某高架车站上部结构改造设计与施工

吴 铭，周 丹，欧阳院平

(长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430000)

1 工程概述

1.1 车站概述

1号线轻轨三阳路位于京汉大道与三阳路交叉路口以东中央绿化带上，该站为三层刚架式结构，侧式站台。车站主体一层为牵引、降压变电所和售票大厅，二层为站厅、设备管理用房层，三层为站台层，典型剖面见图1。车站周边环境复杂，覆盖有三阳广场、新长江国际、三阳金城、市规划院、在建的融科天城四期及住宅等。

图1 1号线三阳路站典型剖面

1.2 工程地质

根据勘察单位提供的地勘报告，拟建场地表层为松散的人工填土层(Qml)；上部主要为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)软～可塑状态的黏性土、粉质黏土夹粉土；中部为稍密～中密的粉砂夹粉土、粉质黏土，粉细砂，中密～密实状态的细砂，含砾中粗砂，卵砾石；下伏基岩为白垩～下第三系东湖群(K-E)砂砾岩。按《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010(2016版))[1]，本场地土的类型为软弱土，建筑场地类别为Ⅲ类。

2 车站改造设计方案

新建的7号线三阳路站为地下二层车站，既有1号线三阳路站为地上三层高架侧式车站。在保障1号线正常运营的情况下，需要实现1号线、7号线的换乘。采用设定多级楼扶梯的方式，将7号线三阳路站换乘人流逐步引入到换乘天桥上。换乘天桥沿1号线轨道两侧平行敷设，通过与一号线三阳路站厅层对接，在不影响现状交通组织的情况下，完成1号线、7号线地上与地下站的换乘，见图2、图3。将换乘人流引入到1号线三阳路站以后，必然要对原有的三阳路站进行改造来满足新的功能使用需求[2-3]。

图2 7号线与1号线换乘平面示意

图3 7号线与1号线换乘剖视效果

怎么在保障1号线三阳路站正常运营的情况下，对其进行改造优化[4]？经过多轮方案比选，最终确定如下方案：在既有车站的两侧加建两层混凝土框架结构，上部新建门式刚架轻钢屋盖直接落在加建框架结构混凝土柱上，见图4。改造平台与既有车站结构通过楼面变形缝连接，成为两个相对独立的结构体系。

图4 1号线三阳路站改造剖面

3 车站改造结构计算

本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，特征周期0.4 s，设计地震分组为第一组，设计使用年限100年，安全等级为一级，混凝土框架结构和门式刚架抗震等级分别为三级和四级[1]。1号线三阳路站改造结构计算主要由混凝土框架结构和门式刚架两部分组成，先采用MIDAS/Gen进行门式刚架的设计，再将提取的门式刚架柱底内力输入到混凝土框架结构的PKPM模型中完成框架结构部分的设计，计算结果如下。

3.1 门式刚架结构计算

主体门式刚架、支撑体系、屋面体系均采用Q235B级钢。门式刚架MIDAS模型见图5；一阶振型见图6，自振周期0.56 s，未出现局部失稳情况；应力分布见图7，最大拉应力和压应力分别为57.5 MPa和164.3 MPa，满足强度要求；标准组合及可变荷载作用下的最大挠度见图8、图9，分别为55.1 mm、21.4 mm，满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》要求。

图5 门式刚架MIDAS模型

图6 门式刚架一阶振型

图7 门式刚架应力图(单位：MPa)

图8 门式刚架标准组合作用下竖向挠度(单位：mm)

图9 门式刚架可变荷载作用下竖向挠度(单位：mm)

3.2 混凝土框架结构计算

混凝土框架结构梁、板、柱等主要结构构件采用C40混凝土，梁柱箍筋采用HPB300钢筋，其它受力钢筋均采用HRB400E。由于车站两侧框架相似，这里仅列出左侧框架计算结果。框架结构主要构件尺寸见表1。

表1 框架结构主要构件尺寸表

采用PKPM建立框架结构模型，见图10；截取典型板跨内梁柱配筋计算结果如图11、图12所示，配筋率为0.4 %～0.8 %，符合经济配筋率要求[5]；根据计算结果，典型板跨内梁柱实际配筋如图13所示。

图10 左侧框架PKPM模型

图11 典型板跨内梁柱配筋计算结果(单位：cm2)

图12 典型板跨内梁柱配筋率

图13 典型板跨内梁柱配筋

4 车站改造施工过程

为保障在既有1号线三阳路站正常运营的情况下对其进行改造，需要对整个施工过程进行合理的组织设计，具体施工步骤如下：

(1)施工桩基础、承台及框架柱。桩基为直径800 mm钻孔灌注桩共112根，桩长44 m。

(2)搭设脚手架，施工站厅层梁、板、柱。站厅层总建筑面积为1 680 m2。

(3)搭设脚手架，施工站台层梁、板、柱。站台层总建筑面积为2 000 m2。其中在原有车站楼梯搭设支架时为了满足乘客进出，采用临时封闭部分出口倒边施工：①先封闭左侧出入口，开放右侧出入口，施工左侧部分梁、板、柱；②再开放左侧出入口，封闭右侧出入口，施工右侧部分梁、板、柱。完成站台层梁板柱施工。

(4)在施工上部门式刚架轻钢屋盖的时候，为防止落物，保障施工安全，在原有车站顶部施工临时防护网，再施工门式刚架轻钢屋盖。由于三阳路站附近周边环境复杂，客流量较密集，刚屋架跨度较大，按照原位吊装、组装的常规做法存在诸多限制条件。为了尽量减少对1号线运营和周边环境的干扰，在地铁非运营期(凌晨12点～4点)，门式刚架在车站端头组装好以后，利用滑轨、滑移小车和卷扬机等将成品门式刚架拖到原设计部位进行定位安装。

(5)门式刚架定位以后，安装屋盖构件，拆除临时防护网、原有钢屋盖，完成轨道交通1号线轻轨三阳路站改造工作。

5 小结

本文针对既有高架车站上部结构改造设计和施工进行了阐述。采用在既有车站两侧新建独立框架结构以及门式刚架的形式，在满足结构设计安全经济的条件下，通过倒边施工、施工临时防护网和布置滑轨小车整体平移主钢架等施工措施，既能符合与新建线路的换乘功能需求，又能保障既有车站的正常运营。本案例可为类似工程提供充分的参考依据。