城市軌道交通高架橋設(shè)計(jì)

摘要：本文詳細(xì)的論述了城市軌道交通高架橋的設(shè)計(jì)，文中著重闡述了城市軌道交通線路設(shè)計(jì)原則，區(qū)間高架橋的方案的合理選擇等。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；線路走向；縱斷面；高架橋；設(shè)計(jì)

引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，中國(guó)正進(jìn)入城市軌道建設(shè)的黃金階段。除北上廣等一線城市外，各大省會(huì)城市也在加速城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)。城市軌道交通建設(shè)對(duì)線路的走向、橋梁的選型以及景觀照明都有更高的要求。

1.線型選擇

在城市軌道交通項(xiàng)目中，選線是一切土建工程的前提，線路的走向?qū)⒅苯佑绊懲两üこ痰囊?guī)模。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合平面、縱斷面以及橫斷面綜合考慮，優(yōu)先考慮沿線控制性工點(diǎn)及必須繞避的地段，考慮城市拆遷情況，符合規(guī)范的要求；線路的走向還應(yīng)考慮沿線管線的鋪設(shè)。

1.1平縱面設(shè)計(jì)原則

在對(duì)線路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把握幾大原則：平面應(yīng)盡可能的截彎取直，當(dāng)必須采用曲線時(shí)應(yīng)盡可能采用大半徑曲線；直線與圓曲線的過(guò)渡段宜設(shè)緩和曲線；不宜設(shè)復(fù)曲線；夾直線長(zhǎng)度不能小于規(guī)范規(guī)定的最小長(zhǎng)度；縱斷面最大坡度不能超過(guò)35‰；長(zhǎng)大陡坡最大坡長(zhǎng)的限制；豎曲線設(shè)置原則及最小半徑的規(guī)定；平、豎曲線的關(guān)系；豎曲線不應(yīng)及不宜進(jìn)入的范圍的規(guī)定等。

1.2線路上跨和下穿方案的比選

以下地段宜選擇城市高架方案：城市繁華地區(qū)以外的城近郊區(qū)，周圍建筑較少；道路寬闊，線路可選擇在道路一側(cè)或道路中間；連接城市中心區(qū)與周圍衛(wèi)星城、開(kāi)發(fā)區(qū)、機(jī)場(chǎng)等；中等規(guī)模及以下城市，規(guī)劃預(yù)留出城市軌道交通專屬用地。北京西郊線02標(biāo)段特點(diǎn)位于西四環(huán)西北側(cè)，沿旱河路、香山路，中間跨越西五環(huán)，途徑植物園，最后到達(dá)終點(diǎn)香山，該段線路位于北京城西北郊區(qū)，區(qū)間采用高架方案是十分合理的。

2.城市軌道交通區(qū)間高架橋設(shè)計(jì)

城市軌道交通區(qū)間高架橋梁設(shè)計(jì)，首先應(yīng)選定橋梁合理的標(biāo)準(zhǔn)跨徑和沿線節(jié)點(diǎn)橋梁形式，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.1區(qū)間高架橋標(biāo)準(zhǔn)跨設(shè)計(jì)原則

結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)跨徑的選定從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)我國(guó)城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，選用25m和30m作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑最為經(jīng)濟(jì)、合理。

實(shí)用性。上部梁體采用預(yù)置吊裝的，跨度不宜超過(guò)30m，否則施工成本、難度都將增加。

結(jié)構(gòu)安全。為了減小因恒載以及活載的偏心而給結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩，小半徑曲線地段跨徑不宜大于30m。

美觀。城市高架橋梁平均墩柱高約6m～8m左右，縱向與豎向的比例在2.5：1～4：1時(shí)能給人帶來(lái)美的感觸。25m、30m跨徑的橋梁其梁體高度一般不超過(guò)2m，若上部梁體跨度增大，梁高必然增加，容易給人帶來(lái)頭重腳輕的感覺(jué)，同時(shí)也對(duì)橋梁的抗震也不利，并需加大墩柱尺寸，影響橋下的通透性及城市景觀效果。

2.2標(biāo)準(zhǔn)跨結(jié)構(gòu)方案的選擇

標(biāo)準(zhǔn)跨徑確定后應(yīng)選定橋式類型。在采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的一般路段，橋式類型一般采用簡(jiǎn)支、連續(xù)或者連續(xù)剛構(gòu)。

簡(jiǎn)支梁受力明確，屬于靜定結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)的不均勻沉降、收縮徐變以及溫度變化理論上不會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力；各跨相互獨(dú)立，在地震或其他偶然荷載作用下，某一跨或幾跨的損壞倒塌不會(huì)形成多米諾骨牌效應(yīng)；采用簡(jiǎn)支體系，施工工法可以靈活選用；但簡(jiǎn)支梁每個(gè)墩帽上布置兩排支座以致其尺寸較連續(xù)梁墩帽大。

連續(xù)梁與連續(xù)剛構(gòu)均屬超靜定結(jié)構(gòu)，跨中彎矩較同等跨度簡(jiǎn)支梁要小。連續(xù)梁梁體連續(xù)，伸縮縫少，可采用現(xiàn)澆或簡(jiǎn)支變連續(xù)的施工方法。在基礎(chǔ)不均勻沉降、收縮徐變和溫度變化的情況下，結(jié)構(gòu)本身會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。連續(xù)梁墩柱尺寸不統(tǒng)一，影響美觀；且支座的維護(hù)及更換較簡(jiǎn)支梁困難。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，一旦某個(gè)墩柱發(fā)生破壞倒塌，會(huì)產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，整聯(lián)都將發(fā)生損壞。連續(xù)剛構(gòu)體系的橋梁，外形輕盈美觀，橋面連續(xù)，不需要設(shè)支座，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，缺點(diǎn)與連續(xù)梁相同。

本工程沿線道路未預(yù)留西郊線專用屬地，附近預(yù)制梁廠多，因此宜用預(yù)制吊裝的施工方法；且跨度25m、30m橋梁，采用連續(xù)體系并不能充分體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)受力的優(yōu)越性。因此一般地段擬選用簡(jiǎn)支體系。

橋梁跨徑和結(jié)構(gòu)體系決定了上下部結(jié)構(gòu)的選型。對(duì)于城市軌道交通區(qū)間高架，上部結(jié)構(gòu)目前大多采用以下幾種類型：?jiǎn)蜗淞?、小箱梁、T梁、槽型梁、空心板、工字梁等。

槽形梁橋建筑高度低，便于城市道路間立體交叉。結(jié)構(gòu)本身需布置多向預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工復(fù)雜，梁片單價(jià)較高。

T梁建筑高度較高，不便于城市道路立體交叉。適宜預(yù)制吊裝法施工。T梁受力清晰，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)成熟，經(jīng)濟(jì)性好。但T梁橋梁底部呈網(wǎng)格狀，景觀效果一般；2片T梁之間濕接，整體受力性差。

板式橋梁建筑高度較低，便于壓低線路標(biāo)高，但剛度較小，梁體在受外力作用后變形及徐變較大，影響軌道交通乘客的舒適度甚至?xí)a(chǎn)生行車安全隱患。

箱梁橋梁建筑高度適中，抗扭性能好，適用于斜橋和曲線梁橋。它既可作為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)段，也可用于變寬、出岔區(qū)段。箱梁橋外觀線形流暢、美觀，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)成熟，常采用現(xiàn)澆法施工。現(xiàn)澆法施工存在對(duì)周圍環(huán)境干擾多、施工成本高和工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)?？缍葹?0m的簡(jiǎn)支雙線梁，一般每平方米橋梁面積需要主要材料為：混凝土0.51m3；預(yù)應(yīng)力鋼筋19.5kg；普通鋼筋95kg。

本工程香山站及植物園站擬采用島式車站，線路從區(qū)間到車站一分為二，采用雙箱單室較單箱方案容易分開(kāi)且方便采用預(yù)制吊裝的施工方法，因此推薦采用雙箱單室組合梁方案。

墩臺(tái)除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其造型應(yīng)能使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致、輕巧美觀、與城市環(huán)境和諧、勻稱。通常有：T形墩、倒梯形墩、Y形墩、單柱墩、雙柱墩等。

T形墩適于板梁、T梁等梁部為分片結(jié)構(gòu)或梁部支承點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的梁型。具有受力合理優(yōu)點(diǎn)，但上下部過(guò)渡有轉(zhuǎn)折，造型一般。

倒梯形墩適于單箱單室箱梁等梁部支承點(diǎn)相距稍遠(yuǎn)的梁型。但該墩受力上不太合理，材料有浪費(fèi)，投資增加；在墩高相差較大時(shí)，整體造型不易協(xié)調(diào)。

Y形墩較T形墩材料更省、受力更合理。但Y型墩設(shè)計(jì)施工比較復(fù)雜，且當(dāng)墩高一般較小時(shí)Y形墩在外形上顯得較滯重。

單柱墩適于單箱單室箱梁等梁部支承點(diǎn)相距較近的梁型。特別是對(duì)直腹板箱梁，可使箱梁底寬同墩橫向?qū)挾纫恢?，從而使上下部渾然一體，顯得挺拔有力度，對(duì)墩高的變化適應(yīng)性極強(qiáng)。受力合理，材料較節(jié)省，施工方便。

雙柱墩適于各種梁型，用于多線或出岔地段。承載能力及穩(wěn)定性較強(qiáng)，墩可以做得纖細(xì)，材料利用率高。在區(qū)間橋?qū)?.0m左右地段，造型不夠簡(jiǎn)潔。

結(jié)合本工程，上部推薦采用雙箱單室組合梁，區(qū)間雙線橋?qū)?.1m，采用T型墩或Y型墩不僅從結(jié)構(gòu)受力角度還經(jīng)濟(jì)性上都是合理的。通過(guò)使過(guò)渡段折角圓順，墩身美觀，富有現(xiàn)代都市氣息。因此，本項(xiàng)目下部結(jié)構(gòu)區(qū)間高架橋墩型采用T型。由于采用站橋合建的方式，在車站及附近一定范圍內(nèi)采用雙柱框架墩結(jié)構(gòu)形式。

2.3節(jié)點(diǎn)橋梁的設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)橋梁決定線路大致走向，是控制性工程。節(jié)點(diǎn)處橋梁跨度較大，采用連續(xù)梁比簡(jiǎn)支梁更為合理。本工程跨越西五環(huán)香泉橋，主跨大于40m，西五環(huán)為北京城市快速路，交通繁忙，施工期間不宜中斷交通，不宜采用現(xiàn)澆方案，預(yù)置吊裝混凝土梁體重量大，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。因此該處推薦采用連續(xù)鋼箱梁方案，可采用頂推施工的方法，梁體分節(jié)段預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝翼板部分。鋼箱梁梁體輕盈、承載能力較大、施工對(duì)橋下交通影響小。

3結(jié)術(shù)語(yǔ)

結(jié)合北京地鐵西郊線02標(biāo)段方案設(shè)計(jì)，城市軌道交通設(shè)計(jì)高架橋設(shè)計(jì)要綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀、適用等多因素來(lái)考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]高峰、梁波，城市地鐵與輕軌工程[M]，北京，人民交通出版社，2012.

[2]顧保南，葉霞飛，城市軌道交通工程[M]，武漢，華中科技大學(xué)出版社，2007.

[3]唐亞林，城市軌道交通高架橋的景觀美學(xué)設(shè)計(jì)，都市快軌交通[J]，2009（12）.