無(wú)錫地鐵1號(hào)線(xiàn)跨錫北運(yùn)河方案設(shè)計(jì)

袁 明，趙志軍

(1.中國(guó)中鐵股份有限公司科技設(shè)計(jì)部，北京 100069;2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 概述

無(wú)錫錫北運(yùn)河航道名稱(chēng)為錫十一圩線(xiàn)，是江蘇省干線(xiàn)航道網(wǎng)規(guī)劃中的重要干線(xiàn)航道，規(guī)劃等級(jí)為四級(jí)。無(wú)錫地鐵1號(hào)線(xiàn)以高架形式跨越錫北運(yùn)河，里程范圍為AK2+470～AK2+710，線(xiàn)路右線(xiàn)與航道中心線(xiàn)成78.1°夾角。擬建橋梁通航凈空尺度要求為80 m×7.5 m(凈寬×凈高)，上底寬55 m，側(cè)高4 m。設(shè)計(jì)最高、最低通航水位分別為2.494、0.604 m。橋址平面見(jiàn)圖1。

2 技術(shù)特點(diǎn)

西漳車(chē)輛段入段線(xiàn)高架由北向南跨越錫北運(yùn)河后進(jìn)入車(chē)輛段，入段線(xiàn)與正線(xiàn)在此處銜接。受地形條件限制，西漳車(chē)輛段與正線(xiàn)的距離較短，而正線(xiàn)的高程較高，勢(shì)必造成入段線(xiàn)縱坡太大，不利于線(xiàn)路的正常運(yùn)營(yíng)。增加入段線(xiàn)的坡長(zhǎng)，將入段線(xiàn)與正線(xiàn)的銜接點(diǎn)北移伸入主橋邊跨處，可以降低入段線(xiàn)的縱坡。但是由于入段線(xiàn)與正線(xiàn)并行，需要增加橋面寬度。

圖1 橋址平面

根據(jù)推薦的車(chē)輛段方案，連續(xù)梁方案考慮將入段線(xiàn)伸入主橋130 m長(zhǎng)，即將主橋加寬4 m，落地距離394.8 m，斜拉橋和鋼桁架方案出道岔點(diǎn)可北移55 m，落地長(zhǎng)度為319.8 m。由于落地距離短，落地高差大，橋型的選擇對(duì)線(xiàn)路縱坡影響較大。

錫北運(yùn)河是規(guī)劃四級(jí)航道，航道主管部門(mén)要求在滿(mǎn)足通航條件的前提下，應(yīng)選擇施工周期較短，對(duì)通航影響較小的方案。

各種橋型中，鋼桁架建筑高度最小，斜拉橋方案同一般標(biāo)準(zhǔn)梁段梁高，大跨變截面連續(xù)梁建筑高度最高，拱梁組合體系方案略低于連續(xù)梁方案。各方案的建筑高度及線(xiàn)路情況見(jiàn)表1。

表1 不同建筑高度橋型對(duì)線(xiàn)路影響

通過(guò)分析可以看出，鋼桁架方案和拱梁組合方案線(xiàn)路的縱坡較小，連續(xù)梁方案線(xiàn)路縱坡最大，4個(gè)方案均滿(mǎn)足規(guī)范要求，為可行方案。以下對(duì)4個(gè)方案進(jìn)行比選。

3 橋梁跨徑

擬建橋梁附近航道水面較寬，通航條件好。根據(jù)航道主管部門(mén)要求，橋梁跨徑除滿(mǎn)足通航凈空外，主墩承臺(tái)須設(shè)置在航道設(shè)計(jì)河底高程以下，實(shí)際河底高程低于設(shè)計(jì)河底高程的，按實(shí)際河底高程計(jì)算。承臺(tái)若埋置在河底高程以下，則橋梁跨徑需90 m，控制點(diǎn)建筑高度為3.92 m。洪水期承臺(tái)底距水面高程約9 m。

4 橋梁方案設(shè)計(jì)

4.1 (60+90+60)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁

根據(jù)推薦的跨徑，連續(xù)梁方案可采用跨徑組合為(60+90+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土直腹板變截面連續(xù)箱梁，橋型布置見(jiàn)圖2，中墩梁高5.4 m，邊墩以及跨中截面梁高2.7 m，箱梁采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，梁體采用斜腹板，箱梁頂板寬13.4 m，橫向?yàn)槠狡?，箱梁梁體兩翼懸臂長(zhǎng)度為2.15 m。全聯(lián)頂板厚度保持不變，均為25 cm(除墩頂處局部加腋至60 cm)。底板厚度從跨中30 cm變?yōu)楦?0 cm。腹板厚度從跨中50 cm變?yōu)楦?0 cm。采用懸臂掛籃施工，施工期間不斷航［8～10］。

4.2 (48+90+48)m三跨梁拱組合體系橋

梁拱組合體系橋跨徑組合為(48+90+48)m，可以先懸臂掛籃施工梁體部分，再施工拱肋部分，與連續(xù)梁相比，梁截面可適當(dāng)減小，邊跨跨徑也可減小，橋型布置見(jiàn)圖3。

上部(48+90+48)m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，截面形式為單箱單室，箱梁跨高中2 m圓曲線(xiàn)變化至距主墩中心1.5 m處4.5 m。拱矢跨比取1/6，拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

圖2 連續(xù)梁橋型布置(單位:m)

圖3 梁拱組合體系橋型布置(單位:m)

主橋箱梁頂板厚度為0.25 m;底板厚度按圓曲線(xiàn)，由跨中的0.25 m變化至距中墩中心線(xiàn)1.5 m處的0.7 m;腹板厚度0.5～0.80 m。為改善箱梁根部截面受力，在中支點(diǎn)附近的截面頂、底板局部加厚［5～7］。

4.3 (30+40+90)m斜拉橋方案

斜拉橋方案跨徑組合為(30+40+90)m，上部結(jié)構(gòu)采用懸臂掛籃施工，橋型布置見(jiàn)圖4。

圖4 梁拱組合體系橋型布置(單位:m)

主橋結(jié)構(gòu)型式為:獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用塔梁固結(jié)形式［4］。斜拉索采用扇形布置，主跨梁上索距為6 m，邊跨梁上索距為6 m和3.5 m。

獨(dú)塔斜拉橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁截面，主梁為單箱雙室結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面頂面全寬11.5 m，梁高2.5 m。主梁的底板寬4.3 m，底板厚350 mm，頂板厚280 mm，斜邊腹板厚250 mm，中間直腹板厚350 mm。箱梁外側(cè)懸臂寬1.175 m，厚900 mm。

索塔為空間索面花瓶型，索塔總高度為60.6 m。

索塔分成上、中、下塔柱3部分，順橋向?qū)捰?.5 m變至5.5 m，下塔柱高10.5 m，中塔柱高29.5 m，上塔柱高20.6 m。下塔柱橫橋向?qū)挾扔?.5 m變至2.6 m，為實(shí)心矩形斷面，倒角為1 200 mm×250 mm。中塔柱橫橋向?qū)挾?.6 m，空心矩形斷面，壁厚順橋向1 m，橫橋向 0.6 m。上塔柱為逐漸靠攏雙柱，凈距1 200 mm。2個(gè)上塔柱用2塊0.8 m厚的腹板連接。上塔柱橫橋向?qū)挾?.6 m，空心矩形斷面。塔壁厚度在斜拉索前側(cè)為1.00 m，側(cè)面為0.6 m。上塔柱順橋向內(nèi)壁上設(shè)有斜拉索錨塊。

下橫梁設(shè)置在中、下塔柱的交匯處，采用實(shí)心梯形斷面，高4.0 m。

采用環(huán)氧噴涂鋼絞線(xiàn)拉索體系。斜拉索的張拉端設(shè)在塔上，固定端設(shè)在梁上。全橋共計(jì)32對(duì)拉索。

4.4 89 m跨鋼桁架方案

主跨采用89 m鋼桁架跨越，浮運(yùn)拖拉施工，見(jiàn)圖5。

桁高取11 m，高跨比為1/8;節(jié)間長(zhǎng)度取8 m，為桁高的0.727倍;斜桿軸線(xiàn)與豎直線(xiàn)交角為36.0°;主桁中心距為10.16 m。主桁弦桿采用H形截面，上下弦桿高度h統(tǒng)一取500 mm，根據(jù)弦桿受力不同，水平寬度 b 全橋取 460 mm［1～3］。

上平縱聯(lián)采用交叉式腹桿體系，平縱聯(lián)的斜桿及橫撐均采用工字形截面，上下平板寬取240 mm，厚度取16 mm，截面豎向高取300 mm，豎向腹板厚取12 mm。下平縱聯(lián)也采用交叉式腹桿體系，橫撐由橫梁代替，下平縱聯(lián)的斜桿工形截面，上下平板寬取240 mm，厚度取16 mm，截面豎向高取300 mm，豎向腹板厚取12 mm。橫梁采用上下不等寬的工字形截面，截面高取600 mm，上平板寬取400 mm，厚度取32 mm，下平板寬度取500 mm，厚度取32 mm，豎向腹板厚取32 mm。橋梁橫向設(shè)5片縱梁，縱梁間距取2 m?？v梁采用工字形截面，截面高取500 mm，上下平板寬300 mm，厚24 mm，豎向腹板厚度取16 mm?？v橫梁上現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面板，厚25 cm，橋面板與縱橫梁間用剪力釘聯(lián)接。

圖5 鋼桁架橋型布置(單位:m)

4.5 方案綜合比選

從景觀(guān)上來(lái)看，運(yùn)河周?chē)貏?shì)較為開(kāi)闊，周?chē)?00 m范圍無(wú)高層建筑，滬寧高速距離橋梁中心540 m，下游惠山大道距離橋梁中心約300 m，惠山南環(huán)與運(yùn)河邊有約80 m寬綠化帶。連續(xù)梁方案梁底截面設(shè)計(jì)為圓曲線(xiàn)，在一定程度上能給過(guò)往船只帶來(lái)美感，整體線(xiàn)形較為流程，橋上視野相對(duì)開(kāi)闊。各橋型的技術(shù)特點(diǎn)匯總見(jiàn)表2。

表2 橋型方案綜合比選

綜合以上分析，連續(xù)梁方案能夠優(yōu)化線(xiàn)路的縱坡設(shè)計(jì)，對(duì)軌道交通的后期運(yùn)營(yíng)有利，同時(shí)，該方案不影響通航，施工周期較短，造價(jià)最低，后期的養(yǎng)護(hù)工作較小，因此，推薦采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案。

5 結(jié)語(yǔ)

橋梁結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性課題，首先結(jié)構(gòu)應(yīng)該合理并且經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)作為城市的永久性建筑，應(yīng)綜合考慮橋梁的功能、景觀(guān)、船舶通行等因素，并且應(yīng)與當(dāng)?shù)氐娜宋木坝^(guān)融為一體。目前，本項(xiàng)目已經(jīng)完成施工，滿(mǎn)足了錫北運(yùn)河的通航要求，在工程造價(jià)和施工周期及景觀(guān)上都達(dá)到了預(yù)期的效果。

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