橋建合一式高架車站設計在莞惠城際軌道交通中的應用研究

游又能

(中鐵置業集團有限公司, 北京 100055)

1 概述

近年來,軌道交通以其運量大,速度快,時間有保證的優點在國內多個城市得到迅速發展。而城際軌道交通屬于軌道交通的一個新興類別[1],介于鐵路和城市軌道交通之間,主要用于解決城市與城市之間交通問題。城際軌道交通的發展將為城市居民在多個相鄰城市之間生活和工作提供一種新型模式,對于優化城市格局,緩解城鎮密集地區的交通問題具有重要意義[2]。

目前中國已經建成北京至天津[3]、南京至上海、廣州至珠海等城際軌道交通。珠江三角洲[4]、長江三角洲、京津地區等城市群都規劃了多條城際軌道交通線路,城際軌道交通的發展將成為改變中國區域發展格局的重要方式。

然而,城際軌道交通體系按照線路走行方式劃分為地下、地面及地上高架3種,相應的軌道交通車站分為地下站、地面站及高架車站,軌道交通的高架車站在城市建筑中屬于一種特殊的地面建筑,它既不是單一的房屋建筑,也不是單一的橋梁,而是橋梁與房建相結合的一種特殊建筑,國內近年通車的武漢站[5]、鄭西高鐵渭南站[6]等采用了此類結構。重點介紹橋建合一式高架車站建筑設計在東莞至惠州城際軌道交通項目中的應用。

2 莞惠城際軌道交通項目概況

東莞至惠州城際軌道交通項目(以下簡稱“莞惠城際”)在珠三角東岸城軌網絡中的地位至關重要。莞惠城際由佛莞城際麻涌站接軌,沿西部干道南側向東,經東莞市洪梅、道滘、南城、東城、寮步、松山湖、大朗、常平、謝崗等鎮(區),惠州市瀝林、陳江、惠環、惠城、小金口等鎮(辦事處),終點至惠州市惠州大道客運北站。道滘站(含)至客運北站(含),GDK2+591.092～GDK105+905,正線全長99.816 km,新建17座車站,其中地下站10座,地面站1座,高架站6座。速度目標值為200 km/h，正線全長1.949 km。均為地下段,其中明挖區間段1.641 km,地下車站總長0.308 km。動車組走行線ZXDK0+000～ZXDK3+250,全長3.250 km。路基段長0.050 km,地下段長3.200 km,其中過渡段(U形槽)長0.400 km,暗挖段長0.400 km,明挖段2.400 km[7]。

3 高架車站橋建合一式和橋建分離式2種模式比選

3.1 莞惠線高架車站與相似工程比較

(1)與城市軌道交通的比較

目前國內城市軌道交通項目高架車站均采用框架結構的站橋合一的站型。最早在上海明珠線上采用,先后在廣州4號線，北京13號、5號線，南京等城市多條軌道交通線上采用。目前各城市已運行的車站結構安全均無問題，舒適度也能保證。

南京地鐵1號線南延線天印大道站及龍眠大道站均為橋建合一式高架車站,自2010年5月開通以來,通過各種防噪及防振措施的設計,車站運營正常,車站舒適度滿足旅客乘車要求,反應良好。

莞惠高架車站與城市軌道交通項目高架車站相比,有些站只是多了越行線,因此目前城市軌道交通項目中的高架車站對本線高架車站提供了參考。

(2)與廣珠城際軌道交通高架車站的比較

廣珠城際鐵路也是目前在建設中的1條時速200 km的城際軌道交通項目[8]。

兩線相同點：承受列車荷載的方式相同。廣珠線和莞惠線均采用上承式簡支軌道梁方案。列車荷載直接由軌道梁承受,通過盆式橡膠支座傳遞給蓋梁(框架橫梁),再由蓋梁(框架橫梁)傳遞給墩柱(框架柱),再傳遞給樁基。

不同點：廣珠城際高架車站是以橋梁為主體的車站。車站分橋梁部分、建筑部分2期施工。為相對獨立的2部分,2部分分別按《鐵路橋涵設計規范》及《建筑結構設計規范》設計,施工完成后為站橋合一的結構形式。

莞惠線采用框架結構,橋梁結構、建筑結構完全融合為一體。框架橫梁和框架柱相當于橋梁結構的蓋梁和墩柱,同時起蓋梁和橋墩的作用。

廣珠城際因橋梁結構和建筑結構分開施工,先施工的橋梁部分需要大量預留后施工建筑結構部分的鋼筋,增加了施工和預留鋼筋問題。分2期施工存在新舊混凝土間裂縫問題,難以處理。

廣珠城際雖最終為站橋合一結構,但在設計和建設中還是分成橋梁和建筑2部分,莞惠線高架車站高架結構采用城市軌道交通項目中的高架車站結構更為合理。

采用框架結構一次性施工可解決上述問題。框架結構整體性好,對基礎不均勻沉降承受能力好,相對柱間沉降差更小,對行車安全有更好的保證。

3.2 橋建合一式車站和橋建分離式車站的優缺點比較

(1)橋建分離式車站,即軌道梁從車站穿過,車站部分的建筑結構與支撐軌道梁的車站橋梁完全分開,各自形成獨立的結構體系[9]。

優點：①該體系傳力途徑明確,結構耐久性較好；②橋梁結構和車站建筑結構可以分別施工,不影響架橋機過站問題；③由于橋梁結構墩柱間距大；可以滿足站廳層較大空間的要求；④由于橋梁結構構件與車站建筑構件完全分開,當列車通過車站時產生的振動直接由墩柱傳至地下,對車站結構振動影響較小。

缺點：①由于車站建筑結構與橋梁結構分開布置,使得車站的體量較大；②由于橋墩截面大,而且布置間距相對比較單一,使得建筑平面布局特別是設備及管理用房的布局受較大的影響；造成相對較大的空間浪費；③由于站廳公共區上方是軌道梁,通常的裝修方法就是在站廳上空與軌道梁之間做吊頂；當列車從車站通過時產生的噪聲直接傳至站廳層,防噪能力較差；④由于車站站臺層結構與軌道梁在結構上是分開的,一般車站軌行區上方都是鏤空的,因此2種結構之間的部位的防水設計將會是個難題；如果防水設計做不好或者防水材料選擇不當的話,會給站廳層上方雨水滲漏帶來隱患。⑤由于站廳上空沒有鋼筋混凝土結構頂板,通常只有裝飾吊頂,因此站廳層的設備管理區與站廳及站臺公共區之間的防火分區劃分不太明確,給消防設計帶來較大難度。

(2)橋建合一式車站,即行車部分的軌道梁支撐在車站框架橫梁上,車站部分建筑結構與車站橋梁結構結合在一起共同受力,支撐軌道梁的橫梁、墩柱，承受列車的動荷載[9]。

優點分析：①由于車站結構與橋梁結構合為一體,因此該體系結構整體性和穩定較好；②由于該站型屬于框架結構,房建結構、橋梁結構為一個體系,簡化了柱網,柱網布置相對靈活,因此該種站型的平面布局不受限制；根據相應的使用功能及規模合理布置平面,規模能得到控制；③該種站型框架結構框架橫梁、軌道梁高度較橋梁結構要小,車站總體高度低,條件允許可降低線路高度；使得整個高架段的梁橋墩柱都相應降低高度,可節省建設投資。④由于軌道梁直接架設在車站的框架結構上,在軌道梁下、站廳層上方有一層混凝土結構板,在很大程度上減弱了列車過站所帶來的噪聲影響；⑤由于在站廳頂板上進行了系統的防水設計,加上軌行區也做了1道防水,使得站廳頂板的防水更加安全、可靠,基本上能杜絕雨水滲漏的可能性。⑥由于站廳層頂部有完整的鋼筋混凝土頂板,因此可以明確的劃定防火分區,消防設計簡單、合理。⑦該站型框架結構整體性好,2個方向剛度接近,扭轉效應小,柱間沉降差小,對基礎不均勻沉降承受能力較好,對行車安全保證較橋梁結構更好。

缺點分析：①這一車站結構體系,要同時執行《鐵路橋涵設計規范》及《建筑結構設計規范》兩種規范,結構分析較為復雜；②框架結構相對橋梁結構柱網相對較小；難以滿足站廳部分的大空間要求； ③結構主體需整體一次施工,需相關設備專業配合穩定方案和配合預留。受設備選型等因素影響,設計周期可能需要長些。 ④由于橋梁結構與車站建筑結構合為一體,因此列車通過車站時直接將振動傳給車站框架結構的各構件；對旅客的舒適度會帶來一定影響。

4 莞惠線中典型車站設計方案

莞惠城際全線設計范圍內共設6座高架車站,1座地面站,東莞段4座,分別為：道滘站、常平東站、樟木頭站、謝崗站；惠州段3座,分別為：瀝林站(地面站)、陳江站、惠環站。6座高架車站均為橋建合一式高架車站,其中道滘站、陳江站及惠環站為路中高架車站,常平東站、樟木頭站及謝崗站為路側高架車站；以惠環站為例來說明橋建合一式高架車站在莞惠城際中的應用。

4.1 車站設計理念

(1)車站周邊廣場的規劃設計應結合城市的路網狀況,整體布局、合理規劃；通過有序的平面布局和交通組織,合理組織人流、車流；重視與公交、長途汽車、出租車、社會車、自行車等其他交通形式之間轉換的順暢,達到人車分流、各行其道。

(2)設計充分考慮氣候、生態、環保、節能、公共安全等因素,合理采用新技術,按照先進、成熟、經濟、可靠、實用的原則配備車站建筑設備和內部設施。

(3)車站建筑設計堅持“以人為本”的設計原則,優化車站功能,把最好的空間讓給旅客,客流組織突出“快進快出”的設計思路,強化其通過性,同時便于運營管理。

(4)車站建筑的細部和內部空間應根據人體尺度、旅客出行習慣合理設計；引導、升降設備、無障礙設施等應充分體現人性化、體現先進性。

(5)車站建筑造型與城市整體形象的風格一致,建筑形態力求端莊、簡潔、舒展、大氣,體現建筑的地域識別性、文化性和時代性。

4.2 車站建筑設計

4.2.1 工程概況

(1)規劃條件

惠環站位于惠環街道辦中心區,高架于仲愷大道路中綠化帶,車站東端緊鄰仲愷大道與和暢二路十字路口,東北側為大榮購物廣場,西端緊鄰惠州協和醫院,周邊以商業用地及工業用地為主。

(2)客流量

預測陳江站旅客全日發送量近期(2023年)為33 169人,遠期(2033年)為46 834人。車站旅客高峰小時發送量遠期(2033年)為4 848人。

(3)設計規模

惠環站車場設計規模為2站臺面夾4線。車站設到發線2條、正線2條,設2座210 m×14.550 m×1.25 m(中間標準段)側式站臺,該站設計為路中高架站。站臺面相對規劃道路地面高差約為18.50 m。

(4)站房形式

站臺與規劃道路地面高差約為18.23 m左右,站房采用路中“高架式”布局,旅客采用“下進下出”流線模式。

4.2.2 車站建筑平面布置

本站為路側側式的建橋合一式高架3層車站,車站的主要設備管理用房全部設置在車站主體內,出入口樓扶梯布置在車站的兩側。

(1)地面層：在規劃路中綠化帶上布置有設備區的疏散樓梯及消防泵房。

(2)站廳層：車站主體二層為站廳層,中間為公共區,兩端為設備管理區,公共區分為非付費區和付費區；如圖1所示。

非付費區：公共區的中部為非付費區,非付費區兩側設置出入口,非付費區內設有自動充值機、驗票機、自動售票機等設施。

付 費 區：位于站廳層公共區兩側,每個付費區兩側分別設置1組2部扶梯和1部樓梯通往兩側式站臺,在與非付費區之間設有售、補票室、進站檢票機和出站檢票機。車站兩側的付費區內均設有無障礙電梯。

設備管理區：設備管理區設于站廳層的兩端,西端布置主要的弱電及管理用房,東端布置有公共衛生間和變配電所用房,每側設備用房各有上下2個出口通向外廊,與旅客進出站天橋銜接作為設備區的疏散出口。

(3)站臺

站廳上面為站臺,其建筑布置如下。

公共區：即為兩側側式站臺,均為付費區。

軌行區：兩側站臺之間為軌行區。如圖2所示。

圖1 惠環站站廳層平面 (單位：mm)

圖2 惠環站站臺層平面 (單位：mm)

4.2.3 旅客流線設計

(1)旅客進站流線

旅客從站房兩側樓扶梯經天橋進入站廳層,在進站廳安檢后的旅客通過進站檢票機直接進入站臺層進站。

(2)旅客出站流線

出站旅客通過樓扶梯下到站廳層，經過檢票出站后通過天橋可便捷地到達地面各公交車停靠點、出租車停靠點。見圖3。

圖3 惠環站標準段剖面 (單位：mm)

4.3 車站結構設計

4.3.1 結構形式

惠環站為路中高架四線側式3層站。車站結構形式采用“橋建合一”整體鋼筋混凝土框架結構。軌道梁通過橡膠支座簡支在框架橫梁上,軌道通過承軌臺作用于軌道梁上。以框架結構為主體,框架橫梁和框架柱同時起蓋梁和橋墩的作用,相當于橋梁結構的蓋梁和墩柱,建筑結構與橋梁結構完全融合為一個體系。

車站主體結構總寬為46.00 m, 橫向2跨柱距22.5 m,總長為217.5 m,縱向15跨柱,間距分別為12.25、11.5、15、20 m。縱向設置2道變形縫,變形縫間超長部分采取設置2道后澆帶的做法來減少溫度和混凝土收縮對結構的影響。

站廳層、軌道層大跨度橫梁采用預應力結構。如圖4所示。

圖4 惠環站軌道層結構平面布置 (單位：mm)

站臺雨棚結構：站臺雨棚采用單層鋼框架結構,橫向單跨約46.0 m,縱向間距同柱網,采用圓鋼柱、方鋼管梁。位于站臺層框架柱頂雨棚柱采用外包式剛接柱腳。

4.3.2 結構特點

框架結構的“橋建合一”高架車站,結構體系以框架結構為主體,軌道梁簡支在框架橫梁上,火車荷載由軌道梁直接傳遞到框架橫梁和框架柱上。

框架結構高架車站,建筑結構、橋梁結構完全融合為一個體系,框架橫梁和框架柱相當于橋梁結構的蓋梁和墩柱,同時起蓋梁和橋墩的作用。如圖5所示。

圖5 惠環站標準段結構橫斷面示意(單位：mm)

4.3.3 施工方法

高架結構車站施工采用傳統現澆框架結構施工方法,滿堂腳手架支模。簡支軌道梁可采用預制吊裝或現場澆筑。施工方法簡單靈活,主體結構一次施工完成。

土建施工工期按15個月考慮；其中包括3個月的架橋機過站時間。

5 結語

本項目在開展初步設計前,對結構選型進行了深入細致的研究,綜合各方面優缺點分析,最終選擇建橋合一的高架車站站型,經過計算分析,框架結構按建筑結構規范進行結構整體計算。承受火車荷載的構件(框架橫梁、框架柱、基礎)以單榀框架按“橋規”進行計算。選擇合理的構件截面,結構安全滿足“橋規”、“建筑結構規范”要求；通過振動研究：結構安全性、人員舒適度都滿足規范要求[10]；為提高車站舒適度,本線各車站均適當采取一定的減振防噪措施,如減振支座以及在站廳層頂板涂吸音降噪涂料等。

綜合車站平面布局、降低線路高度、防水設計、降噪、消防設計及結構穩定性等多方面因素比較,在莞惠

線高架站設計中采用建橋合一站型是合理和可行的,目前各車站均在施工階段,此種車站的建成將為以后其他城際軌道的高架車站提供參考和借鑒。

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