北京地鐵八通線高架橋設計
【摘要】北京地鐵八通線是國內第一條以預制工法為主導的軌道交通地上線路,文章簡要介紹了八通線高架橋的設計特點,為今后軌道交通高架橋(特別是郊區線路的橋式) 選型提供了借鑒。
【關鍵詞】地鐵八通線 高架橋 設計
1 工程概況
地鐵八通線是北京地鐵一號線的東延線。八通線的起點為朝陽區四惠站(原稱作八王墳站),終點為通州區土橋站, 線路全長18.964 km , 其中高架線長11.053 km , 地面線長7.911 km 。線路走向為自四惠站經四惠東站出站,下穿鐵路環線,從路北斜跨京通快速路,進入快速路上、下行道之間寬20 m 的預留帶,向東先后跨越高碑店路口、雙橋路口、會村路口及通惠河, 到八里橋站以后,斜跨跨出京通快速路至快速路輔路南側,再跨過京承鐵路至北苑環島右轉,沿京津公路一側向東南方向到達土橋站,其間跨越京秦鐵路及通州區十多條規劃路口。
2 橋上線路條件
2.1 線路平面
正線為雙線, 線間距為3.8 m , 最小曲線半徑為300 m 。
2.2 線路縱斷面
一般地段線路縱坡不超過18 ‰,困難地段(上跨京通快速路處) 最大縱坡為23.5 ‰ 。
2.3 橋面軌道
(1) 鋼軌:正線為60 kg/m 鋼軌。
(2) 軌距:1 435 mm 。
(3) 線路:無縫線路。
(4) 軌道對橋跨結構的要求: 整體道床施工完畢后,由于扣件對軌道升降的調節量有限,故各種因素引起的軌面后期彈性豎向變形總量不超過30 mm 。
2.4 道床:整體道床。
3 主要技術標準
3.1 設計荷載
(1) 恒載:包括結構自重及橋面二期恒載,其中橋面二期恒載包括線路設施、電纜、欄桿等,其重量按55 kN/m 計。
(2) 列車活載:車輛按6 節編組,單列縱向最大軸重按“ 列車荷載圖示”( 圖1) 取值, 輕載按軸重67.5 kN 計。
圖1 列車荷載圖示(單位:m)
(3) 列車橫向搖擺力作用在軌頂面處, 其值為4.25 kN/m。
(4) 車輛荷載的沖擊系數: 1 + μ =1 + 33/(80 + 2L ),L 以m 計,除承受局部活載桿件為影響線加載長度外,其余均為橋梁跨度。
(5) 無縫線路縱向力:伸縮力T1 、撓曲力T2 、斷軌力T3 均根據梁軌相互作用原理計算。
(6) 無縫線路伸縮區一般不設在橋梁上,僅在道岔區和橋梁連續長度大于120 m 的區段設置伸縮調節器,此時無縫線路縱向力按伸縮區考慮。
(7) 地震力:設計烈度8 度,水平地震系數取012 。
(8) 離心力率C = V2/(127 R ),式中: R 為曲線半徑(m) , V = 80 km/h 。
3.2 建筑限界區間正線線間距為3.8 m , 橋面限界的建筑寬度為8.5 m(欄桿內至內) 。
4 橋梁結構形式
4.1 標準梁結構形式地鐵八通線高架橋全長為9.7 km , 其中85 % 的橋
梁采用了預應力混凝土工型組合梁。區間標準梁的選型主要出于三方面考慮:
其一,線路西段位于朝陽區京通快速路上下行分隔帶內,東段位于京津公路一側,預制梁的運輸和架設條件十分優越;
其二,梁在工廠預制,可進行標準化、規模化生產, 橋梁產品在出廠前進行嚴格、規范的實驗和驗收,品質可以得到有效保證。
其三,梁的制作可與墩臺、基礎施工同步進行,有利于工程組織和工期安排。從工程實際進展看,區間橋梁主體結構的施工多在半年內完成,梁的質量和工程進度令人滿意。
根據工程需要,工型組合梁系列共采用五種跨度: 20 m 、22 m 、25 m 、27 m 、30 m, 布跨以25 m 梁為主,25 m 標準梁的橫斷面見圖2。
圖2 25 m 標準梁橫斷面(單位:mm)
工型組合梁橋面板采用現澆方式,這對整體道床鋼筋鉤沿線路方向的準確定位預埋十分有利,同時橋面板接縫做成等寬也使型鋼伸縮縫的安裝十分方便。另外,由于預制主梁為直線梁,曲線橋采用平分中矢法折線方式布置梁跨(見圖3) ,后澆橋面板可沿線路走向做成曲線,橋梁外觀較為和諧順暢。
4.2 特殊節點橋梁結構形式
4.2.1 跨既有路口立交
為與京通快速路高碑店立交橋、會村立交橋孔跨一致,地鐵八通線在跨越這兩處路口時,均采用2 ×20 m+27 m+2×20 m 預應力混凝土箱梁。
4.2.2 通惠河橋
通惠河河道底寬40 m, 邊坡為1∶2, 京通快速路通惠河橋為4×30 m 斜交工字梁,交角在45°左右。為滿足行車需要,八通線通惠河橋采用了斜橋正做方式,橋式為2 ×36 m 預應力混凝土連續箱梁,中墩與京通路通惠河橋對齊,邊墩立在邊坡上。
4.2.3 斜跨京通快速路橋
線路在四惠東站站后及八里橋站站后兩次跨過京通快速路,因斜交角度很小,如一跨跨越,最大跨度達150 m 左右。在初步設計階段對此節點方案進行了專門比較和討論,認為排架墩形式跨越較為簡便易行。施工設計的實施方案為:垂直于線路方向設門式排架墩,排架間距22 m, 為預制架設的鋼橫梁與現澆施工的鋼筋混凝土立柱固結形成。鋼橫梁為單箱單室箱形截面,梁高為2.248 m, 寬2 m, 最大跨度為20 m(圖4) , 鋼橫梁兩側伸出牛腿用以支撐行車主梁。行車主梁為22 m 鋼—混凝土結合梁,橫斷面為雙箱單室分離式截面,梁高為1.5 m 。鋼主梁通過橡膠支座簡支于鋼橫梁的牛腿上。此方案施工簡單,可利用夜間完成吊裝作業,對快速路的交通干擾較小。
4.2.4 跨京承鐵路橋
跨京承鐵路橋跨越5條既有鐵路線和1條預留鐵路線,要求跨度≥50 m, 橋下凈空≥8.1 m 。從盡量減小施工對鐵路運營的影響和降低中跨梁高兩方面考慮,采用了35 m+50 m+35 m 鋼—混凝土結合梁,梁高2.5 m 。鋼梁為四片工型鋼板梁,梁高2.2 m, 施工
圖3 曲線上梁平面布置示意圖
中鋼梁沿縱向分為五段,采用單面焊接雙面成型技術形成連續結構。
4.2.5 跨京秦鐵路橋
該處跨京秦鐵路雙線,橋下凈空要求≥719 m , 采用1 孔35 m 鋼—混凝土結合梁,梁高2.25 m 。4.2.6 跨通州區規劃道路
由于京津公路沿西北—東南走向,地鐵八通線沿其而行,故通州區與之相交的東西向道路,多與八通線斜交,根據規劃道路情況,選擇了不同的結構形式。
圖4 跨京通快速路橋的布置
外環西路橋: 45 m 鋼—混凝土結合梁, 梁高2.7 m 。楊莊路橋:30 m 預應力混凝土工型組合梁,梁高210 m 。玉帶河大街橋:25 m + 32 m + 25 m 預應力混凝土連續箱梁,梁高1.5 m 。京秦南側路橋:42.964 m 鋼—混凝土結合梁,梁高2.7 m 。通環西路橋、運河西大街橋、通環南路橋:40.5 m
+ 50 m + 40.5 m 預應力混凝土連續箱梁,中支點梁高3.2 m , 跨中和邊支點梁高1.7 m 。通馬路橋:25 m + 27 m + 25 m 預應力混凝土連續箱梁,梁高1.5 m 。九棵樹大街橋:3 ×25 m 預應力混凝土連續箱梁, 梁高1.5 m 。車里路橋:25 m + 22 m + 25 m 預應力混凝土連續箱梁,梁高1.5 m 。公莊大街橋:25 m + 19 m + 25 m 預應力混凝土連續箱梁,梁高1.5 m 。規劃二路橋:191.9 m 框構,頂板厚1.0 m 。
4.3 下部結構形式
工程沿線全部為第四紀地層,巖性基本為粘性土, 僅局部有砂卵礫石存在。地層屬于中軟場地土,建筑場地類別為Ⅲ 類,土壤最大凍結深度0.8 m 。根據地質情況,標準梁每個橋墩采用4 根<1.0 m 鉆孔灌注樁,樁間距3.2 m , 選擇⑧1 中粗砂層作為持力層,一般地段樁長30～35 m , 單樁承載力2 600 kN 。
標準梁橋墩一般采用T 型單柱墩,當墩柱較高時采用雙柱墩,通惠河橋中墩及通州區跨部分規劃道路橋梁的中墩采用圓柱墩。
5 主要材料
5.1 混凝土
預制工型梁、現澆橫隔板、橋面板均采用C50 混凝土;封錨混凝土采用C40 微膨脹混凝土;蓋梁、墩柱、承臺采用C30 混凝土;樁基采用C25 混凝土。
5.2 鋼材
預應力鋼筋:采用公稱直徑為15.20 mm 的高強低松弛鋼絞線,其技術條件應符合GB/T5224 —1995 的要求, f pk = 1 860 MPa , Ep = 1.95 ×105 MPa 。
普通鋼筋: 采用Q345 、Q235 , 其技術條件應符合GB1499 —1998 和GB13013 —91 的要求。鋼—混凝土結合梁主梁采用16 Mnq 鋼。
6 結束語
八通線是國內第一條以預制工法為主導的軌道交通地上線路,近10 km 長的高架橋主體結構已于2002 年底順利完工,2003 年底將迎來全線通車試運行,屆時我們將進一步關注橋梁的使用情況,為今后類似工程積累更多的經驗。
