shè)置分站臺(tái)層、站廳層。

        站臺(tái)層:8As車鋼輪鋼軌制式有效站臺(tái)長度為160m,每側(cè)站臺(tái)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(tái)長度為120m,每側(cè)站臺(tái)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(tái)長度預(yù)留,如后期改成跨座式單軌制式,有效站臺(tái)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(tái)長度的比值,站臺(tái)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(tái)寬度的包容性

        本次車站站臺(tái)寬度包容性設(shè)計(jì)中,車站站臺(tái)位于橋墩間,凈空為18m,是否滿足寬度要求,主要從車站站臺(tái)寬度包括軌行區(qū)寬度、側(cè)站臺(tái)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(tái)區(qū)直線段線路中心至站臺(tái)邊緣距離+側(cè)式站線間距;詳見表1,取大值);

        ② 側(cè)站臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)層橋式箱梁的高度h1,即可確定站臺(tái)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(jiǎn)單,綜合考慮站臺(tái)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(duì)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(duì)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(tái)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。

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