广州地铁设计研究院有限公司广州510010
摘要：在城市快速发展的今天，公共交通也在飞速发展，地下空间的综合开发以及轨道交通线网的错综复杂，为城市道路快速化建设创造了一定的困难。本文以某跨线桥与地铁车站合建工程为基础，提出了市政立交基础与地铁车站结构立柱及围护结构协同受力的新型结构形式，为国内外首座T字岛岛换乘站（运营站）与桥梁合建及分期实施的典型工程，提出了结构设计、施工及监测方面的思路及经验。为后续城市公共交通的建设布局及设计提供借鉴及参考，对优化城市空间布局具有重要的科学意义和工程应用价值。
关键词：桥梁；地铁车站；转换梁；桥梁；桥站合建
1前言
在城市快速发展的今天，公共交通也在飞速发展，地下空间的综合开发以及轨道交通线网的错综复杂，为城市道路快速化建设创造了一定的困难。城市中心区的轨道交通线路主要以地下敷设为主，基本沿城市道路下方敷设，对于部分主干道为适应城市发展需进行快速化建设时，在空间关系上存在一定的重叠交叉，如何有效利用有限的土地资料，既保证轨道交通、又保证城市道路快速化建设是当前社会发展、城市建设必须面对的问题，并且要寻求合适的解决方案，使城市建设可以适应城市的发展规划。本文以某跨线桥与地铁车站合建工程为基础，创建了市政立交基础与地铁车站结构立柱及围护结构协同受力的新型结构形式，为国内外首座T字岛岛换乘站（运营站）与桥梁合建及分期实施的典型工程，提出了结构设计、施工及监测方面的思路及经验。为后续城市公共交通的建设布局及设计提供借鉴及参考，对优化城市空间布局具有重要的科学意义和工程应用价值。
2设计研究思路
跨线桥设置于地铁四、五号线换乘站上方，桥梁沿地铁五号线方向东西向跨越城市路口，如图1所示。受既有环境条件的限制，桥梁基础与地铁车站结构立柱及围护结构在平面和立面上发生冲突。受既有空间条件的限制，车站上方的桥梁荷载无法采用常规的桩基、承台基础。
本项目提出转换梁方案，将桥梁荷载有效传递到地铁车站的相关结构上，通过转换梁设计，将桥梁荷载有效传递到地铁车站的相关结构上，桥梁与车站整体共同受力，如图1所示。
图1桥梁与车站立面关系图
图2桥梁与车站剖面关系图
在车站顶板上方预留3m厚覆土，满足转换梁的设置空间要求，相关钢管柱将预留伸出车站顶上作为连接转换横梁及主梁之用；车站外侧围护桩考虑预留桥梁转换梁支撑用工程桩。车站立柱及相应预留的围护桩提供接口条件。
转换梁与车站结构连接，属于地下结构，若设置支座，运营后没有条件对支座进行维护、更换，且由于地下水土的腐蚀，支座的耐久性不能保证。对于转换梁与车站结构的接口设计，首次采用“︻”型钢板支撑。钢板锚固钢筋和钢板采用双面焊连接，突出的钢管柱头采用混凝土包裹。钢管柱与转换梁节点大样详见图3。
图3钢管柱与转换梁节点大样图
盾构区间上方采用梭形承台梁方案，在隧道左右线中间设2根桩径1.5米桩基，左右线隧道外侧分别设一根桩径2.0米桩基，隧道上面设梭形承台与桩基相连，如图4所示。
图4梭形承台梁与盾构区间关系图
本站选用由框架柱和围护桩共同承受上部转换梁传递的桥梁荷载，框架柱因需要传递跨线桥荷载导致断面尺寸增大，特别是位于公共区的柱子，有可能导致车站站台加宽。为此，针对不同的受力情况，通过把部分柱子改为钢管混凝土柱的方法，既满足受力要求又保持原有断面尺寸不变，有效控制了车站规模。
3站桥合建体系的整体受力分析
受既有空间条件的限制，车站上方的桥梁荷载无法采用常规的桩基、承台基础。通过转换梁设计，将桥梁荷载有效传递到地铁车站的相关结构上，5~14号桥墩位于车站上方，桥梁与车站整体共同受力。
为此，本文通过对5-8联桥整体建模分析，以6号转换梁为对象，进行有限元数值模拟分析。建模采用空间有限单元法，以桥梁纵向为X向轴，车站横向为Y轴，车站为Z轴，各坐标方向满足右手准则。边界模拟采用一点固接、一点铰接、其它点为滑动的支撑形式，以解除转换梁对车站立柱的约束，让上部桥梁荷载传下的弯矩由车站围护结构预留的工程桩分担，减小车站立柱尺寸。
经过多种计算结构核对，对桥梁上部结构箱梁、桥墩、转换梁，施工阶段、运营阶段、永久使用阶段等各种工况下结构强度、结构位移均可满足相关规范要求。
4位移监测
桥梁与车站整体受力，桥梁荷载通过转换梁传至车站主体结构。桥梁施工期间地铁正常运营，在已运营地铁上方进行桥梁施工，并且荷载向车站传递，由于工程施工过程中会发生卸载、失水、振动、加载等情况，但桥梁施工期必须保证地铁的正常运营。因此在施工期间及桥梁通车后一定时间内对地铁区间（图5）及车站变形进行自动监测（图6），监测报告显示，地铁隧道结构点位最大累计变化量发生在竖起方向，最大累计变形量为-5.72mm，位于隧道侧墙；地铁站厅最大累计沉降量为-2.54mm，所有测点累计变形量均未超过报警值，在监测范围内未发生新的异常变化。
图5五号线隧道内部图图6隧道点位监测剖面图
5.结论
本文以某立交及地铁车站工程为对象，以城市可持续发展为目的，从优化城市空间布局出发，提出了“市政立交与轨道交通结合”综合交通节点技术，实现了与地铁车站及盾构区间重叠的城市跨线桥的建设。为后续城市公共交通的建设布局及设计提供借鉴及参考，对优化城市空间布局一定的科学意义和工程应用价值。本项目主要提出以下几点：
1）提出转换梁的设计理念，并应用于地铁站上方的5~14号桥墩。
2）在转换梁与车站结构连接中采用“︻”型钢板支撑，取消支座，解决了地下工程支座耐久性问题。
3）盾构区间上方采用梭形承台梁方案。
4）跨线桥位于隧道上方，桥梁基础布置受限，跨线桥在1~4号墩处采用梭形承台布置方案，隧道上面设梭形承台梁。
5）车站局部采用钢管混凝土柱，减小结构柱断面尺寸，有效控制了车站规模。
6）突破了行业标准《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中关于外部作业净距控制值，实现了在运营地铁正上方进行超近距离施工。
7）施工期间及桥梁通车后一定时间内对地铁区间及车站变形进行自动监测，监测结果良好。
通过现场试验，数值模拟和施工监测相结合的手段，施工和运营阶段各项技术性能指标均符合设计及使用要求，取得了良好的社会和经济效益。
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作者简介：赵金侠（1980），女，汉族，黑龙江青冈，硕士研究生，广州地铁设计研究院有限公司高级工程师/桥梁室副主任，主要从事轨道交通高架车站，高架桥梁、市政桥梁设计工作。