中低速磁浮與公路合建方案研究

王培峰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

從目前國內(nèi)城市軌道交通的整體規(guī)模和功能適應(yīng)性等方面分析，中低速磁浮系統(tǒng)有一定的市場需求，在市內(nèi)中低運(yùn)量軌道交通、市郊線路、機(jī)場線和旅游專線等領(lǐng)域具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢[1]。通過對(duì)長沙磁浮快線[2]、北京S1線及清遠(yuǎn)磁浮[3]等中低速磁浮項(xiàng)目及其特性研究，分析得出其具有小半徑、爬坡能力強(qiáng)等特點(diǎn)[4]，可以貼合城市既有主干道走行以減少征地及房屋拆遷。

隨著城市發(fā)展，城市土地越趨緊張。新規(guī)劃的城區(qū)公路較寬，軌道交通可以沿公路采用高架方式敷設(shè)；老城區(qū)公路較窄，輪軌等軌道交通由于噪聲、振動(dòng)較大，應(yīng)采用地下方式敷設(shè)，工程投資較高[5]。相較而言，中低速磁浮是綠色、環(huán)保的新型交通方式，具有低噪聲、低振動(dòng)的優(yōu)勢，可以沿公路采用高架方式敷設(shè)，以降低工程投資[6]。

本文研究以中低速磁浮系統(tǒng)特性為抓手，充分利用中低速磁浮低噪聲、低振動(dòng)、小半徑、爬坡能力強(qiáng)、綠色環(huán)保的特點(diǎn)[7－8]，對(duì)中低速磁浮與公路的空間位置進(jìn)行組合，研究了四種不同的合建方案，并從工程的結(jié)構(gòu)受力情況、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工難易程度、景觀效果、適用性等方面對(duì)方案進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明:采用公磁合建方案，可以達(dá)到減少工程用地、減少對(duì)城市分割、降低工程投資、減少施工干擾的目的。

2 方案研究

當(dāng)城市軌道交通與公路走向一致時(shí)，可以根據(jù)公路條件、軌道交通設(shè)站情況等因素，選擇與公路合建或者并行分建方案。中低速磁浮較其他城市軌道交通方式更適合與公路共廊道，穿行于城市之中[9]，本文對(duì)中低速磁浮與公路(下簡稱公磁)合建、分建方案進(jìn)行研究。

2.1 公磁合建方案

中低速磁浮荷載作用結(jié)構(gòu)的位置及大小穩(wěn)定，但對(duì)結(jié)構(gòu)有剛度要求；公路荷載相對(duì)發(fā)散，但對(duì)結(jié)構(gòu)無剛度要求。兩者合建時(shí)，由于兩類荷載共同作用，故需要同時(shí)滿足兩類結(jié)構(gòu)的要求，因此結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜且有剛度要求，如何確定合理的合建結(jié)構(gòu)是公磁合建是否成功的關(guān)鍵。針對(duì)不同的外部條件，本次研究四類不同的合建形式。

2.1.1 公磁合建同層布置方案——方案一

該方案磁浮線路布置在梁體中間，高架橋面直接作為軌道梁的彈性基礎(chǔ)，即軌道梁采用“梁上梁”方案，見圖1。當(dāng)設(shè)置車站時(shí)，高架公路需要向兩側(cè)繞行，避開車站主體，見圖2。

圖1 公磁合建同層布置方案斷面

圖2 高架公路于磁浮兩側(cè)車站設(shè)置方案平面

(1)適應(yīng)性分析:同層布置方案結(jié)構(gòu)簡單，但橋面寬達(dá)26 m，適用于公路紅線寬50～60 m的路段；需對(duì)原公路斷面的綠化帶進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后中央綠化帶寬度12 m；若需提高行車道利用率，12 m寬中央綠化帶范圍的橋下空間也可調(diào)整為機(jī)動(dòng)車道。

(2)優(yōu)缺點(diǎn)分析

①優(yōu)點(diǎn):在車站范圍內(nèi)，公路與磁浮車站兩者工程相對(duì)獨(dú)立、互不干擾，施工簡單，車站使用功能、視覺效果較好。

②缺點(diǎn):公路高架橋在車站范圍內(nèi)需往兩側(cè)繞行，需具備立墩條件，對(duì)下部公路布置影響較大，需考慮增設(shè)綠化帶。當(dāng)車站間距較小時(shí)導(dǎo)致公路線形在較短距離內(nèi)頻繁變換，且繞行后受橋墩立墩需要，對(duì)下部公路布置影響較大。

該方案結(jié)構(gòu)可行，但對(duì)公路影響較大，適用于公路寬度較寬，且車站設(shè)置不宜過密。

2.1.2 公磁合建分層布置方案

(1)磁浮工程在上、公路工程在下，獨(dú)柱墩方案—— 方案二

該方案采用獨(dú)柱橋墩(“干”字形墩)，最上層設(shè)置磁浮橋梁結(jié)構(gòu)，將軌道梁架設(shè)在公路橋梁橋面以上；下一層布置為公路高架橋梁，分為左右兩幅布置，梁體落在挑出的蓋梁上[10]，見圖3。當(dāng)設(shè)置車站時(shí)，需要將公路橋梁間距拉開，或者將磁浮車站整體抬高。當(dāng)公路紅線較窄設(shè)車站時(shí)，受控于高架公路所需凈高以及車站本身所需凈高的要求，此站型整體高度較高，需約32 m左右。

圖3 公磁合建分層布置方案斷面(磁浮上層、公路下層)

適應(yīng)性分析:該方案頂層磁浮橋梁梁面在地面以上約17 m，橋面寬度較同層布置方案有所減小，總寬22 m，適用于公路紅線寬30 m以上的路段；且需對(duì)原規(guī)劃斷面的綠化帶進(jìn)行調(diào)整，保證中央綠化帶寬度4～5 m，機(jī)非分隔帶寬度根據(jù)公路路幅進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整[11]。

該方案結(jié)構(gòu)可行，可適用于公路紅線較窄的路段，但橋梁結(jié)構(gòu)較高，對(duì)城市景觀影響大。

(2)公路工程在上、磁浮工程在下，獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)—— 方案三

該方案最上層設(shè)置公路橋梁，由于其橫向較寬，考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，橋墩與公路橋梁梁體固結(jié)；下一層布置為中低速磁浮，為滿足磁浮與墩柱的限界要求，磁浮左右線線間距拉開，梁體落在挑出的蓋梁上。該方案頂層公路橋梁梁面在地面以上約17 m，見圖4。當(dāng)設(shè)置車站時(shí)，高架公路在磁浮線路上部方案，磁浮線路與公路線路均保持不變，見圖5。

圖4 公磁合建分層布置單柱墩方案斷面(公路上層、磁浮下層)

圖5 高架公路在磁浮上部車站設(shè)置方案平面

①適應(yīng)性分析:該方案適用于公路紅線寬30 m以上的路段，需對(duì)原規(guī)劃斷面的綠化帶進(jìn)行調(diào)整，保證中央綠化帶寬度有4～5 m，機(jī)非分隔帶寬度根據(jù)公路路幅進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

②優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn):高架公路與磁浮車站整體結(jié)合性較好，線路順直，無多余工程，對(duì)公路布置影響較小。

缺點(diǎn):公路與磁浮在車站部分結(jié)合設(shè)置，工程復(fù)雜，設(shè)計(jì)及施工結(jié)合部較多，車站土建工程量較大。由于需要在車站內(nèi)部設(shè)置體量粗大的橋墩用以支撐上部公路結(jié)構(gòu)，車站內(nèi)部旅客乘降、功能使用、立面造型、視覺感受等均較差。

該方案磁浮布置在下層，結(jié)構(gòu)高度較低，不受公路橋梁影響，有利于車站布置，且對(duì)公路線形影響較??；但是該方案公路橋梁高度較高，上下匝道處橋梁長度較長，對(duì)城市景觀有一定影響?？傮w分析，該方案對(duì)磁浮、公路工程及城市影響較小。

(3)公路工程在上、磁浮工程在下，雙柱門式墩結(jié)構(gòu)—— 方案四

該方案區(qū)間范圍也采用了車站范圍的雙柱門式墩結(jié)構(gòu)。為保證磁浮工程凈寬要求，雙柱橋墩間距采用11.5 m，對(duì)現(xiàn)狀公路要進(jìn)行渠化改造，以保證門式墩橋下有2車道的通行凈寬要求。該方案有利于磁浮車站設(shè)置，但是由于限界凈空要求以及橫梁高度影響，頂層公路橋梁高度將達(dá)約17 m，見圖6。車站布置和方案三一致。

適應(yīng)性分析:該方案適用于公路紅線寬30 m以上的路段，但需對(duì)原規(guī)劃斷面的綠化帶進(jìn)行調(diào)整，保證雙柱所在綠化帶的寬度有3.5～4 m，機(jī)非分隔帶寬度再根據(jù)公路路幅進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

圖6 公磁合建分層布置雙柱墩方案斷面(公路上層、磁浮下層)

該方案不論是在區(qū)間還是在車站，都需采用雙柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較方案三復(fù)雜，施工難度較大。

2.2 公磁分建方案——方案五

考慮到合建方案受公路線形、磁浮車站諸多因素影響，工程實(shí)施難度較大，還研究了分建方案。該方案中低速磁浮與公路分開，縱斷面可結(jié)合項(xiàng)目自身需要靈活調(diào)整，互不干擾。

該方案可按照中低速磁浮橋梁高于公路高架布置，從景觀考慮，也可按與公路高架等高布置。但該方案兩者間線間距需拉開，以滿足橋面布置要求。雖然該方案建設(shè)方式靈活，結(jié)構(gòu)方案簡單易行，但是占用地面公路路幅較多，對(duì)地面公路的交通行車影響較大，僅適用于路幅50～60 m以上的路段，見圖7。

圖7 公磁分建方案斷面

3 對(duì)比分析

3.1 綜合對(duì)比

對(duì)于上述五個(gè)方案進(jìn)行綜合對(duì)比，見表1。

表1 綜合對(duì)比

從表1可以看出，五個(gè)方案具有各自不同的特點(diǎn)，同時(shí)具有不同的適用場景:當(dāng)用地紅線較寬，路幅寬度達(dá)到50～60 m時(shí)，宜選擇荷載及穩(wěn)定性較高的方案一及方案五；當(dāng)用地紅線較窄，路幅寬度僅30 m時(shí)，宜選擇荷載及穩(wěn)定性相對(duì)較優(yōu)、結(jié)構(gòu)尺寸較小的方案三。

3.2 公磁合建與分建方案對(duì)比

針對(duì)公磁合建與公磁分建方案進(jìn)行對(duì)比，以中部某市市政項(xiàng)目為例。中低速磁浮項(xiàng)目線路長約40.9 km，設(shè)站24座，公路長25.5 km。其中AK3＋000～AK30＋500段兩條工程線路走向一致，可考慮兩工程合建。

分段建設(shè)方案:AK3＋000～AK10＋500段公磁合建，線路長7.5 km；AK10＋500～AK15＋200段公磁分建，磁浮線路長4.7 km，公路線路長2.7 km；AK15＋200～AK30＋500段公磁合建，線路長15.3 km。共22.8 km采用公磁合建方案。工程投資[12]對(duì)比分析見表2。

表2 工程投資對(duì)比分析

從表2可以看出，合建的總投資較兩個(gè)工程單獨(dú)分建時(shí)的投資總和低。

3.3 分析結(jié)論

通過以上分析，公磁合建方案最大的優(yōu)點(diǎn)就是兩項(xiàng)目共用橋墩基礎(chǔ)，減少工程用地，減少對(duì)城市的分割，總體投資較省，且可以減少施工過程中的干擾，整體景觀效果相對(duì)較好。

4 結(jié)束語

中低速磁浮為綠色、環(huán)保的新型交通方式，具有小半徑、爬坡能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其線形更適應(yīng)公路。隨著城市的發(fā)展，城市土地越趨緊張，中低速磁浮與公路合建具有重要意義。采用合建方案，兩項(xiàng)目共用一個(gè)征地紅線，減少了工程用地；可以減少一次對(duì)城市的分割，整體景觀效果相對(duì)較好；共用一個(gè)橋墩基礎(chǔ)，減少了部分共用結(jié)構(gòu)，總體投資較?。煌揭?guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工，減少施工過程中的干擾。但由于兩者合建受兩類荷載共同作用，確定合理的合建結(jié)構(gòu)是公磁合建是否成功的關(guān)鍵，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮橋梁結(jié)構(gòu)同時(shí)滿足兩類荷載的要求。研究結(jié)論對(duì)于鄰近公路建設(shè)中低速磁浮等軌道交通方案研究具有一定的參考價(jià)值，為未來城市綜合交通建設(shè)提供了一個(gè)新的方案。