上海轨道交通11号线白银路站结构设计

2010-06-14赵荣花

城市道桥与防洪 2010年1期

赵荣花

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

1 白银路站的设计概述

上海轨道交通11号线是上海市轨道交通网络中4条市域线之一，西北——东南走向，线路呈丫型，全长59.4 km。其中，主线从嘉定城北路站至浦东上南路站，长约46.6 km，共设27座车站；支线嘉定新城站-墨玉路站，长约12.8 km，设4座车站。白银路站是11号线主线上的一个高架车站，坐落在嘉定新城中交通主干道胜辛路。

白银路车站位于胜辛路、白银路交叉口的南侧,沿胜辛路道路中线走向，车站及其两端线路均为高架，胜辛路两侧为绿化和小型厂房。车站所处场地地势平坦，物探资料显示胜辛路道路和白银路道路两侧埋有上水管、光缆等管线，周边环境复杂。该地区场地地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类，抗震设防烈度为7度。场地设计基本地震加速度值为0.10 g，所属的设计地震分组为第一组，场地属抗震不利地段。车站主体结构设计使用年限为100 a，丙类建筑，安全等级为一级，车站基础沉降量≤50 mm。远期该站高峰小时的上、下客流量分别为4750人/h、703人/h。车站位置见图1所示。

2 车站结构型式的选择

2.1 高架车站的结构型式及其特点

一般高架车站采用的设计方案有“建桥分离”和“建桥合一”两种型式[1，2]。

“建桥分离”型车站结构是指区间高架桥在车站范围内连续贯通，并与站台和站厅的梁、板、柱及基础完全脱开，各自形成独立的结构受力体系。

图2为“建桥分离”式车站结构，车站的主体结构分为两个部分，即车站建筑和高架桥。车站建筑包在高架桥之外，高架桥从房屋建筑中穿过，两者在结构上完全分开，受力明确，传力简洁。车站建筑和高架桥受力分别自成系统，可防止列车运行对车站的不利影响，解决基础的不均匀沉降和车站建筑的振动问题。高架桥和车站建筑可以分别依据现行的国家规范进行独立的结构设计和计算，使高架车站的结构设计大为简化。上海地铁3号线部分高架车站采用了这种结构形式。

“建桥合一”型结构车站是指钢筋混凝土轨道梁直接搁置或固定在车站结构横梁上，车站建筑结构与车站桥梁结构结合在一起共同受力，支承轨道梁的横梁、支承横梁的墩柱以及柱下基础受列车动荷载影响的一种车站结构型式。

图3为“建桥合一”式车站，高架车站先形成空间框架结构，再于其上形成连续板梁，同时将桥墩作为房屋框架结构的一部分。该结构体系柱网简单，受力合理，结构整体性和稳定性好。此外，框架纵、横梁对桥墩均能起到约束作用，减少了桥墩计算高度，降低了线路标高和建筑标高，可节省工程造价。

但是，如图3所示的框架式结构不仅有占用土地多、影响建筑景观等缺点，还有振动方面的不利影响。

2.2 白银路车站结构型式

白银路站位于嘉定新城的核心区主干道胜辛路路中央，为减少车站体量，少占道路空间，减少对胜辛路交通和景观的影响，车站结构型式选择时考虑车站所处周边环境、胜辛路两侧的建筑景观、城市规划、工程地质及水文地质条件、地下管网等因素，同时本着减少对土地的占用、减少列车运营中的振动与噪声对核心区建筑的影响，满足使用功能要求，并体现车站与区间结构和谐统一的众多前提下，“建桥合一式”的结构型式是最为经济合理的结构型式。

经过分析研究，该站采用了如图4的三层“T”型独柱墩、“建桥合一”式结构。这种结构兼有“建桥分离”式及“建桥合一”式的优点，满足了业主不影响核心区建筑景观、节省道路空间和土地占用、减少振动影响等多方面的要求。当然，在结构设计方面需要进行创新，设计难度及风险都大大增加。

3 白银路车站设计

3.1 车站设计范围

白银路站沿胜辛路设置，为路中三层高架车站，二层为站厅层，三层为站台层；车站长144 m，宽23.6 m。车站总建筑面积为约10000 m2。

设计范围为车站主体结构、二侧出入口天桥及车站地下管理用房等附属建筑。

3.2 车站主体结构设计

为确保车站结构安全可靠、经济合理、受力明确、传力清晰，并具有较好的整体性和延性。车站的结构型式根据车站的功能和使用要求，进行综合比较，选出了最佳的结构型式。

白银路站采用“T”型独柱墩、“建桥合一”型结构形式。上部结构为独柱盖梁框架体系，纵向轨道梁采用15 m跨度预应力混凝土简支梁，站台梁、轨道梁简支在桥墩盖梁上。下部结构采用独柱墩+预应力混凝土盖梁，墩及盖梁截面均为矩形。站厅层区域为双层盖梁，楼面梁板体系固结于下层盖梁；站台层轨道梁及站台梁等简支在上层盖梁上。站台面设置两道伸缩缝。按照建筑抗震设计的要求，上部结构完全应分开伸缩缝止于盖梁上。下部结构采用独柱墩。基础型式：群桩基础。桩型：桥梁部分采用Ф600PHC（AB）桩，桩长36 m左右。桩端持力层为⑧2-1灰色砂质粉土夹粉质粘土层。单桩竖向承载力设计值1964 kN～1904 kN。

车站附属结构底板埋深约8.8 m，局部地下二层处约为11.5 m，围护采用灌注桩后加水泥土搅拌桩止水帷幕的结构型式。

该工程的主要工程材料见表1所列。

3.3 车站结构设计的难点

（1）“建桥合一”形式结构设计没有现行统一的规范和标准可循，设计时，对不同的构件采用不同的规范，结构计算也较复杂。

（2）车站结构特征为独柱、大跨度，大悬臂，控制结构位移变形、抗裂缝是结构设计的一个难点。

（3）当列车以一定速度通过高架车站时，高架车站产生振动。框架结构的动力稳定性一般比桥梁结构差，因此，高架车站的振动控制，成为结构分析和设计的关键问题之一。

表1 主要工程材料表

3.4 具体措施及效果

（1）针对车站“建桥合一”形式结构，盖梁及墩柱同时承受轨道列车和车站建筑荷载的组合作用，为空间受力状态，将其简化为纵向、横向及水平扭转3种受力状态进行分析。设计时分别选用了建筑规范、桥梁规范和铁路规范，验算各种结构类型和不同的受力状况，以保证结构安全。

站厅、站台、夹层的框架梁、板、柱采用建筑结构规范进行设计。地震基本烈度按7度考虑，采用PKPM计算程序进行多种结构抗震计算。地震计算按振型分解谱法进行，按最不利情况进行结构配筋，并对砌体部分分别按规定设置了钢筋混凝土圈梁和构造柱。

（2）大悬臂盖梁采用预应力混凝土结构，制定施工顺序，明确混凝土有效龄期后才可以进行张拉。张拉力采用双控，严格控制预应力束的张拉顺序和阶段，以解决梁高受限制及结构端部变形问题。

车站位移计算采用SP2000有限元计算软件，对整个建桥合一结构进行整体计算分析，有效控制了多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移角小于1/550。

“建桥合一”形式结构施工中，由于预应力的作用，盖梁会发生上下挠曲变形，而建筑结构又固接在盖梁上，在设计时，楼板与预应力梁相浇处，板面均设钢筋网片。施工中，待预应力盖梁变形大部分再二次浇注混凝土板连接。实践证明效果良好，梁板面没有产生裂缝。

（3）桥梁结构设计时轨道梁及预应力混凝土盖梁均为全预应力混凝土结构。运用桥梁博士7.62；BSAS4.23等系列计算软件进行结构分析。基础设计时根据上部结构传至墩顶的动力系数，结合工程地质、水文地质条件、环境要求、使用要求等选择经济合理的持力层及基础型式，有效地控制列车通过高架车站时产生的振动，有效地提高了旅客乘车的舒适度。

另外，结构设计分别按施工阶段和使用阶段进行强度、变形和稳定性计算，并采取必要的构造措施满足防火、防水、防锈、防雷等要求。

车站柱距的选择与桥梁标准跨径的选择相匹配，便于施工。