武漢市軌道交通一號線崇仁路站結(jié)構(gòu)設(shè)計

張衍
(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院)

摘 要 通過對武漢市軌道交通一號線崇仁路站結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟的詳細介紹，從而對建橋合一的高架車站設(shè)計做出一定的總結(jié)。?

關(guān)鍵詞 建橋合一 高架車站 SAT-WE BSAS

1 概述?

武漢市軌道交通一號線的起點在建設(shè)大道與解放大道交匯口西側(cè)。向東跨京廣線鐵路橋，經(jīng)沿河大道北側(cè)人行道至京漢大道，然后沿京漢大道一直向東（北）跨過盧溝橋路到達一期工程終點黃浦路站。正線全長10.234km?。?

全線共設(shè)10座車站，平均站距為1 085m，其中崇仁路站橫跨于京漢大道上，位于崇仁路東側(cè)，該站為線間距3.7m的高架四層的側(cè)式中間站。并且在往利濟北路站方向有一段處于線路緩和曲線上。? 該站總建筑面積3 160m2，縱向軸距為8×10m，總長80m。由于建筑地面層為跨路架空，由于一側(cè)車站立柱落在一邊人行道上，所以人行道在路口的彎曲導(dǎo)致車站橫向跨距不等，標(biāo)準橫向跨距為15m，最大處為16.5m,最大懸臂端為4.5m。地面為架空機動車道，二層為站廳層及站務(wù)用房，三層為電纜夾層，四層為站臺層，屋面采用鋼屋架。?

車站位于路中，共有兩個出入口，南側(cè)為一寬度6m，長度22m的過街天橋，北側(cè)為設(shè)備站務(wù)用房，與車站主體之間有一短通道。?

2 車站結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的初步選型?

(1) 為了使車站設(shè)計更為緊湊，主體上部結(jié)構(gòu)決定采用建橋合一的四層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中二層站廳層在局部軸跨沒有，故局部為框架三層，最大層高為11.4m。其中三層電纜夾層框架橫梁兼為擱置軌道梁的蓋梁。屋架采用鋼結(jié)構(gòu)。?

(2) 由于北側(cè)站務(wù)用房底層需要較大空間，故為二層混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為天然條形基礎(chǔ)。南側(cè)天橋為混凝土結(jié)構(gòu)，跨距為6.75+13.42(m)。基礎(chǔ)形式同主體結(jié)構(gòu)，其中一端與車站主體共用同一承臺樁基礎(chǔ)。?

(3) 應(yīng)建筑要求，車站全長不設(shè)縫。?

(4) 為了控制沉降，基礎(chǔ)定為混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺之間均設(shè)聯(lián)系梁。?

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 框架建模?

由于車站為建橋合一的型式，設(shè)計采用到了工民建與鐵路橋涵兩套規(guī)范，故計算時除了采用工民建的PK-PM系列程序進行建模布置， SAT-WE進行整體空間抗震分析計算外，同時采用鐵路預(yù)應(yīng)力橋梁BSAS程序建模，進行鐵路車輛加載受力分析。?

（1）框架梁?

為保證路面行車凈空，二層站廳層（6.500標(biāo)高處）梁高均須控制。其中框架橫梁跨度較大（兩中柱間距15m），梁尺寸為700mm×1 300mm。?

三層框架橫梁在作為電纜夾層和站臺層的主體受力構(gòu)件的同時，還擱置軌道板梁，承受列車荷載，受力較為復(fù)雜，標(biāo)準梁橫截面為品字形,高度1 300m,在車站兩頭與區(qū)間相連部分為同時擱置區(qū)間25m箱梁和車站板梁，為矩形蓋梁，梁尺寸為1 600mm×1 900mm，均為后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。?

縱向框架梁為600mm×1 000mm。(具體見圖1)

?（2）站臺層框架梁板?

在明珠線一期工程中，電纜夾層均為200厚混凝土墻結(jié)構(gòu)，這樣在站臺層就形成了縱向的薄壁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，但是后來了解到當(dāng)時做成混凝土墻僅是為了電纜支架的架設(shè)，故在這次結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在充分考慮到滿足電纜架設(shè)及電纜走向的基礎(chǔ)上，改用了框架填充墻結(jié)構(gòu)，在需要設(shè)置電纜支架處加設(shè)混凝土構(gòu)造柱。減輕了結(jié)構(gòu)的自重及節(jié)省了鋼筋和混凝土。后來的施工實踐證明，用構(gòu)造柱完全能夠滿足電纜鋪設(shè)的要求，在以后共和新路高架車站的設(shè)計中也用了相同的方法。

（3）總結(jié)以往經(jīng)驗，車站設(shè)計的關(guān)鍵在于各專業(yè)之間的合作和協(xié)調(diào)，尤其是電力設(shè)備，由于其荷載較大，預(yù)留孔洞較多，故在對于平面構(gòu)架設(shè)計時，前期協(xié)調(diào)和準備較多。這次設(shè)計我先集中力量將這部分設(shè)計內(nèi)容從荷載到位置與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系理順摸清。為以后整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計打下了很好的基礎(chǔ)。

3.2 荷載設(shè)計?

(1) 由于結(jié)構(gòu)采用建橋合一型式，故荷載種類較為復(fù)雜。不僅需考慮工民建的結(jié)構(gòu)自重與人群和設(shè)備荷載。而且必須考慮鐵路橋涵規(guī)范內(nèi)的各種荷載。?

（2） 在本工程中，由于列車荷載和無縫線路單股鋼軌的縱向作用力都通過軌道梁傳至結(jié)構(gòu)上，所以根據(jù)荷載情況的變化，將分以下5種工況分別驗算：?

① 主力工況1：恒載+靜活載+MAX(4T,2T+單線制動力，雙線制動力)?

② 主力工況2：恒載+靜活載+沖擊力+MAX(4T,2T+單線制動力，雙線制動力)

③ 地震工況：地震力+恒載+靜活載?

④ 斷軌工況：斷軌力+恒載+靜活載?

⑤ 撞墩工況：撞墩力+恒載+靜活載?

其中第3，4，5種工況為偶然荷載工況，材料強度可以按規(guī)定相應(yīng)的提高。第1種工況單線制動力取15%列車豎向靜活載，第2種工況同沖擊力組合時，單線制動力取10%列車豎向靜活載，動力系數(shù)的1+u=1+12/（30+L）,L為橋梁跨度（m）。第4，5種工況中的T取單股鋼軌伸縮力T1與單股鋼軌撓曲力T2中的較大值。?

（3） 列車搖擺力按相鄰兩個轉(zhuǎn)向架軸重的15%計。本工程一軸跨內(nèi)恰好有兩輛車銜接處四輪布置，則按每個柱上作用2P作用力，偏安全。同時由于車站下為機動車道，故考慮車輛撞擊力順車方向撞擊力1 000kN,垂直行駛方向撞擊力500kN，力作用點位置離路面高1.2m。

3.3 框架計算?

在站廳層和站臺層計算時，直接用PK-PM系列SAP模塊進行空間分析，但是對于電纜夾層的軌道橫梁必須用BSAS預(yù)應(yīng)力橋梁程序進行分析，所以必須掌握該框架上的節(jié)點和各節(jié)點之間上的各種荷載信息，荷載利用PK-PM系列進行導(dǎo)荷。最后得出預(yù)應(yīng)力索形布置，除了預(yù)應(yīng)力索的布置，還需布置非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋，以及抗剪斜筋，此處就不再繁述。?

4 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計?

4.1 工程地質(zhì)情況?

根據(jù)所提供的地質(zhì)報告可知，在車站范圍內(nèi)地層發(fā)育比較正常。⑥-5層中砂土的頂面絕對標(biāo)高為-15.07～-16.57,層面較平緩，該層中部分夾雜⑥-5a層粉砂土，兩層土均為密實土,平均厚度達到近10m。故選為樁基持力層。?

4.2 樁基設(shè)計?

本工程地面為路面，承臺相對標(biāo)高取-0.8m，承臺厚1.8m。?

樁基采用.φ800鉆孔灌注樁，樁長43m。單樁豎向承載力設(shè)計值2 600kN（橋規(guī)）。

樁基及承臺采用JCCAD 上接SAT-WE數(shù)據(jù)進行計算。荷載分為由上部結(jié)構(gòu)自重，活載，風(fēng)荷載，地震荷載以及列車荷載不同組合產(chǎn)生的各種工況。并且用工民建與橋梁規(guī)范分別計算，最后取用兩者較大值。

4．3 基礎(chǔ)沉降?

由于是軌道交通項目，故本工程對基礎(chǔ)的沉降要求也較高，設(shè)計中除了控制沉降絕對值外，還須減少相鄰承臺的差異沉降。?

計算中，荷載采用JCCAD導(dǎo)出的長期效應(yīng)荷載，不計風(fēng)荷載和地震荷載。樁端阻力比0.23，最后算得各承臺絕對最大沉降量為48.7mm，各相鄰承臺最大沉降量符合規(guī)范控制要求。?

5 總結(jié)?

車站結(jié)構(gòu)與一般民用建筑的區(qū)別在于：跨度通常較大（為保證使用空間）；荷載較大（人群密集度高）；從而使得結(jié)構(gòu)的尺寸與配筋都比較大，且需要一定的余量。?

設(shè)計中還需要注意的一點，就是各專業(yè)之間的相互協(xié)調(diào)。由于車站設(shè)備較為復(fù)雜，涉及到的工種較多，設(shè)計前均須充分考慮，及時反饋，以免重復(fù)勞動、事倍功半。