云巴膠輪有軌電車橋梁總體設(shè)計(jì)

延力強(qiáng)，陳繼太，林兆宗

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 概述

云巴膠輪有軌電車（簡(jiǎn)稱云巴”）是隨著新技術(shù)的發(fā)展而涌現(xiàn)出的新型軌道交通出行方式，是通過對(duì)傳統(tǒng)膠輪導(dǎo)軌系統(tǒng)進(jìn)行小型化研發(fā)而產(chǎn)生的低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。列車最大長(zhǎng)度為75 m，運(yùn)輸能力為5 000～12 000 人次/h，路權(quán)型式為全封閉，敷設(shè)方式以高架為主，設(shè)計(jì)最高速度為60～80 km/h。

云巴車輛搭載無人駕駛系統(tǒng)、深度集成的綜合調(diào)度系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)等高科技配置，具有建設(shè)成本低、建造周期短等諸多優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于大中城市主要交通線路、超大型城市交通加密線，為居民提供更智能、舒適、便捷的出行服務(wù)，助力城市公共交通系統(tǒng)升級(jí)。目前，國(guó)內(nèi)的云巴項(xiàng)目主要集中在深圳、重慶、天津、長(zhǎng)沙、貴陽(yáng)、西安等城市。文章將結(jié)合深圳市某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目，系統(tǒng)介紹云巴膠輪有軌電車橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及創(chuàng)新。

2 工程概況

深圳市某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目線路全長(zhǎng)8.8 km，采用高架敷設(shè)方式，設(shè)站11座，其中換乘站3座；最大站間距1.35 km，最小站間距0.45 km，平均站間距0.81 km，橋梁占比95%，平面示意圖見圖1。

圖1 云巴膠輪有軌電車線路平面圖

2.1 自然條件

（1）地形與地貌。深圳市位于廣東省中南部沿海珠江三角洲平原。全境地勢(shì)東南高，西北低。大片區(qū)域地形以低山丘陵為主，間以平緩的臺(tái)地，西部為濱海平原。

（2）氣候條件。深圳市氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)氣候，熱量豐富，日照時(shí)間長(zhǎng)，雨量充沛。年平均氣溫22.5℃，月平均氣溫1月最低，為14.9℃，7月最高，為28.3℃。年平均風(fēng)速2.6 m/s，極端條件下最大風(fēng)速40 m/s。

（3）工程地質(zhì)。沿線表層為第四系覆蓋層，主要分布有素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、中砂、粗砂、礫砂、圓礫土卵石土?；鶐r主要為花崗巖、砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖等。

2.2 建設(shè)條件

該項(xiàng)目分別跨越坪山河、赤坳河。線路主要沿坪山區(qū)路中敷設(shè)，路網(wǎng)密集，與龍坪路、丹梓西路、坪山大道、蘭竹路、東縱路等市政道路交叉約35處。

跨越的城市軌道交通線路主要有深圳市軌道交通14號(hào)、16號(hào)、21號(hào)線。

與線路交叉的市政管線種類較多，主要有給（排）水管道、燃?xì)夤艿?、電力管線等。

2.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）線路等級(jí)：云巴交通系統(tǒng)。

（2）列車最高行駛速度：80 km/h。

（3）列車編組：比亞迪4輛編組。

（4）線路標(biāo)準(zhǔn)：雙線，標(biāo)準(zhǔn)線間距為3.2 m，平面最小曲線半徑30 m，最大坡度80‰。

（5）抗震設(shè)防烈度：Ⅶ度，動(dòng)峰值加速度0.1g。

（6）設(shè)計(jì)使用年限：橋梁主體結(jié)構(gòu)為100 年，鋼結(jié)構(gòu)防腐體系為15 年。

（7）車輛設(shè)計(jì)荷載：超載軸重70 kN，車輛設(shè)計(jì)荷載見圖2，圖中P代表車輛軸重。

圖2 云巴車輛設(shè)計(jì)荷載圖示（單位：kN）

3 常規(guī)軌道梁設(shè)計(jì)

云巴橋梁及軌道合二為一，車輛采用內(nèi)嵌式走行模式，走行輪位于導(dǎo)軌梁兩側(cè)窄箱梁頂面，導(dǎo)向輪位于箱梁內(nèi)側(cè)，箱梁頂板向內(nèi)側(cè)伸出130 mm，可阻擋導(dǎo)向輪，防止列車傾覆。在2個(gè)窄箱之間橫梁上敷設(shè)鋼網(wǎng)片作為疏散通道。走行輪、導(dǎo)向輪與軌道梁相對(duì)關(guān)系見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)向架與軌道梁相對(duì)關(guān)系圖

常規(guī)軌道梁從材料方面考慮，可采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)體系方面考慮，則可選擇簡(jiǎn)支梁體系和連續(xù)剛構(gòu)體系。選擇合理的材料和結(jié)構(gòu)體系，有利于縮減施工工期，降低施工難度、造價(jià)，減小對(duì)環(huán)境的影響。2組標(biāo)準(zhǔn)梁材料與結(jié)構(gòu)體系具體對(duì)比結(jié)果見表1、表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)梁材料比選

表2 標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)體系比選

3.1 標(biāo)準(zhǔn)梁材料比選

由表1可知，鋼結(jié)構(gòu)橋梁重量輕，便于運(yùn)輸?shù)跹b，現(xiàn)場(chǎng)施工步驟簡(jiǎn)單，容易控制結(jié)構(gòu)精度，沿線橋墩較矮，且能降低運(yùn)營(yíng)期間的鋼梁維護(hù)難度。因此，推薦采用鋼結(jié)構(gòu)軌道梁。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)體系比選

從優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力，增大跨徑，減少支座、伸縮縫工程量及維護(hù)工作等方面出發(fā)，該項(xiàng)目采用連續(xù)體系橋梁。又考慮到連續(xù)剛構(gòu)存在聯(lián)間墩景觀效果一般、梁體線形調(diào)整較難等問題，該項(xiàng)目最終采用連續(xù)梁方案。

3.3 墩型設(shè)計(jì)

橋墩應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。就設(shè)計(jì)目標(biāo)而言，橋墩造型的設(shè)計(jì)應(yīng)不但能避免荷載作用下的過大位移，還能使上、下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，輕巧美觀，以和諧融入城市環(huán)境。橋墩類型通常有T形墩、Y形墩、花瓶墩等基本型式，墩柱主要有矩形，圓形等截面。各方案橋墩設(shè)計(jì)見圖4、圖5、圖6。

圖5 橋墩方案2

圖6 橋墩方案3

從結(jié)構(gòu)受力、景觀效果等角度考慮，結(jié)合深圳當(dāng)?shù)靥厣?，該?xiàng)目決定采用圖4所示的橋墩設(shè)計(jì)方案，即六面T型墩方案。

圖4 橋墩方案1

4 特殊大跨橋梁設(shè)計(jì)

4.1 大跨連續(xù)鋼梁

為跨越市政道路、高速公路、河流，采用主跨為40～60 m的三跨連續(xù)鋼梁，采用單箱單室截面，箱寬為1.7 m，箱梁上設(shè)置走行板及導(dǎo)向板?？缍萀在滿足40 m≤L＜60 m時(shí)，主跨為等高截面，邊跨沿縱向?yàn)榫€性變高截面；跨度L= 60 m時(shí)，梁高沿縱向按二次拋物線變化。梁體實(shí)景見圖7。

圖7 連續(xù)鋼梁橋?qū)嵕?/p>

鋼梁在梁廠分節(jié)段加工預(yù)制，運(yùn)到橋位處進(jìn)行吊裝拼裝，以減小對(duì)市政交通的影響，縮短施工周期。鋼梁的橋面即車輛的走行面，鋼梁的線型除滿足線路平面曲線、豎曲線、超高等要求，還應(yīng)滿足預(yù)拱度要求。因此，鋼梁制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量要求較高。不同跨度連續(xù)鋼梁主要指標(biāo)見表3。

表3 連續(xù)鋼梁主要指標(biāo)

4.2 65 m 簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋

線路沿荔景南路跨越蘭竹西路，雙向六車道，路面寬47.5 m。結(jié)合橋梁景觀及受力行為，采用65 m簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋方案。

65 m拱橋采用縱橫梁、整體橋面板體系?？v梁梁高1.6 m，在縱梁端部局部加高至2.5 m；縱梁橫斷面為倒梯形，上部寬1.7 m，下部寬1.4 m，上方設(shè)鋼軌道梁，鋼軌道梁通過支座與主梁連接。全橋共設(shè)12道橫梁，兩端橫梁梁高1.7 m，寬4.4 m；中橫梁共10道，高0.5 m，寬2.0 m。橋面板采用整體橋面板，板厚0.25 m。

主梁現(xiàn)澆完成后，在梁上搭支架安裝鋼拱肋。拱肋采用獨(dú)拱（1片拱肋），布置于橫截面中心處。拱肋矢高7.9 m，矢跨比為1 : 8，采用二次拋物線。拱肋橫斷面采用圓端形鋼管混凝土截面，截面高度為1.2 m，寬度為0.8 m，由24 mm的鋼板卷制而成。拱橋?qū)嵕皥D見圖8。

圖865 m獨(dú)肋拱橋?qū)嵕皥D

4.3 98 m 簡(jiǎn)支雙肋拱橋

線路沿行政一街延伸跨越規(guī)劃坪山大道，坪山大道雙向12車道，路面寬100 m，坪山大道地下敷設(shè)深圳市軌道交通14號(hào)線及城市綜合管廊，拱橋橋墩分別設(shè)置于坪山大道的側(cè)分隔帶處。綜合考慮橋梁景觀及受力行為，采用98 m簡(jiǎn)支雙肋拱橋方案。

98 m拱橋橫橋向共設(shè)2道縱梁，橫向中心間距為9.8 m，采用橫梁和平聯(lián)聯(lián)結(jié)。單個(gè)縱梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，箱高1.8 m。在縱梁之間間隔8 m設(shè)置箱形橫梁，縱梁之間設(shè)交叉形平聯(lián)。

橫橋向設(shè)置相互平行的2個(gè)拱片，橫向間距為9.8 m。立面上每個(gè)拱片設(shè)上、下2道拱肋，上、下拱肋均采用箱形截面，高0.8 m，寬0.9 m，二次拋物線線形，上拱肋矢跨比為1 : 5，下拱肋矢跨比為1 : 5.6。

上拱肋每個(gè)吊桿的兩隔板之間設(shè)置吊桿錨箱，錨箱設(shè)在拱肋內(nèi)。吊桿間距為8 m。

拱肋沿順橋向設(shè)5道橫撐，橫撐桿間距16 m。下拱肋間均為一字橫撐，上拱肋除拱頂設(shè)一字撐外，另外4道為K形撐，對(duì)稱設(shè)置。拱橋?qū)嵕皥D見圖9。

圖998 m雙肋拱橋?qū)嵕皥D

5 結(jié)論

本文依托某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目，通過從標(biāo)準(zhǔn)梁材料、結(jié)構(gòu)體系、橋墩造型等方面進(jìn)行比選，分別提出推薦的方案。為跨越城市主干路、高速公路、鐵路、河流等特殊工點(diǎn)，提出主跨為40～60 m的三跨連續(xù)鋼梁、65 m簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋、98 m簡(jiǎn)支雙肋拱橋等多種橋梁方案。涉及的多種特殊橋梁方案在國(guó)內(nèi)均是首次嘗試，攻破多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，為云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)的推廣鋪平道路。下階段將主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)制加工工法開展研究，研發(fā)出通用性預(yù)制模板，從而降低工程造價(jià)，為常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。