上海轨道交通3、4号线宝山路站接轨桥梁改造方案研究

摘要 为解决上海轨道交通3、4号线北段高峰期运能不足问题，解除4号线外圈大坡道接轨引入宝山路站安全隐患，对宝山路站进行接轨改造。对解决新老基础不均匀沉降的超载预压、新老承台交界面预加力两个方案进行多角度对比，阐述了东侧区间道岔梁整体更换与分离改造的影响，并综合考虑施工场地、工期、操作性等因素，选择基于SPMT的高效封闭移换梁措施。最终设计方案中，西侧区间采用承台帮宽、张拉钢绞线预加荷载进行加固改造，并配置智能支座监测系统；东侧区间采用异型墩梁、基础构造，使新老结构分离；制定合理的移梁工序与走行轨迹，保证SPMT快速安全拆换梁完成接驳。

关键词 城市轨道交通；接轨改造；高架区间；SPMT移梁

中图分类号 U284文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0049-03

0 引言

上海市轨道交通3号线（又称“明珠线”），是上海首条高架轨道交通线路，与上海轨道交通环线4号线在宝山路站至虹桥路站共线运营。3号线于2000年12月26日通车运营，设备老化导致信号传输故障时有发生，陈思维[1]于2021年做了基于车车通信的列车自主控制系统改造方案研究。

4号线采用简易接轨方式接入3号线，随着信号改造后行车对数增加，且既有线路进站方向均未设置安全线，4号线外圈宝山路站站前接轨的方式将存在安全隐患。为消除风险，提升宝山路站整体运能，对宝山路站进行换梁接轨改造[2]。为降低接轨改造工程造成的社会影响，对高架区间桥梁接轨方案进行了多方面的比选研究。

1 工程概况

轨道交通3、4号线宝山路站位于市区。车站北邻虬江小区，东靠宝山路、西华路，南依铁路科技站。接轨改造施工作业时间及场地严重受限，为保证正常运营及降低施工对周边环境影响，设计方案考虑采用围挡封闭作业、利用夜间天窗点时间及春节期间停运换梁进行轨道接驳[3]。

市发展改革委对宝山路站接轨改造建设内容进行批复：在宝山路站北侧增设一股轨道，长约516 m；扩建北侧站台，宽度由7.5 m增加至12 m，将4号线外圈与3号线下行线路由站前接轨改造为站后接轨，接轨方案如图1所示。根据工程建设规划，桥梁改造成为该大修工程的重、难环节。主要归为新桥建设与老桥更换，分为三部分：宝山路站西侧区间站后接轨引起简支梁更换为道岔梁；车站东侧区间四号线取消外圈接轨并新建单渡线造成道岔梁改造；宝山路站北侧站台增加一股道需要新建桥梁以顺接车站东、西侧区间高架，如图2所示。

2 西侧站后接轨

4号线外圈通过宝山路站北侧新建的单渡线接入3号线。根据线路、轨道专业改造方案，西侧区间线路改造长度约76 m，涉及的桥梁方案为将两跨30 m双线简支梁更换为2×30 m道岔连续梁，同时相应加固既有下部结构。

2.1 下部结构加固方案研究

2.1.1 帮宽构造研究

原2～30 m简支梁下部结构为独柱式桥墩，墩高约13 m，承台尺寸均为6 m×8.2 m×2 m（順×横×厚），桩基为0.8 m钻孔灌注桩，对应桥墩编号为29#、30#、31#墩。2×30 m道岔连续梁根据结构设计采用8支座，原墩顶垫石个数与尺寸已不再适用，且桩基承载力超过限值，需对基础进行加固，改造方案采用新老承台植筋连接帮宽，并在30#、31#墩附近分别新建桥墩X2#、X3#共用承台基础。

综合考虑周边环境、管线等影响，29#墩承台东侧补增4根Φ0.8 m钻孔灌注桩；30#墩、31#墩承台帮宽在既有承台周圈补增Φ0.8 m桩基，以保证新、老基础整体共同受力，如图3所示。

2.1.2 基础承台帮宽连接

根据道岔梁及承台构造方案，采用植筋工艺进行承台帮宽加固改造。为降低对轨道交通运营影响，承台植筋、界面凿毛等措施在天窗点时间进行，在新、老承台之间预留30～40 cm混凝土后浇带，并制定浇筑施工工序，严格把控大体积加固混凝土浇筑质量。

新建X2#、X3#墩将与既有30#、31#墩之间存在新—新、新—老桥墩不均匀沉降问题，该效应直接作用于上、下部结构产生附加力。为消除并降低长寿命周期内可能引起的安全隐患，对新、老承台连接能达到的共同受力进行两个方案对比研究。

方案一：考虑桩基沉降过程一般分为加速沉、缓沉及基本稳定三个阶段，并在230 d以后加宽桥梁桩基础沉降趋于稳定[4]。故可采用超载预压法消除大部分新老基础沉降差。

采用钢锭按照1.2倍恒载在新建承台上进行堆载预压，预压时间约一年，待沉降监测数据稳定。逐级卸载后进行新老承台间钢筋焊接，并浇筑后浇带处混凝土。

方案二：彭世红[5]研究发现，新老承台间的植筋界面抗剪承载力主要受界面材料性能及尺寸、界面处理、界面钢筋布置、荷载作用四大方面影响。根据新旧混凝土植筋界面剪力传递机理，增大界面摩擦力并保证黏聚力来提高连接整体性。

采用新老承台穿孔钢绞线、张拉预应力方式施加永久荷载预压力，增加正应力引起的新老混凝土凿毛界面间的摩擦力来抵抗界面剪力。

如表1所示，方案二具有较好的适用效果，新承台建设在老承台周圈外轮廓范围，施加外力引起的长期正应力有效利用截面摩擦力，并保证界面黏聚力的稳定性，使新老承台紧密结合。

2.2 帮宽植筋计算

以31#、X2#墩为例，采用MIDAS FEA软件建立实体有限元模型。根据规范要求，高架区间结构墩台总沉降量不大于30 mm。采用假设分析法：假定老承台已沉降稳定，新老承台交界面的沉降差最不利工况为30 mm，桩基约束采用土弹簧线弹性模量，模型底部固结，并定义强制位移模拟新老基础沉降差。上部反力通过墩顶加载均布荷载，分别提取纵横向新老结构交界面剪应力，积分求得界面剪力。参考公路桥梁加固设计规范（JTG/T J22—2008）[6]新老混凝土结合面抗剪承载力计算公式对截面植筋数量进行验算。

2.3 智能支座监测系统

为掌握长寿命周期帮宽承台及墩梁运营期间受力状态，使用具备测力、调高功能支座，并安装智能支座监测系统。利用智能传输信息功能对支座受力及结构运营状况进行监控，实时获得安全预警信息，并及时作出处理预案。

3 东侧站前取消接轨

4号线外圈取消站前（宝山路站东侧）接轨3号线，将线路相应往北侧调整，接入新建外圈4号单渡线。涉及既有一联3×20.75 m道岔梁，和20 m、17.5 m两孔单线简支梁的置换。

3.1 道岔梁结构改造方案

3.1.1 新老线结构合并方案

既有桥梁接轨处梁型为3×20.75 m双线变四线道岔梁。根据新建外圈4号线限界要求，原桥面尺寸已无法满足新桥面设施、设备需求。故将整孔梁置换，置换后新老线共用同一桥面，同时原桥墩刚度、桩基承载力及垫石均不满足要求，需对全部下部结构进行加固改造。

3.1.2 新老线结构分离方案

由于新建外圈4号单渡线与3号线无直接联系，故可将既有3×20.75 m双线变四线道岔梁，置换为3×20.75 m双线变三线道岔梁与3孔20.75 m单线简支梁。为保证新老线桥梁上、下部结构均分离，新线桥梁采用异型墩、梁及基础构造，分离承台间最小距离设为40 cm，桥面翼缘间预留10 cm缝隙。根据下部基础受力对40#、41#承台进行植筋帮宽，同时根据抗震要求对40#墩进行纵向加固。

3.2 结构方案对比

如表2所示，两种方案主体工程量相当，方案二较方案一对老结构改动较小，且结构受力明确，降低后期运营风险隐患。但换梁工序较复杂，需制定精细合理的移换梁工序。经综合对比分析，对东侧道岔梁改造采用方案二。

4 换梁实施工序

为把接驳施工对既有线运营的影响降低到最低，采用SPMT[7]模块车快速移运系统进行新、老梁拆除及更换。接驳时间安排在客流较少的春节期间进行，整个换梁施工工序流程如图4所示，并通过制定合理有效的模块车走行轨迹在有限时间内完成高位移梁。

5 结论

宝山路站3、4号线接轨改造工程已于2023年7月正式开工，计划于2026年春節期间完成换梁接轨。该接轨工程时间紧、施工环境复杂、社会风险大，通过对轨道交通桥梁接轨改造方案多方面比选研究，主要改造关键技术点如下：

（1）西侧道岔梁换梁接轨采用张拉钢绞线外加压力来保证新老承台的连接紧密性，同时采用智能支座监测系统，对支座受力及结构运营状态实时监控处理，降低桥墩不均匀沉降引起附加结构荷载及轨道线形的危害。

（2）东侧区间取消接轨新建外圈段，满足限界及结构空间情况下，摒弃桥面扩建整体改造方案，优先采用异型墩梁及基础构造将新、老线结构分离，保证结构受力明确，降低安全隐患。

（3）为降低社会影响，优先采用封闭施工，结合场地条件制定安全、经济、稳妥、高效的基于SPMT模块车拆换梁走行路线。

参考文献

[1]陈思维. 上海轨道交通3、4号线信号系统改造方案研究[J]. 城市轨道交通研究， 2021（7）： 148-153.

[2]蔡蔚. 上海轨道交通3号线改造工程换梁方案研究[J]. 城市轨道交通研究， 2012（1）： 97-100.

[3]王华林. 上海轨道交通2号线东延伸接驳段设计方案[J]. 城市轨道交通研究， 2011（8）： 76-79.

[4]王蒙蒙. 高速公路改扩建工程梁桥加宽桩基础沉降差控制技术研究[D]. 西安：长安大学， 2020.

[5]彭世红， 周思源， 董卓越， 等. 新旧混凝土植筋界面抗剪承载力影响因素研究及规范对比[J]. 工程力学， 2023（S1）： 167-173.

[6]公路桥梁加固设计规范： JTG/T J22—2008[S]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[7]王小花， 陈宜言， 何晓晖， 等. SPMT快速拆架桥技术运用[J]. 建筑结构， 2019（S1）： 926-930.

收稿日期： 2023-11-16

作者简介：陈杰（1979—），男，本科，高级工程师，从事桥梁设计及管理工作。