上海軌道交通3、4號線寶山路站接軌橋梁改造方案研究

摘要 為解決上海軌道交通3、4號線北段高峰期運能不足問題，解除4號線外圈大坡道接軌引入寶山路站安全隱患，對寶山路站進行接軌改造。對解決新老基礎不均勻沉降的超載預壓、新老承臺交界面預加力兩個方案進行多角度對比，闡述了東側區間道岔梁整體更換與分離改造的影響，并綜合考慮施工場地、工期、操作性等因素，選擇基于SPMT的高效封閉移換梁措施。最終設計方案中，西側區間采用承臺幫寬、張拉鋼絞線預加荷載進行加固改造，并配置智能支座監測系統；東側區間采用異型墩梁、基礎構造，使新老結構分離；制定合理的移梁工序與走行軌跡，保證SPMT快速安全拆換梁完成接駁。

關鍵詞 城市軌道交通；接軌改造；高架區間；SPMT移梁

中圖分類號 U284文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0049-03

0 引言

上海市軌道交通3號線（又稱“明珠線”），是上海首條高架軌道交通線路，與上海軌道交通環線4號線在寶山路站至虹橋路站共線運營。3號線于2000年12月26日通車運營，設備老化導致信號傳輸故障時有發生，陳思維[1]于2021年做了基于車車通信的列車自主控制系統改造方案研究。

4號線采用簡易接軌方式接入3號線，隨著信號改造后行車對數增加，且既有線路進站方向均未設置安全線，4號線外圈寶山路站站前接軌的方式將存在安全隱患。為消除風險，提升寶山路站整體運能，對寶山路站進行換梁接軌改造[2]。為降低接軌改造工程造成的社會影響，對高架區間橋梁接軌方案進行了多方面的比選研究。

1 工程概況

軌道交通3、4號線寶山路站位于市區。車站北鄰虬江小區，東靠寶山路、西華路，南依鐵路科技站。接軌改造施工作業時間及場地嚴重受限，為保證正常運營及降低施工對周邊環境影響，設計方案考慮采用圍擋封閉作業、利用夜間天窗點時間及春節期間停運換梁進行軌道接駁[3]。

市發展改革委對寶山路站接軌改造建設內容進行批復：在寶山路站北側增設一股軌道，長約516 m；擴建北側站臺，寬度由7.5 m增加至12 m，將4號線外圈與3號線下行線路由站前接軌改造為站后接軌，接軌方案如圖1所示。根據工程建設規劃，橋梁改造成為該大修工程的重、難環節。主要歸為新橋建設與老橋更換，分為三部分：寶山路站西側區間站后接軌引起簡支梁更換為道岔梁；車站東側區間四號線取消外圈接軌并新建單渡線造成道岔梁改造；寶山路站北側站臺增加一股道需要新建橋梁以順接車站東、西側區間高架，如圖2所示。

2 西側站后接軌

4號線外圈通過寶山路站北側新建的單渡線接入3號線。根據線路、軌道專業改造方案，西側區間線路改造長度約76 m，涉及的橋梁方案為將兩跨30 m雙線簡支梁更換為2×30 m道岔連續梁，同時相應加固既有下部結構。

2.1 下部結構加固方案研究

2.1.1 幫寬構造研究

原2～30 m簡支梁下部結構為獨柱式橋墩，墩高約13 m，承臺尺寸均為6 m×8.2 m×2 m（順×橫×厚），樁基為0.8 m鉆孔灌注樁，對應橋墩編號為29#、30#、31#墩。2×30 m道岔連續梁根據結構設計采用8支座，原墩頂墊石個數與尺寸已不再適用，且樁基承載力超過限值，需對基礎進行加固，改造方案采用新老承臺植筋連接幫寬，并在30#、31#墩附近分別新建橋墩X2#、X3#共用承臺基礎。

綜合考慮周邊環境、管線等影響，29#墩承臺東側補增4根Φ0.8 m鉆孔灌注樁；30#墩、31#墩承臺幫寬在既有承臺周圈補增Φ0.8 m樁基，以保證新、老基礎整體共同受力，如圖3所示。

2.1.2 基礎承臺幫寬連接

根據道岔梁及承臺構造方案，采用植筋工藝進行承臺幫寬加固改造。為降低對軌道交通運營影響，承臺植筋、界面鑿毛等措施在天窗點時間進行，在新、老承臺之間預留30～40 cm混凝土后澆帶，并制定澆筑施工工序，嚴格把控大體積加固混凝土澆筑質量。

新建X2#、X3#墩將與既有30#、31#墩之間存在新—新、新—老橋墩不均勻沉降問題，該效應直接作用于上、下部結構產生附加力。為消除并降低長壽命周期內可能引起的安全隱患，對新、老承臺連接能達到的共同受力進行兩個方案對比研究。

方案一：考慮樁基沉降過程一般分為加速沉、緩沉及基本穩定三個階段，并在230 d以后加寬橋梁樁基礎沉降趨于穩定[4]。故可采用超載預壓法消除大部分新老基礎沉降差。

采用鋼錠按照1.2倍恒載在新建承臺上進行堆載預壓，預壓時間約一年，待沉降監測數據穩定。逐級卸載后進行新老承臺間鋼筋焊接，并澆筑后澆帶處混凝土。

方案二：彭世紅[5]研究發現，新老承臺間的植筋界面抗剪承載力主要受界面材料性能及尺寸、界面處理、界面鋼筋布置、荷載作用四大方面影響。根據新舊混凝土植筋界面剪力傳遞機理，增大界面摩擦力并保證黏聚力來提高連接整體性。

采用新老承臺穿孔鋼絞線、張拉預應力方式施加永久荷載預壓力，增加正應力引起的新老混凝土鑿毛界面間的摩擦力來抵抗界面剪力。

如表1所示，方案二具有較好的適用效果，新承臺建設在老承臺周圈外輪廓范圍，施加外力引起的長期正應力有效利用截面摩擦力，并保證界面黏聚力的穩定性，使新老承臺緊密結合。

2.2 幫寬植筋計算

以31#、X2#墩為例，采用MIDAS FEA軟件建立實體有限元模型。根據規范要求，高架區間結構墩臺總沉降量不大于30 mm。采用假設分析法：假定老承臺已沉降穩定，新老承臺交界面的沉降差最不利工況為30 mm，樁基約束采用土彈簧線彈性模量，模型底部固結，并定義強制位移模擬新老基礎沉降差。上部反力通過墩頂加載均布荷載，分別提取縱橫向新老結構交界面剪應力，積分求得界面剪力。參考公路橋梁加固設計規范（JTG/T J22—2008）[6]新老混凝土結合面抗剪承載力計算公式對截面植筋數量進行驗算。

2.3 智能支座監測系統

為掌握長壽命周期幫寬承臺及墩梁運營期間受力狀態，使用具備測力、調高功能支座，并安裝智能支座監測系統。利用智能傳輸信息功能對支座受力及結構運營狀況進行監控，實時獲得安全預警信息，并及時作出處理預案。

3 東側站前取消接軌

4號線外圈取消站前（寶山路站東側）接軌3號線，將線路相應往北側調整，接入新建外圈4號單渡線。涉及既有一聯3×20.75 m道岔梁，和20 m、17.5 m兩孔單線簡支梁的置換。

3.1 道岔梁結構改造方案

3.1.1 新老線結構合并方案

既有橋梁接軌處梁型為3×20.75 m雙線變四線道岔梁。根據新建外圈4號線限界要求，原橋面尺寸已無法滿足新橋面設施、設備需求。故將整孔梁置換，置換后新老線共用同一橋面，同時原橋墩剛度、樁基承載力及墊石均不滿足要求，需對全部下部結構進行加固改造。

3.1.2 新老線結構分離方案

由于新建外圈4號單渡線與3號線無直接聯系，故可將既有3×20.75 m雙線變四線道岔梁，置換為3×20.75 m雙線變三線道岔梁與3孔20.75 m單線簡支梁。為保證新老線橋梁上、下部結構均分離，新線橋梁采用異型墩、梁及基礎構造，分離承臺間最小距離設為40 cm，橋面翼緣間預留10 cm縫隙。根據下部基礎受力對40#、41#承臺進行植筋幫寬，同時根據抗震要求對40#墩進行縱向加固。

3.2 結構方案對比

如表2所示，兩種方案主體工程量相當，方案二較方案一對老結構改動較小，且結構受力明確，降低后期運營風險隱患。但換梁工序較復雜，需制定精細合理的移換梁工序。經綜合對比分析，對東側道岔梁改造采用方案二。

4 換梁實施工序

為把接駁施工對既有線運營的影響降低到最低，采用SPMT[7]模塊車快速移運系統進行新、老梁拆除及更換。接駁時間安排在客流較少的春節期間進行，整個換梁施工工序流程如圖4所示，并通過制定合理有效的模塊車走行軌跡在有限時間內完成高位移梁。

5 結論

寶山路站3、4號線接軌改造工程已于2023年7月正式開工，計劃于2026年春節期間完成換梁接軌。該接軌工程時間緊、施工環境復雜、社會風險大，通過對軌道交通橋梁接軌改造方案多方面比選研究，主要改造關鍵技術點如下：

（1）西側道岔梁換梁接軌采用張拉鋼絞線外加壓力來保證新老承臺的連接緊密性，同時采用智能支座監測系統，對支座受力及結構運營狀態實時監控處理，降低橋墩不均勻沉降引起附加結構荷載及軌道線形的危害。

（2）東側區間取消接軌新建外圈段，滿足限界及結構空間情況下，摒棄橋面擴建整體改造方案，優先采用異型墩梁及基礎構造將新、老線結構分離，保證結構受力明確，降低安全隱患。

（3）為降低社會影響，優先采用封閉施工，結合場地條件制定安全、經濟、穩妥、高效的基于SPMT模塊車拆換梁走行路線。

參考文獻

[1]陳思維. 上海軌道交通3、4號線信號系統改造方案研究[J]. 城市軌道交通研究， 2021（7）： 148-153.

[2]蔡蔚. 上海軌道交通3號線改造工程換梁方案研究[J]. 城市軌道交通研究， 2012（1）： 97-100.

[3]王華林. 上海軌道交通2號線東延伸接駁段設計方案[J]. 城市軌道交通研究， 2011（8）： 76-79.

[4]王蒙蒙. 高速公路改擴建工程梁橋加寬樁基礎沉降差控制技術研究[D]. 西安：長安大學， 2020.

[5]彭世紅， 周思源， 董卓越， 等. 新舊混凝土植筋界面抗剪承載力影響因素研究及規范對比[J]. 工程力學， 2023（S1）： 167-173.

[6]公路橋梁加固設計規范： JTG/T J22—2008[S]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[7]王小花， 陳宜言， 何曉暉， 等. SPMT快速拆架橋技術運用[J]. 建筑結構， 2019（S1）： 926-930.

收稿日期： 2023-11-16

作者簡介：陳杰（1979—），男，本科，高級工程師，從事橋梁設計及管理工作。