谈既有客专站台改扩建工程天桥结构的优化

吕金华

(沿海铁路浙江有限公司，浙江 宁波 315012)

1 既有站房改扩建工程背景

随着国民经济的发展，人们跨地域交流越来越频繁，客运专线和高铁网络的不断完善，大大提高了出行的便捷性。车站作为铁路运输网络上的节点，随着铁路网的完善和客流密度的不断增加，部分地区火车站旅客乘降能力逐渐满足不了客运量的增长，既有车站升级改造成为现实需求[1-3]。

本文通过对杭深铁路苍南站改扩建工程新建跨越营业线路旅客天桥的各种施工工况的分析，结合既有结构条件，通过对设计的基础形式和天桥局部结构进行合理优化，找到一种结构更合理，施工更简便、能更好的保障施工安全和铁路运输安全的方案，成功顺利地完成既定任务。

2 旅客天桥工程概况

苍南站既有站房总建筑面积4 200 m2，站场规模2台5线，设进出站地道一座。设计最高聚集人数800人。2009年开通运行以来客流不断增长，至2018年底每天实际接发列车64趟，包括始发18趟，日均发送旅客6 500人次，双休日达8 000人次，节假日达12 000人次以上，大大超出原设计标准。现有车站基础设施无法满足旅客快捷舒适出行的需求，急需对既有站房进行改扩建。改扩建方案新建站房增加建筑面积23 928 m2，新增一台一线，新增跨线旅客天桥一座，将旅客进出站流线由下进下出改为上进下出，设计最高聚集人数为2 600人。

2.1 天桥原设计方案

新增旅客天桥采用两跨连续钢桁梁结构形式，钢桁梁全长62 m，基本站台与二站台跨度为35.87 m，二站台与三站台跨度为15.5 m。天桥站房端支座设置在站房混凝土框架结构牛腿上，另两跨支座分别位于二站台和三站台的混凝土框架柱顶。二、三站台天桥基础为直径600 mm，长64 m的钻孔灌注桩，分离式承台基础，二站台4个分离式承台每个平面尺寸4 m×1.6 m，站台面下埋深2.3 m，上部为直径800 mm的混凝土柱。天桥原设计方案示意图见图1。

2.2 施工难点

三站台位于原线路边坡外侧，基本为新建工程，与既有结构关联不大，施工比较便捷。二站台为既有站台，承担客运任务，在二站台施工既要考虑客流组织，也要考虑运输安全保障。总体施工组织为：先施工三站台，然后启用三站台和8道，停用既有二站台和两侧4道、6道进行天桥基础施工。二站台的天桥基础施工在正常运营的正线和8道、三站台之间，施工组织和技术管理难度高，开行动车的营业线安全保障要求极其严格，确保营业线行车安全尤为重要。

2.3 二站台既有基础和施工条件

二站台下既有基础结构为原地面设置直径400 mm管桩+边长1.6 m桩帽结构，桩间距2.5 m，桩帽上回填AB组填料，填高6.8 m，站台宽度10.5 m。

二站台改造施工时，三站台和8道已经启用，通过提前筹划，原有地道在三站台接长施工时，将地道延长4 m，并进行分隔，施工人员和小型机具从三站台外侧通过地道进出二站台，旅客从基本站台经地道进出三站台，既保证了旅客的交通顺畅，也解决了施工人员、小型设备和零星材料的进出困难。但钻机、钢筋笼、起重机、挖掘机、土方外运车等大型设备和材料无法通过地道运输，只能在天窗点内通过三站台端部8道上设置的平过道进行运输。

2.4 施工面临的困难及风险分析

1)基坑支护要求极高。因既有站台存在管桩及桩帽结构，钻孔桩在既有管桩间施工，只有先行支护开挖到既有桩帽结构顶面才能找到合适的钻孔位置，基坑开挖深度达到6.8 m，基坑内边缘距Ⅱ道正线中心仅5 m，基坑支护结构必须保证正线全速通过动车的行车安全，对沉降位移要求严苛，基坑支护结构强、监测要求高、施工工序多、施工进展慢，安全风险不易控制。

2)钻孔桩成孔作业困难。受原有管桩基础影响，在确定桩位后回填至承台底标高再施工钻孔桩，挖填土方量巨大，因基坑支护、场地条件限制，回填施工难以使用大型机械，压实困难，施工工期大大延长。如果开挖至桩帽后，采用回旋钻在基坑底部施工，泥浆池无法设置，泥浆循环处理复杂，且填充混凝土时泥浆大量外溢，无法及时抽排，泥水浸泡基底软土后，更易造成基坑失稳和线路沉降位移，影响行车安全。基坑内的支护结构影响钻机的移动，进一步增加了施工的复杂性和安全风险。若采用旋挖钻工艺，则无法设置基坑支护结构，必须在确定桩位后回填基坑，增加土方挖填运输量，回填质量难以控制，且旋挖钻机架高度大，邻近接触网，旋挖取土施工软土地基扰动太大，极易造成线路沉降变形影响行车安全的隐患，基本不可行。

3)钻孔桩施工时间受限制较大。桩长64 m的灌注桩成孔后需要及时进行钢筋笼下放及混凝土浇筑，二站台场地狭小，天窗点时间短，不能保证钢筋笼下放和混凝土浇筑的连贯性，易造成塌孔、断桩等质量问题，本工程所在地区地表下30 m左右为淤泥质流塑性土，地质条件非常差，施工期过长易造成周边路基下沉，危及既有线行车安全。

4)机具设备进退场和吊装作业困难。由于二站台处于运营的正线和8道、三站台之间，钻机、挖掘机、吊机、土方和钢筋笼运输车辆、混凝土罐车都只能在天窗点内通过设置在8道的临时平过道进出，天窗点只有2 h～4 h，作业时间非常有限，施工组织困难、施工周期长，不仅对运输安全带来较大的风险，也会对施工质量带来不利影响。

3 基于现实安全需求和现场基础条件进行设计优化

针对分析的问题和困难，需要找到相应的解决办法。既要降低施工安全风险、减少施工难度，缩短施工工期，保证施工质量，又要达到设计预期的功能和质量目标。因此通过现场工况分析及地基承载力计算，对原设计方案进行优化[4-5]，是降低项目建设过程中安全风险的重要途径。

3.1 设计优化的基本条件

1)荷载条件：天桥钢梁总长为62 m，宽为8 m，自重2 600 kN，设计人群荷载3.5 kN/m2，二站台支座设计荷载约2 170 kN。

2)地基承载力条件：既有二站台运营近10 a，地基沉降已趋于稳定。预应力管桩桩帽上填土的填高为6.8 m，二站台天桥承台基础外廓尺寸为13.1 m×6.3 m=82.53 m2，如果采取箱型筏板基础，适当扩大基础尺寸为14 m×9 m×3.6 m，将置换掉土方453.6 m3，估算箱型筏板基础混凝土166 m3，天桥框架柱混凝土34 m3，钢筋混凝土容重按24 kN/m3计算，土方容重按17 kN/m3计算，置换的土方对原管桩基础减载达2 910 kN，已经超过天桥在二站台增加的荷载值。

因此，采用箱型筏板基础，天桥在二站台传递的基础荷载不仅没有超过未施工前既有预应力管桩的荷载，还有所减少，不会因为增加天桥而增加荷载，造成沉降或预应力管桩基础失稳，箱型筏板基础还能够根据现场施工安全和运营需要对平面尺寸、开挖深度进行灵活调整。该方案能够减少对地基基础的扰动，避免钻孔桩施工带来大型机械设备作业、物料运输困难和突出的营业线运输安全风险，更好地保障铁路运输安全。

3)结构条件：原设计天桥钢梁为2跨连续梁结构，基本站台支座设置在站房框架柱牛腿上，三站台基础为钻孔桩。如果二站台取消钻孔桩基础，改为箱型筏板基础，二站台天桥荷载比原有站台填土荷载有所减少，但基坑开挖回填施工后，受地基开挖扰动影响较大，与基本站台、三站台的站房框架结构和桩基础相比，仍有产生不均匀沉降的可能。把连续钢梁结构改为2跨简支梁结构，可以有效改善不均匀沉降对钢梁内力带来的不利影响，但会带来基本站台、二站台跨间钢梁挠度增大，需要细致考虑。

3.2 结构优化设计

基于荷载和结构优化的可行性分析，对二站台基础结构和天桥结构进行了优化设计[6]：

1)通过对结构荷载分析、基础结构配筋及地基承载力计算，改为箱型筏板基础。

2)天桥基础与扶梯基础共同设置，提高基础底标高，利用既有站台墙，支护结构简单，施工方便。

3)箱室底部设置排水孔，通过站台墙泄水孔引排至线间排水沟，防止长期运营中降雨、站台面渗水在箱内积存造成荷载增大和地基承载力下降。

4)优化支座结构，提高冗余。取消钻孔桩基础后，天桥钢梁仍采用2跨连续梁结构，但在二站台天桥钢梁支座位置采用可调结构，在运营中如果出现不均匀沉降时及时对支座高度进行调节，可以消除不均匀沉降对天桥结构受力带来的不利影响。

5)优化墩身框架柱结构，简化施工。原设计天桥下部墩身为混凝土结构框架结构，柱高10 m，上部设计1 m圈梁一道，现场施工需要搭设现浇满堂支架和脚手架，架体倾覆范围已侵入既有线路，施工工序复杂，对营业线施工安全影响比较突出。将混凝土框架结构改为钢结构，工厂加工为成品，运输到现场后利用小型吊车吊装，一个天窗点内至少可以完成2根钢管柱的安装，现场施工工序少，施工速度快，极大降低了营业线行车的安全风险，也减少了箱型筏板基础上方的恒载。

4 设计变更后的施工组织情况

在现场按照设计优化变更图纸实施，结构优化后现场施工图见图2。现场在基坑开挖、箱型基础顶板施工、钢结构拼装等方面基本消除了大型吊装作业，大型机械物料运输的工作量也大大减少，作业面宽阔。通过在站台有限空间内，合理布局施工进出路线，增加作业人员，仅用30 d就完成土方及结构施工，保质保量顺利完成基础施工，保证了后续旅客天桥顶推施工按期圆满完成。整个建设过程中无安全质量事故发生，二站台基础结构施工较原设计减少费用支出约100 万元。天桥安装完成投入运营后，没有因为二站台基础结构改变带来明显的不均匀沉降，结构稳定。

5 结语

杭深铁路苍南站改扩建工程二站台天桥基础施工中，在确保设计功能的前提下，充分利用既有结构，对设计方案进行优化，大大降低了施工难度和安全风险，既实现了设计功能和工程质量目标，也满足了客运专线运营安全的核心要求，节省了工期及费用，具有良好的经济、安全、工期等综合效益，为后续同类站房改造工程建设积累了宝贵的经验，具有良好的使用推广价值。