在桥建合一的建筑中, 桥梁的结构体系和构件布置在房屋建筑结构中既相互融合, 又相对独立。由于其特殊的结构特点以及多种交通功能因素的相互制约, 单纯采用桥梁或房屋建筑的施工方法已难以满足工程在质量、安全、进度等方面的要求。铁路杭州东站作为国内在建的最大铁路站房, 地下室设置了3座5跨连续刚构正线桥。本文主要针对其中最大的沪昆 (浙赣) 正线桥跨越地铁站区域的结构施工平台的设计和施工成果进行总结。

杭州是沪昆 (浙赣) 、沪杭、宣杭、萧甬4条铁路干线交会点, 沪杭、杭甬、宁杭、杭长客运专线等将相继引入, 杭州东站是极其重要的控制工程。杭州东站枢纽位于杭州市的江干、下城、拱墅和余杭行政区范围, 是汇集客运专线、普速铁路、地铁、磁浮、公交、运河水运等多种交通方式和配套服务设施于一体的现代化综合交通枢纽中心。

站场按15台30线设计, 另设磁浮场3台4线。站房自下而上分别为地铁站台层、地铁站厅层、出站层、站台层、高架层、商业夹层。站房建筑面积为155 569m², 合同造价约28亿元。结构形式主要包括钢-混凝土组合结构、钢结构、高架桥等。

沪昆线是国家铁路网的大动脉, 其正线通过站房部分采用5跨预应力混凝土刚构-连续梁。梁体为单箱四室等高等宽结构, 全桥长113.2m, 顶宽23.9m, 底宽21.4m, 高为2m, 中腹板宽0.35m, 顶、底板厚0.3m, 下部为已建成的地铁1号线和4号线顶板。如图1所示。

经地铁设计方复核, 地铁顶板无法承受上部正线桥的施工荷载, 须慎重考虑正线桥支模架的搭设方式, 确保地铁顶板结构安全。

1) 正线桥结构自身体型较大。纵向5跨, 跨距分别为21.7, 21.7, 24.8, 21.7, 21.7m, 其中中间3跨均位于地铁1号线杭州东站站上空;横向2跨, 跨距均为9.2m。桥体箱梁高2m, 梁体自重大, 粗略估计沿跨度方向线荷载达27k N/m。并且设计要求下部模板支撑系统须先行预压, 预压荷载为梁体自重的120%, 又增加了施工荷载。

2) 正线桥施工期间, 下部地铁顶板虽已完成, 但其内部施工仍在进行。根据设计要求, 本工程已完成的地铁顶板承载力仅3k N/m², 远远无法满足正常施工时上部传递的荷载;同时地铁结构受工期限制, 无法在顶板下部进行加固, 否则将无法满足地铁开通时间要求。

3) 站房地下室层高较高, 从地铁顶板到正线桥板面高9.25m, 到板底高7.25m, 其模板支撑架施工根据建质[2009]87号文件《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的规定属于“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程”。

4) 参建单位众多, 站房正线桥与地铁分属不同的建设方、设计单位和施工单位, 施工协调难度很大。

经反复研究, 地铁影响区域正线桥施工荷载采用架空平台支撑, 平台支点利用中间2排钢筋混凝土立柱。该2排立柱是地铁和站房共用的现浇钢筋混凝土立柱, 经与设计沟通, 该立柱能承受上部最大荷载达40万k N, 足够承受上部正线桥的施工荷载。

具体考虑方案如下:在共柱纵向两侧设置足够强度和刚度的钢筋混凝土牛腿, 牛腿上部布置横向型钢箱梁, 再在型钢箱梁上设置纵向贝雷架, 以该贝雷架作为施工平台, 在其上搭设正线桥结构的门架支承系统, 具体如图2所示。

工程采用的双排双层不加强型贝雷梁惯性矩I=2 148 588.8cm⁴, 截面抵抗弯矩W=14 817.9cm³, 最大容许弯矩[M]=3 265.4k N·m, 最大容许剪力[T]=490.5k N, 钢材弹性模量E=2.1×10⁵N/mm²。荷载计算按一次加载考虑弹性变形, 纵向线荷载:q=26.916 6k N/m。

贝雷架的组合方式分2种: (1) 承受箱梁腹板的双层4排贝雷架; (2) 承受箱梁空腔双层板的双层双排贝雷架。从贝雷架的受力模型分析, 由于中间立柱的阻隔, 贝雷架受力形式分为3跨连续梁模式和3跨简支梁模式, 分别进行设计计算。经计算, 构件承载力和变形满足要求。

承台及牛腿施工→钢柱及钢梁安装→地面拼装→塔式起重机吊装→现场加固→高空防护→搭设门式脚手架模板体系→支架预压。

1) 地面拼装贝雷架通过两端部的子母接头相连, 在子母接头的圆孔中穿上销钉后插销锁定。每片贝雷梁需6~7个单片组成。组装完成后检查销钉是否牢靠。

2) 贝雷梁吊装由于本工程工期非常紧, 故现场须配备4台20t汽车式起重机进行吊装。每片贝雷梁采用2根钢丝绳吊装, 起吊点距离组装好的贝雷架端头4.5m。起吊点距离汽车式起重机距离须控制在安全回转半径以内。第1片按操作面上弹出的线就位后, 立即用钢管斜撑加固, 扣件扣紧, 以免整片贝雷架倾倒伤人。

3) 现场加固每片贝雷架之间必须用配套连接件加固, 保证贝雷架不移位, 中间加以斜撑, 防止倾覆。两端头及每隔6m必须加设1道剪刀撑。

4) 高空防护为便于操作, 同时作为高空防护用, 在贝雷架上型钢梁空隙间满铺≥50mm厚木跳板。在贝雷架外无任何遮拦物, 工人操作时必须系上安全带。

5) 贝雷架的拆除正线桥结构混凝土同条件养护试块强度满足设计要求后, 拆除脚手架及模板支撑, 先拆除最靠近临时通道一侧的贝雷架, 然后自外向内逐片搬运至外侧平台板上拆除, 拆散后贝雷片利用运输车辆运出现场。贝雷片装车过程由汽车式起重机进行配合。

在 (13) , (14) 轴间的混凝土柱底部设置混凝土牛腿, 该牛腿与混凝土柱同时施工, 牛腿及预埋件尺寸规格如图3所示, 施工完成后应对混凝土牛腿进行养护至设计强度的100%, 确保有足够的强度承担上部荷载。

4) 贝雷架平台节点 (见图4)

为验证本次贝雷架平台的安全性和经济性, 特在贝雷架体的受力特征部位布设若干监测点, 分别测试架体的最大弯应力、最大剪应力和最大变形量, 测试结果如表1~3所示。

本次正线桥施工从5月20日开始, 至7月5日完成顶板浇筑, 期间贝雷架搭设时间约为10d。施工过程采用自行研发的“建筑工程结构安全施工实时监测系统”进行了无线远程全过程监测, 未发生报警事件, 工程进展顺利并如期完工, 事后对受保护的地铁结构进行检查, 未发现因上部施工造成的质量缺陷及不良影响。

桥建合一站房施工中, 受到地铁因素影响和房屋建筑结构施工条件制约, 正线桥施工难以通过常规的落地支架法或分段悬挑法施工。本工程采用的以贝雷架为主体的施工平台是一种有效的解决方法。贝雷架拼装速度快, 工期短, 杆件安全性能可靠, 对搭设大跨度的支模体系有着较大的推广应用价值。