桥建合一式高架车站设计在莞惠城际轨道交通中的应用研究

游又能

(中铁置业集团有限公司, 北京 100055)

1 概述

近年来,轨道交通以其运量大,速度快,时间有保证的优点在国内多个城市得到迅速发展。而城际轨道交通属于轨道交通的一个新兴类别[1],介于铁路和城市轨道交通之间,主要用于解决城市与城市之间交通问题。城际轨道交通的发展将为城市居民在多个相邻城市之间生活和工作提供一种新型模式,对于优化城市格局,缓解城镇密集地区的交通问题具有重要意义[2]。

目前中国已经建成北京至天津[3]、南京至上海、广州至珠海等城际轨道交通。珠江三角洲[4]、长江三角洲、京津地区等城市群都规划了多条城际轨道交通线路,城际轨道交通的发展将成为改变中国区域发展格局的重要方式。

然而,城际轨道交通体系按照线路走行方式划分为地下、地面及地上高架3种,相应的轨道交通车站分为地下站、地面站及高架车站,轨道交通的高架车站在城市建筑中属于一种特殊的地面建筑,它既不是单一的房屋建筑,也不是单一的桥梁,而是桥梁与房建相结合的一种特殊建筑,国内近年通车的武汉站[5]、郑西高铁渭南站[6]等采用了此类结构。重点介绍桥建合一式高架车站建筑设计在东莞至惠州城际轨道交通项目中的应用。

2 莞惠城际轨道交通项目概况

东莞至惠州城际轨道交通项目(以下简称“莞惠城际”)在珠三角东岸城轨网络中的地位至关重要。莞惠城际由佛莞城际麻涌站接轨,沿西部干道南侧向东,经东莞市洪梅、道滘、南城、东城、寮步、松山湖、大朗、常平、谢岗等镇(区),惠州市沥林、陈江、惠环、惠城、小金口等镇(办事处),终点至惠州市惠州大道客运北站。道滘站(含)至客运北站(含),GDK2+591.092～GDK105+905,正线全长99.816 km,新建17座车站,其中地下站10座,地面站1座,高架站6座。速度目标值为200 km/h，正线全长1.949 km。均为地下段,其中明挖区间段1.641 km,地下车站总长0.308 km。动车组走行线ZXDK0+000～ZXDK3+250,全长3.250 km。路基段长0.050 km,地下段长3.200 km,其中过渡段(U形槽)长0.400 km,暗挖段长0.400 km,明挖段2.400 km[7]。

3 高架车站桥建合一式和桥建分离式2种模式比选

3.1 莞惠线高架车站与相似工程比较

(1)与城市轨道交通的比较

目前国内城市轨道交通项目高架车站均采用框架结构的站桥合一的站型。最早在上海明珠线上采用,先后在广州4号线，北京13号、5号线，南京等城市多条轨道交通线上采用。目前各城市已运行的车站结构安全均无问题，舒适度也能保证。

南京地铁1号线南延线天印大道站及龙眠大道站均为桥建合一式高架车站,自2010年5月开通以来,通过各种防噪及防振措施的设计,车站运营正常,车站舒适度满足旅客乘车要求,反应良好。

莞惠高架车站与城市轨道交通项目高架车站相比,有些站只是多了越行线,因此目前城市轨道交通项目中的高架车站对本线高架车站提供了参考。

(2)与广珠城际轨道交通高架车站的比较

广珠城际铁路也是目前在建设中的1条时速200 km的城际轨道交通项目[8]。

两线相同点：承受列车荷载的方式相同。广珠线和莞惠线均采用上承式简支轨道梁方案。列车荷载直接由轨道梁承受,通过盆式橡胶支座传递给盖梁(框架横梁),再由盖梁(框架横梁)传递给墩柱(框架柱),再传递给桩基。

不同点：广珠城际高架车站是以桥梁为主体的车站。车站分桥梁部分、建筑部分2期施工。为相对独立的2部分,2部分分别按《铁路桥涵设计规范》及《建筑结构设计规范》设计,施工完成后为站桥合一的结构形式。

莞惠线采用框架结构,桥梁结构、建筑结构完全融合为一体。框架横梁和框架柱相当于桥梁结构的盖梁和墩柱,同时起盖梁和桥墩的作用。

广珠城际因桥梁结构和建筑结构分开施工,先施工的桥梁部分需要大量预留后施工建筑结构部分的钢筋,增加了施工和预留钢筋问题。分2期施工存在新旧混凝土间裂缝问题,难以处理。

广珠城际虽最终为站桥合一结构,但在设计和建设中还是分成桥梁和建筑2部分,莞惠线高架车站高架结构采用城市轨道交通项目中的高架车站结构更为合理。

采用框架结构一次性施工可解决上述问题。框架结构整体性好,对基础不均匀沉降承受能力好,相对柱间沉降差更小,对行车安全有更好的保证。

3.2 桥建合一式车站和桥建分离式车站的优缺点比较

(1)桥建分离式车站,即轨道梁从车站穿过,车站部分的建筑结构与支撑轨道梁的车站桥梁完全分开,各自形成独立的结构体系[9]。

优点：①该体系传力途径明确,结构耐久性较好；②桥梁结构和车站建筑结构可以分别施工,不影响架桥机过站问题；③由于桥梁结构墩柱间距大；可以满足站厅层较大空间的要求；④由于桥梁结构构件与车站建筑构件完全分开,当列车通过车站时产生的振动直接由墩柱传至地下,对车站结构振动影响较小。

缺点：①由于车站建筑结构与桥梁结构分开布置,使得车站的体量较大；②由于桥墩截面大,而且布置间距相对比较单一,使得建筑平面布局特别是设备及管理用房的布局受较大的影响；造成相对较大的空间浪费；③由于站厅公共区上方是轨道梁,通常的装修方法就是在站厅上空与轨道梁之间做吊顶；当列车从车站通过时产生的噪声直接传至站厅层,防噪能力较差；④由于车站站台层结构与轨道梁在结构上是分开的,一般车站轨行区上方都是镂空的,因此2种结构之间的部位的防水设计将会是个难题；如果防水设计做不好或者防水材料选择不当的话,会给站厅层上方雨水渗漏带来隐患。⑤由于站厅上空没有钢筋混凝土结构顶板,通常只有装饰吊顶,因此站厅层的设备管理区与站厅及站台公共区之间的防火分区划分不太明确,给消防设计带来较大难度。

(2)桥建合一式车站,即行车部分的轨道梁支撑在车站框架横梁上,车站部分建筑结构与车站桥梁结构结合在一起共同受力,支撑轨道梁的横梁、墩柱，承受列车的动荷载[9]。

优点分析：①由于车站结构与桥梁结构合为一体,因此该体系结构整体性和稳定较好；②由于该站型属于框架结构,房建结构、桥梁结构为一个体系,简化了柱网,柱网布置相对灵活,因此该种站型的平面布局不受限制；根据相应的使用功能及规模合理布置平面,规模能得到控制；③该种站型框架结构框架横梁、轨道梁高度较桥梁结构要小,车站总体高度低,条件允许可降低线路高度；使得整个高架段的梁桥墩柱都相应降低高度,可节省建设投资。④由于轨道梁直接架设在车站的框架结构上,在轨道梁下、站厅层上方有一层混凝土结构板,在很大程度上减弱了列车过站所带来的噪声影响；⑤由于在站厅顶板上进行了系统的防水设计,加上轨行区也做了1道防水,使得站厅顶板的防水更加安全、可靠,基本上能杜绝雨水渗漏的可能性。⑥由于站厅层顶部有完整的钢筋混凝土顶板,因此可以明确的划定防火分区,消防设计简单、合理。⑦该站型框架结构整体性好,2个方向刚度接近,扭转效应小,柱间沉降差小,对基础不均匀沉降承受能力较好,对行车安全保证较桥梁结构更好。

缺点分析：①这一车站结构体系,要同时执行《铁路桥涵设计规范》及《建筑结构设计规范》两种规范,结构分析较为复杂；②框架结构相对桥梁结构柱网相对较小；难以满足站厅部分的大空间要求； ③结构主体需整体一次施工,需相关设备专业配合稳定方案和配合预留。受设备选型等因素影响,设计周期可能需要长些。 ④由于桥梁结构与车站建筑结构合为一体,因此列车通过车站时直接将振动传给车站框架结构的各构件；对旅客的舒适度会带来一定影响。

4 莞惠线中典型车站设计方案

莞惠城际全线设计范围内共设6座高架车站,1座地面站,东莞段4座,分别为：道滘站、常平东站、樟木头站、谢岗站；惠州段3座,分别为：沥林站(地面站)、陈江站、惠环站。6座高架车站均为桥建合一式高架车站,其中道滘站、陈江站及惠环站为路中高架车站,常平东站、樟木头站及谢岗站为路侧高架车站；以惠环站为例来说明桥建合一式高架车站在莞惠城际中的应用。

4.1 车站设计理念

(1)车站周边广场的规划设计应结合城市的路网状况,整体布局、合理规划；通过有序的平面布局和交通组织,合理组织人流、车流；重视与公交、长途汽车、出租车、社会车、自行车等其他交通形式之间转换的顺畅,达到人车分流、各行其道。

(2)设计充分考虑气候、生态、环保、节能、公共安全等因素,合理采用新技术,按照先进、成熟、经济、可靠、实用的原则配备车站建筑设备和内部设施。

(3)车站建筑设计坚持“以人为本”的设计原则,优化车站功能,把最好的空间让给旅客,客流组织突出“快进快出”的设计思路,强化其通过性,同时便于运营管理。

(4)车站建筑的细部和内部空间应根据人体尺度、旅客出行习惯合理设计；引导、升降设备、无障碍设施等应充分体现人性化、体现先进性。

(5)车站建筑造型与城市整体形象的风格一致,建筑形态力求端庄、简洁、舒展、大气,体现建筑的地域识别性、文化性和时代性。

4.2 车站建筑设计

4.2.1 工程概况

(1)规划条件

惠环站位于惠环街道办中心区,高架于仲恺大道路中绿化带,车站东端紧邻仲恺大道与和畅二路十字路口,东北侧为大荣购物广场,西端紧邻惠州协和医院,周边以商业用地及工业用地为主。

(2)客流量

预测陈江站旅客全日发送量近期(2023年)为33 169人,远期(2033年)为46 834人。车站旅客高峰小时发送量远期(2033年)为4 848人。

(3)设计规模

惠环站车场设计规模为2站台面夹4线。车站设到发线2条、正线2条,设2座210 m×14.550 m×1.25 m(中间标准段)侧式站台,该站设计为路中高架站。站台面相对规划道路地面高差约为18.50 m。

(4)站房形式

站台与规划道路地面高差约为18.23 m左右,站房采用路中“高架式”布局,旅客采用“下进下出”流线模式。

4.2.2 车站建筑平面布置

本站为路侧侧式的建桥合一式高架3层车站,车站的主要设备管理用房全部设置在车站主体内,出入口楼扶梯布置在车站的两侧。

(1)地面层：在规划路中绿化带上布置有设备区的疏散楼梯及消防泵房。

(2)站厅层：车站主体二层为站厅层,中间为公共区,两端为设备管理区,公共区分为非付费区和付费区；如图1所示。

非付费区：公共区的中部为非付费区,非付费区两侧设置出入口,非付费区内设有自动充值机、验票机、自动售票机等设施。

付 费 区：位于站厅层公共区两侧,每个付费区两侧分别设置1组2部扶梯和1部楼梯通往两侧式站台,在与非付费区之间设有售、补票室、进站检票机和出站检票机。车站两侧的付费区内均设有无障碍电梯。

设备管理区：设备管理区设于站厅层的两端,西端布置主要的弱电及管理用房,东端布置有公共卫生间和变配电所用房,每侧设备用房各有上下2个出口通向外廊,与旅客进出站天桥衔接作为设备区的疏散出口。

(3)站台

站厅上面为站台,其建筑布置如下。

公共区：即为两侧侧式站台,均为付费区。

轨行区：两侧站台之间为轨行区。如图2所示。

图1 惠环站站厅层平面 (单位：mm)

图2 惠环站站台层平面 (单位：mm)

4.2.3 旅客流线设计

(1)旅客进站流线

旅客从站房两侧楼扶梯经天桥进入站厅层,在进站厅安检后的旅客通过进站检票机直接进入站台层进站。

(2)旅客出站流线

出站旅客通过楼扶梯下到站厅层，经过检票出站后通过天桥可便捷地到达地面各公交车停靠点、出租车停靠点。见图3。

图3 惠环站标准段剖面 (单位：mm)

4.3 车站结构设计

4.3.1 结构形式

惠环站为路中高架四线侧式3层站。车站结构形式采用“桥建合一”整体钢筋混凝土框架结构。轨道梁通过橡胶支座简支在框架横梁上,轨道通过承轨台作用于轨道梁上。以框架结构为主体,框架横梁和框架柱同时起盖梁和桥墩的作用,相当于桥梁结构的盖梁和墩柱,建筑结构与桥梁结构完全融合为一个体系。

车站主体结构总宽为46.00 m, 横向2跨柱距22.5 m,总长为217.5 m,纵向15跨柱,间距分别为12.25、11.5、15、20 m。纵向设置2道变形缝,变形缝间超长部分采取设置2道后浇带的做法来减少温度和混凝土收缩对结构的影响。

站厅层、轨道层大跨度横梁采用预应力结构。如图4所示。

图4 惠环站轨道层结构平面布置 (单位：mm)

站台雨棚结构：站台雨棚采用单层钢框架结构,横向单跨约46.0 m,纵向间距同柱网,采用圆钢柱、方钢管梁。位于站台层框架柱顶雨棚柱采用外包式刚接柱脚。

4.3.2 结构特点

框架结构的“桥建合一”高架车站,结构体系以框架结构为主体,轨道梁简支在框架横梁上,火车荷载由轨道梁直接传递到框架横梁和框架柱上。

框架结构高架车站,建筑结构、桥梁结构完全融合为一个体系,框架横梁和框架柱相当于桥梁结构的盖梁和墩柱,同时起盖梁和桥墩的作用。如图5所示。

图5 惠环站标准段结构横断面示意(单位：mm)

4.3.3 施工方法

高架结构车站施工采用传统现浇框架结构施工方法,满堂脚手架支模。简支轨道梁可采用预制吊装或现场浇筑。施工方法简单灵活,主体结构一次施工完成。

土建施工工期按15个月考虑；其中包括3个月的架桥机过站时间。

5 结语

本项目在开展初步设计前,对结构选型进行了深入细致的研究,综合各方面优缺点分析,最终选择建桥合一的高架车站站型,经过计算分析,框架结构按建筑结构规范进行结构整体计算。承受火车荷载的构件(框架横梁、框架柱、基础)以单榀框架按“桥规”进行计算。选择合理的构件截面,结构安全满足“桥规”、“建筑结构规范”要求；通过振动研究：结构安全性、人员舒适度都满足规范要求[10]；为提高车站舒适度,本线各车站均适当采取一定的减振防噪措施,如减振支座以及在站厅层顶板涂吸音降噪涂料等。

综合车站平面布局、降低线路高度、防水设计、降噪、消防设计及结构稳定性等多方面因素比较,在莞惠

线高架站设计中采用建桥合一站型是合理和可行的,目前各车站均在施工阶段,此种车站的建成将为以后其他城际轨道的高架车站提供参考和借鉴。

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