軌道交通高架區(qū)間標準橋梁形式選型研究

曹曉亮

中國鐵建大橋工程局集團有限公司設(shè)計研究院 天津 300000

引言

高架區(qū)間橋梁主要可分為兩種形式，一種是跨越路口、河流等的節(jié)點橋，另外一種是標準段橋梁。節(jié)點橋方案受具體線路環(huán)境的影響較大，而標準段橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇要盡量統(tǒng)一。標準梁型的選擇與工程的造價和工程的工期都密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)形式的選擇主要包括橋梁跨徑、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)的選擇，如何確定橋梁的跨度以及相應的結(jié)構(gòu)形式，須結(jié)合車輛制式、具體線位、周邊環(huán)境、橋下凈空要求、施工難易程度、工期要求、工程造價、對城市交通的影響等諸多因素來綜合考慮。下面就橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的選擇做比較分析。

1 標準梁上部結(jié)構(gòu)選擇

1.1 標準梁結(jié)構(gòu)體系的選擇

橋梁結(jié)構(gòu)體系包括梁、拱、剛架、組合體系。梁式體系是目前軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系，區(qū)間高架標準梁主要采用的是簡支梁和連續(xù)梁兩種梁式體系，如圖1、圖2，其中尤以預制簡支梁的應用更為廣泛。

圖2 簡支梁體系

連續(xù)梁橋的受力為超靜定結(jié)構(gòu)，它具有豎向剛度較大的特點，因此在列車運行時所產(chǎn)生的變形較小，另外其動力性能好，可以減小列車運行產(chǎn)生的噪音和振動。已建軌道交通高架橋采用的連續(xù)梁多為三孔一聯(lián)。而簡支梁結(jié)構(gòu)受力為靜定結(jié)構(gòu)，受力較為明確，另外簡支梁多為預制施工，可以在梁場統(tǒng)一預制，采用架橋機架設(shè)，施工工期較短。城市軌道交通中的高架橋梁，一般采用的是整體道床無縫線路，橋梁下部結(jié)構(gòu)所承受的水平力又增加了長鋼軌伸縮力、撓曲力和斷軌力，對于連續(xù)梁而言，固定墩受力更為不利。因此，從下部結(jié)構(gòu)受力合理性考慮，簡支梁體系較為合理[1]。

1.2 橋梁跨徑的選擇

橋梁跨徑的選擇，應結(jié)合實施線路情況、周圍環(huán)境、運輸條件、工程地質(zhì)條件以及橋梁結(jié)構(gòu)上下部構(gòu)造，從安全性以及經(jīng)濟性等各方面綜合考慮。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的經(jīng)濟跨度與多個因素相關(guān)，其中與結(jié)構(gòu)的受力特性、是否規(guī)?；a(chǎn)以及地質(zhì)條件相關(guān)性較大。參考以往工程經(jīng)驗，根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》中對橋墩剛度的要求可知，跨度大于30m時剛度要求更高，往往下部結(jié)構(gòu)尺寸受縱向剛度控制。因此，橋跨從受力考慮不宜超過30m。

由于高架橋梁多布設(shè)在綠化隔離帶內(nèi)，較少數(shù)量的下部結(jié)構(gòu)施工可以減少對綠化的破壞；另外如果過街管線較多的話，采用較大跨徑可以減少地下管線的拆遷，加快施工進度，對整體線路的架設(shè)有利，也可減少相關(guān)拆遷費用。橋梁跨徑大小應保證良好的景觀。在景觀要求高的區(qū)段，建議盡量增大跨徑，以增加橋下空間的通透感，此外由于不同橋高對人視線遮擋和空間分割程度不同。因此跨徑的選擇應盡量保證更多線路的橋高在8~12m左右，此時人的壓抑感較小。

軌道交通高架橋常用跨度有30m、25m和35m，針對這三種跨徑，參考國內(nèi)類似既有高架線路設(shè)計資料，對11m墩高簡支梁橋進行工程費分析可知，30m跨度總費用最少，通透性好于25m簡支梁，35m簡支梁梁高較大，壓縮橋下凈空，對城市道路交通不利，綜合考慮推薦采用30m簡支梁[2]。

1.3 標準梁型選擇

軌道交通高架橋可采用的梁型有板梁、T 梁、箱梁、U 型梁等多種形式，其中箱梁是目前國內(nèi)橋梁廣泛采用的高架橋梁斷面，其對線路的適應性較強，無論直線段還是曲線段均可采用。箱梁可以選用的截面形式主要有單箱單室、雙箱單室、魚腹式箱梁等形式。

1.3.1 單箱單室箱梁。單箱單室箱梁為閉口的箱型結(jié)構(gòu)，因此它的結(jié)構(gòu)整體性好，抗扭剛度較大，行車動力條件好，其跨越能力強，適應跨路口的需要，適應性好，可方便用于直線段與曲線段，使高架區(qū)間橋梁上部結(jié)構(gòu)線性簡潔，流暢。采用預制架設(shè)時，可直接一次架設(shè)就位，減少二次現(xiàn)澆的工序[3]。其缺點是梁體吊裝重量較大，吊裝重約400～500t，必須采用橋上運架方式，通過高架站時需要臨時加固措施，運架費用高，周期較長，截面形式如圖3。

圖3 單箱單室箱梁截面

1.3.2 組合箱梁。組合箱梁為多個小箱梁組合的截面，其施工工藝較為成熟，對道岔區(qū)等線間距變化區(qū)段可以通過調(diào)整現(xiàn)澆濕接頭寬度的辦法加以實現(xiàn)，經(jīng)濟性能較好。組合箱梁為多個小箱梁組合而成，可以采用分片預制吊裝，除了可以采用小型架橋機橋上運架，也可采用橋下運輸、整孔吊裝的架設(shè)方法，運架方式靈活，施工期間對環(huán)境的影響較小。下部開敞的形式有利于加快結(jié)構(gòu)兩次震動引起的噪聲衰減。其缺點是行車動力條件稍差，與大跨度橋梁銜接時需轉(zhuǎn)換梁型，結(jié)構(gòu)銜接景觀效果稍差，施工中橋梁架設(shè)完畢后，須部分現(xiàn)澆橋面板[4]。截面形式如圖4。

圖4 組合箱梁截面

1.3.3 U型梁。U型梁的斷面利用效率高，上翼板可兼作維修通道和區(qū)間緊急疏散通道，由于受力的特點，其建筑高度較低。但是其梁形截面為開口截面，因此扭轉(zhuǎn)剛度小，對渡線、跨越節(jié)點的適應性差，需采用箱梁轉(zhuǎn)換，因而其降低建筑高度的優(yōu)勢無法全面顯現(xiàn)[5]。截面形式如圖5。

圖5 U型梁截面

2 國內(nèi)軌道交通高架橋統(tǒng)計

近年來，國內(nèi)城市的經(jīng)濟體量越來越大，人口也隨之逐步增長，對城市軌道交通的要求越來越高，國內(nèi)大多一二線城市的公路交通已經(jīng)無法滿足出行需求。這使得地鐵的修建成為了必然的選擇，像是北京、上海等地已經(jīng)建立了較為完整的地鐵線路。表1列出了國內(nèi)一些主要城市的地鐵線路[6]。

3 結(jié)束語

高架橋的設(shè)計在充分考慮橋梁的安全性的基礎(chǔ)上，還要考慮其外觀設(shè)計，做到與周圍的城市環(huán)境相協(xié)調(diào)，使之成為現(xiàn)代化城市的風景線，同時由于高架橋多位于市區(qū)內(nèi)，還要考慮環(huán)保的要求，必須采取有效措施，降低施工對周邊環(huán)境的影響，橋梁預制架設(shè)施工已經(jīng)非常普遍，簡支梁得到廣泛應用。在一些抗震要求較高的地區(qū)，簡支梁的應用較為普遍[7]。