既有火车站站场改造过渡旅客天桥应用技术

既有火车站站场改造过渡旅客天桥应用技术

韦永豪

中铁二十五局集团第四工程有限公司 柳州 545000

摘 要：中国高速铁路迅速发展，每个城市把拥有通高铁车站作为城市名片，有些城市既有火车站受条件限制无法建设高铁停车站，于是在城市郊区新建高铁车站，也有些城市因既有车站的体量够大，采取对既有车站进行升级改造，满足高铁停车要求。广西柳州火车站在改造新建湘桂铁路时，在不影响火车运营条件下对既有火车站进行升级改造施工。在火车站进行升级改造过程中，如何即能保证旅客进出站的安全、又能保证施工正常推进是个难题，过渡旅客天桥的建设为拆除原有天桥、在原桥址新建旅客天桥施工提供了旅客临时进站过渡功能。本文结合实际工程介绍既有站场改造过渡旅客天桥的施工技术，体现施工有序、经济安全，值得此等条件下施工的工程推广。

关键词：高速铁路 高铁停车站 升级改造 过渡旅客天桥

1工程简介

既有柳州火车站客运站台为基本站台至5站台，客车线路为1道到5道，既有人行天从站房跨基本站台至5站台，货运线路为6道至16道,详见“图1 柳州火车站现状平面布置图”。改造新建湘桂线铁路经过广西柳州市并在柳州市设高铁停车站，柳州火车站采用升级改造既有车站满足高铁车站的需要，升级改造方案为：在不影响柳州客运站正常接发送旅客和不影响既有列车安全通行情况下，通过分阶段施工、分阶段过渡开通方案，最终实现改扩建基本站台～11站台，实现改扩建新1～11道客运线和12～16道货运线。

图1 柳州火车站现状平面布置图

2站场改造方案及过渡天桥结构比选

2.1站场改造方案

根据柳州站总体站场改造及开通方案，共分三个阶段实施，第一阶段：停运既有(6)～(11)道、（14）～（16）道；施工新6～11站台，施工新6～11道、14～16道,施工跨6～11站台新旅客天桥，利用封锁点施工跨基本站台～新6站台过渡旅客天桥；客运组织：利用既有（1）～（5）道接发旅客列车，机车行走从既有（5）道通过，利用既有旅客天桥组织旅客进站。第二阶段：开通新6～11道、14～16道，开通新6～11站台，开通过渡旅客天桥，开通新天桥；停运既有(1)～(5)道、（12）、（13）道，停运既有基本站台～5站台；施工新基本站台～5站台，施工新1～5道、12、13道，拆除既有旅客天桥，原位施工跨基本站台～6站台新旅客天桥；客运组织：利用新6～11道接发旅客列车，机车行走从6～10道通过，利用过渡旅客天桥和跨6～11站台新旅客天桥组织旅客进站。第三阶段：开通新1～5道、12、13道，开通新基本站台～5站台，开通新旅客天桥；利用封锁点拆除过渡旅客天桥，施工新旅客天桥6站台右侧楼梯。

图2 第一阶段施工平面布置图

图3 第二阶段施工平面布置图

图4 第三阶段施工平面布置图

2.2过渡旅客天桥结构比选

2.2.1过渡旅客天桥结构基本要求

过渡旅客天桥需跨越运行客车线路接触网线上方1米即桥底净高8m以上，桥面要求净宽6米，桥上设雨棚要求人行桥面净空3m。桥墩设在站台上，每跨跨越2股道，跨越长度10～14米间，桥墩设置不影响侵入限界。建筑耐久年限3年（按临时建筑考虑），安全等级为三级，建筑耐火等级为二级，天桥屋面防水等级为Ⅱ级。过渡旅客天桥的施工和拆除阶段均为既有线施工，跨越线路上方施工必须在封锁点内进行。

2.2.2过渡天桥结构形式比选

根据天桥结构基本要求，主要有三种结构形式满足条件，为钢筋混凝土桥梁片现浇结构、钢筋混凝土桥梁片预制结构和钢结构桥，三种结构的优缺点如下：

过渡天桥结构形式比选 表1

根据以上的比选，选择钢结构桥施工工期短，花费成本低，还有行车干扰小、施工难度小等优点，因而采用钢结构桥进行过渡桥结构施工。

2.2.3钢结构桥方案

2.2.3.1主要构造

过渡天桥自下而上由独立基础、柱式墩、贝雷主纵梁、横梁等组成。

2.2.3.2各主要构件功能

基础:采用独立基础，基础内预埋地脚螺栓。

支墩:采用钢管柱式墩支撑,钢管为直径φ360mm、厚度10mm螺旋管，钢管支墩间设[14槽钢剪刀撑。

支墩连结横梁:两根支墩顶端设Ⅰ36b工字钢横梁连结。

贝雷主纵梁:贝雷梁是膺架的跨越承重梁，采用国产交通战备用321钢梁（俗称“贝雷梁”），规格为150×300（cm）的普通型，在使用过程中不得电焊和烧伤，其相互间或与其他构件的连接均一律采用螺栓、U型卡连接。每一榀组成一组即1个承重梁单元，两单元间每间隔1榀用与单元相同的连接片连接，将所有承重梁联成一个整体，以增强整体稳定性。

分布横梁:贝雷主纵梁上分布2排Ⅰ16工字钢为横梁。

人行面板:上面满铺防滑钢板作为旅客进出站的过渡天桥人行面板。

雨 棚:过渡天桥顶及两侧设挡雨棚，采用钢管立柱+矩形钢焊接成骨架，上面采用彩钢瓦覆盖，彩钢瓦与矩形钢骨架采用自攻螺丝固定,立柱采用U型螺栓固定在贝雷梁上，矩 形钢骨架与钢管立柱焊接成整体。

图5 过渡旅客天桥立面布置图

图

图6 过渡旅客天桥剖面图

3 过渡旅客天桥结构验算

根据现场实测布置，过渡旅客天桥总长122.5m，跨越站台最大跨度12.4m。

3.1横梁计算

3.1.1材料性质

Ⅰ16横梁（间距0.4m，2排布置），截面惯矩Ix=1130cm4，截面抗矩Wx=141 cm3，截面面积A=26.1 cm2。容许弯曲应力[σ]=145MPa,容许剪应力τ=85MPa,弹性模量E=2.1*105MPa。

3.1.2承受荷载

横梁间距为40cm(即Ⅰ16顺纵梁间距),按简支梁计算

（1)恒载q1：

设计人群荷载：g1=4.5kN/m2;

3mm花纹钢板自重荷载(25.6kg/m2):g2=25.6*9.8/1000=0.251 kN/m2;

共计g=4.5+0.251=4.751 kN/m2

q1 =4.751*0.4=1.90 kN/m

工字钢自重荷载（20.5kg/m）q2=0.41 kN/m

（2)活载q3：不考虑

3.1.3受力验算

（1)荷载组合

q=γ1×q1+γ2×q2

式中：γ1、γ2分别为荷载组合的恒载与活载分项系数,分别取1.35和1.4

则,q=1.35×(1.9+0.41)+1.4×0=3.119kN/m;

（2)验算

抗弯应力验算:

弯矩,Mmax=1/8ql2=1/8×3.119×62=14.033kN.m

σ= Mmax/W=14.033×1000/141=99.527＜[σ]=145MPa，满足要求！

抗剪应力验算:

最大剪力,Qmax=ql/2=3.119×6/2=9.357kN

τ=1.5Q/A=1.5×9.357×10/26.1=5.378＜[τ]=85MPa ,满足要求!

刚度验算(只计恒载) :

f=5ql4/(384EI)=5×3.119×64/(2×384×2.1×108×0.0000113)

=11.0mm＜[f]=L/400=6000/400=15mm，满足要求！

3.2贝雷片承重梁

贝雷梁支架荷载计算（取最大跨度12.4米检算）

（1）贝雷梁支架受力模型

1240cm

桁架片力学性质计算简化成单杆系可采用：Ix＝685.12×10-8m4，y＝0.0028m，截面积A＝146.45×10-4m。

（2）贝雷梁荷载情况及荷载计算：

设计人群荷载+3mm花纹钢板自重荷载(25.6kg/m2)：q1=4.751×3=14.253 KN/m

工字钢（Ⅰ16）横梁自重（20.5kg/m）：q2=2.5×2×20.5×9.8×3/1000=3.014 KN/m

贝雷片等自重取q3=1.0KN/m；

将以上（1项+2项+3项）×1.2简化为均布荷载。将（1项+2项+3项）考虑1.2的安全系数。

荷载组合： q=（14.253+3.014+1.0）×1.2×1.2=26.304KN/m

（3）单排单层贝雷梁有关技术参数：

单排单层贝雷梁I=250497.2cm4，E=2×105Mpa，W=3578.5cm3

容许弯矩：[M]=788.2 kN·m, 容许剪力[Q]=245.2kN 

（4）受力验算：

贝雷梁布置按照跨度12.4米的简支梁计算，验算的最大不利荷载计算。

（5）弯矩验算：

跨中最大弯矩值Mmax=qL2/8=26.304×12.4×12.4/8=505.572 KN·m

贝雷梁的排数n=Mmax/[ M ]= 505.572/788.2=0.641排

（6）剪力验算：

支座最大剪力Rmax=q×L/2=26.304×12.4/2=163.085KN

贝雷梁的排数n=Rmax/R=163.085/245.2 =0.665排

考虑到贝雷梁自身重量对弯矩和剪力产生的影响，n取：n=1排符合要求。

（7）挠度计算：

f=5qL4/384EI＜L/400=2.5cm

f=5*26.304*12.44/(384*1000*2.1*105*0.002504972)

=1.5cm＜1240/400=3.1cm

挠度符合要求。

3.3钢管立柱

3.3.1材料性质

直径φ360、厚度10mm螺旋管，Q235钢材；截面惯矩Ix=16850.717cm4，截面面积A=109.956 cm2，惯性半径i=(Ix/A)1/2=12.379 cm； 每m重量为86.315kg；立柱计算长度L0=7.0m。容许弯曲应力[σ]=140MPa。

3.3.2荷载

（1)上部传递的轴力N1=ql/2=26.304×12.4/2=163.085 kN

（2)钢管自重N2=7×86.315×10/1000=6.04 kN

（3)总轴力N=N1+N2=169.125 kN

3.3.3验算

（1）强度验算

单根钢管支墩Φ360mm×10mm，其承受的允许压力

[N]=πDδ[σ]=3.14×0.36×0.010×140000=1583KN>N=169.125KN

故满足强度要求。

（2）稳定性验算

钢管的回转半径为

i=（I/A）^0.5=0.124m

长细比

1×7/0.124=56.45<150

式中： 杆件长度系数,取0.5

杆件几何长度，取700cm

查钢结构设计规范GB50017-2003，ψ=0.894

计算压杆的应力

169.125/（0.894×109.956×0.0001×1000）=17.205MPa＜140MPa

故稳定性满足规范要求。

3.4基础混凝土验算

(1）上部传递总荷载N=169.125 kN

(2）作用在混凝土面应力计算（采用C25混凝土，立柱底部加600*600*16定位钢板）

σ=169.125/(0.6×0.6×1000)=0.47Mpa<25Mpa

故混凝土强度满足规范要求。

3.5地基承载力验算

经现场测试地基土承载力为120Kpa。

3.5.1荷载

（1）上部传递总荷载N=169.125 kN

（2）混凝土荷载（基础采用1.5*1.5*1m独立基础）N3=2.5*1.5*1*5*1=5.626 kN

（3）混凝土荷载（基础采用2.0*1.5*1m独立基础）N4=2.5*2.0*1*5*1=7.5 kN

3.5.2地基应力验算

作用于土层的地基应力：

σ1=（N+N3）/A=(169.125+5.626)/(1.5*1.5)=0.078Mpa=78Kpa

σ2=（N+N4）/A=(169.125+7.5)/(2.0*1.5)=0.059Mpa=59Kpa

故要求开挖基坑地基承载力要达到78Kpa，满足要求。

4施工要点

4.1确保安全施工要点

过渡旅客天桥跨越股道均为电气化铁路，有接触网且过渡天桥桥面钢结构底距接触网线为0.6m，火车站内不对能单股道线路的接触网进行断电，施工前对接触网线作绝缘处理，吊作业时，注意与接触网的安全距离。基础施工为临近既有线施工，基础施工时做到材料不侵线、场完料清。桥面吊装施工需在封锁点内进行施工，桥面铺装和雨棚施工前在桥底设兜网措施避免高处坠落影响既有线。吊装时的钢构件，尽量先拼装成大型构件，减少现场吊装次数和拼装时间，必须在封锁点内完成吊装施工计划，避免影响列车运行。

4.2确保质量施工要点

钢构件在构件预制场按施工图结构尺寸下料，加工件的材质、规格、数量和加工质量符合规范要求，组件连接接触部位和沿焊缝边缘每边30～50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢等需清除干净。构件在组装平台及拼装模上进行组装，组装前应进行构件矫正，以保证构件组装的精度。

组装的允许偏差表：

采用钻孔制孔方法，螺栓钻孔直径比螺栓直径大2.0mm。

4.3确保时间节点要点

需制定好每个封锁点的施工计划，每个封锁计划需详细计算吊车等大型机械进出场和安装就位时间、吊车吊装构配件时间、构配件栓接或焊接时间等，每个施工步骤都详细到分钟，按正常的施工计划并预留20分钟以上时间机动时间做为封锁计划时间。当施工过程中某个步骤使用时间超时，要及时分析原因，采取有效措施避免封锁点内无法完成施工任务，一但出现施工超时迹象，及时与车站调度联系是否可以延长封锁时间，当确定时间不够又不能延长施工时间时，及时终止施工计划，做好临时结构加固，等待下次施工封锁计划点。

5结语

柳州火车站站场改造已经建成5年，过渡旅客天桥在站场升级改造期间有效的为旅客进站作过渡功能，现已功成身退。在此工程中，过渡天桥设计方案图简便，让整个施工过程安全、规范有序进行，为工期作了保证。经受住了大批旅客进站的考验，实现了经济价值，节约施工成本。实践证明针对本工程施工采取的方案措施是行之有效的，值得实施采用。

参考文献

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