城市軌道交通高架橋的選型摘 要:根據廣州地鐵四號線、五號線、六號線的設計及國內軌道交通高架橋設計的工程現狀,探討了城市軌道交通高架橋在選型上應考慮的因素、發展方向,給出了廣州地鐵六號線東延段投標橋梁選型的參考性方案。關鍵詞:軌道交通;高架橋;橋梁選型 高架橋作為地鐵的一種線路敷設方式,由于工程造價較低、施工速度快、適應線路線型的能力強,因此在國內外的地鐵建設中發展很快。在國外,如新加坡、荷蘭、法國等地的地鐵中都存在高架區段,國內北京、上海、天津、南京等城市也采用了部分高架線路。廣州市正在實施的地鐵二八號線、三號線、四號線、五號線、六號線也都有部分區段采用了高架橋。這充分說明了只要條件許可,設計處理得當,地鐵高架橋也會象城市立交橋一樣被人們所接受,認可。1 軌道交通高架橋的特點 (1)長且平:短著幾百米,長著二三十公里;處于城市之中,除與地下的交接的過渡段起伏較大外,其它區段相對比較平順。 (2)窄:不象市政城市橋梁,動輒十幾米二十幾米寬,軌道交通高架橋單線橋5米左右寬,雙線也不過9.5米寬。 (3)要求高:為了滿足乘客舒適性的要求,大多都設計為無縫線路,橋墩要求的線剛度較大,使得橋墩體量上要比一般市政橋梁大。同時對基礎的沉降要求較高。 基于以上軌道交通高架橋的特點,能否把橋設計的簡潔、明快、實用、大方、與周邊和諧則成為軌道交通高架橋設計的難點。2國內城市軌道高架橋的現狀 就標準段高架橋來說,根據國內北京、上海、南京、廣州幾座城市已建成和正在建設的軌道交通高架橋來看,跨度上從25米、30米、35米都有,以30米為多,體系上簡支梁、連續梁、連續剛構,以簡支梁居多,截面型式有整體箱梁、小箱梁、Ｔ梁、槽形梁、魚腹梁、蝙蝠梁、脊梁等,以整體箱梁居多,施工方法上來說,有支架現澆、整孔吊裝、節段拼裝等。
3 城市軌道交通高架橋選型考慮的幾個因素3.1景觀因素 作為地面建筑,軌道交通高架橋不僅僅要滿足軌道交通的各種功能,同時也影響著每一個穿行其下的人的視線和感官,處理得當,它就是一處靜止中流動,流動中靜止的風景線,受益著人們,也愉悅著人們;處理不好,它就是一堵墻,給人以沉重感、壓抑感。城市軌道高架橋長、窄、平的特點,而且穿行在高樓林立的城市之中,筆者認為,在城區標準段,宜使橋梁造型柔和,色彩暗淡,弱化其視覺效果,使之從屬于城市環境,不宜將城市的著眼點過多吸引在高架橋上,造型上應以簡潔為原則,可以采用融和法和消去法等一些手法,盡量減弱對城市景觀及擁堵的城市空間有著強烈的壓迫和割裂作用的影響。而在跨河及城郊視野開闊地段,宜采用有力度感和色彩鮮艷一些的造型,體現其一方特色。 人的視線特點:人眼的水平視角為30°～40°(正常中央視角區域),人眼的余光視角可達150°左右,但是超過正常視角以外的兩側余光視角范圍內,人眼辨認物體形狀的能力減弱而只能憑感覺去感知物體的大致外輪廓。人眼的垂直視角在-15°～60°左右,根據上海某大學作的橋高與跨度的美學分析認為:當墩高與跨度的比例在1:2.5～3時,比例是比較優美的,人的感覺是穩定的。高跨比越大,給人的感覺越不穩定,高跨比越小,則壓抑感越強。3.2經濟因素 城市軌道高架橋在經濟上應節約高效。經濟指標是確定高架橋選型的主要因素之一。它通常最主要是在縱向上限制橋梁跨長,這也是橋梁在美觀上受到限制的一個因素。經濟指標一般具體體現在以下幾方面。 (1)經濟跨度。經濟跨度一般與地質情況和規模化生產有關。如地質條件好,橋高普遍比較低,可以采用較小的跨度,而如果地質條件差,橋高普遍比較高,則下部費用會大大增加,則宜采用較大的跨度,以減小綜合費用。如對于上海,經濟跨度在30ｍ左右;而西安則為25ｍ左右。 (2)結構體系。簡支結構受力明確,在軌道交通高架橋中運用比較普遍,但景觀效果差。結合城市軌道長的特點,采用連續結構要比簡支結構經濟。但連續結構受力較簡支結構復雜,施工影響環境、影響交通、施工工期較長制約著連續結構作為標準段橋梁選型的推廣,目前基本只在小半徑曲線地段、跨河跨路地段采用,如能解決好施工,則有很好的發展前景。如3×30ｍ連續箱梁結構約比3孔30ｍ簡支梁結構價格低5%～10%。 (3)梁型。通常梁型越美觀,造價也越高。目前國內采用的梁部結構形式有槽形梁、下承式脊梁、Ｔ梁、板梁和箱梁等,從統計看箱梁占到了80%以上。墩臺基礎除應有足夠的強度和穩定性,避免在荷載作用下的過大位移外,其造型應能使上下部結構協調一致,輕巧美觀,與城市環境和諧、勻稱。墩臺選型一般服從梁部形式,此外,也受占地、道路、通視等的限制。通常有:Ｔ形墩、倒梯形墩、Ｙ形墩、單柱墩、雙柱墩等基本形式及其變型施工方法。城市軌道高架橋施工應力求先進、快速。現階段國內高架橋通常采用的施工方法有:滿堂支架現澆、移動支架現澆、整孔吊裝、節段拼裝等。目前,我國城市軌道高架橋主要采用滿堂支架現澆的施工方法。這主要是根據我國施工單位存在許多諸如運輸、架設設備等方面問題尚未解決,無法采用預制吊裝法施工。比如,對于跨度為30ｍ的簡支箱梁,每孔重雙線約320ｔ,單線約150ｔ。從國內近幾年的發展來看,工廠化、規模化生產是橋梁建設的趨勢。解決好施工,工程費用會大大降低。 在時速達250ｋｍ/ｈ的秦沈客運專線的建設中,鐵路系統已在1999年研究成功了ＭＺ32移動模架造橋機、ＪＱ600型架橋機和450ｔ胎式箱梁運輸車等專用設備以及相關施工工藝和方法,最大可架設重量達600ｔ。相信,隨著城市軌道交通的發展,這些設備和方法遲早也會轉向我國城市軌道高架橋的建設方面。4 廣州地鐵六號線東延段投標橋梁選型的參考性方案 廣州是我國華南地區的經濟文化中心,同時又是世界知名的國際化大都市,對建筑物的景觀要求較高。結合廣州地鐵六號線東延段走行在天源路和廣汕公路的中央分隔帶上的特點,推出4 30預應力魚腹梁的雙薄壁連續剛構,節段拼裝的施工方法作為推薦方案,基于以下幾點理由。 (1)魚腹箱梁的閉合薄壁截面剛度大,整體受力性能好,適宜直橋、斜橋、彎橋、異形梁橋。箱梁頂、底板具有較大的面積,通過適當配筋,可有效地抵抗正負彎矩,適用連續梁結構形式。具有良好的動力性能,收縮變形數值小。 (2)魚腹箱梁截面外形平順,底面平滑光潔,線條流暢,景觀效果好。 (3)魚腹箱梁在跨度上適用性強,便于同一條線路上減少橋梁類型。 (4)易于處理與橋墩的連接和造型的協調。 (5)全線正線皆為雙線橋,斷面統一,便于工廠化、規模化生產,質量易于保證,經濟指標將會大幅下降;同時節段拼裝的施工方法,可以大大縮短工期。 (6)采用連續剛構的結構體系,縱向剛度為組合剛度,可以大大減小橋墩結構尺寸。 (7)結合廣州地鐵六號線首期工程高架橋三角形箱梁斷面需布設大量體外束的特點(目前國內還沒有成批量運用體外束的工程實例,特別是軌道交通,另外國內沒有現行的體外束的規范沿用,需參照國外規范)魚腹箱梁只布設體內束即可。 (8)雙薄壁矩形橋墩,易于處理兩聯梁交接處橋墩與上部結構的銜接,可以作到全線不設支座,減少后期維護費用。同時合理選擇梁與墩的剛度,可以減小梁跨中彎矩。 (9)30米的跨度與平均墩高13米比例協調,視覺效果較好。5 對城市軌道交通高架橋選型的建議 隨著新材料,新工藝的不斷開發運用,城市軌道交通高架橋工廠化,規模化生產是一個發展方向。今后需抓緊大噸位運輸、吊裝設備的研制和開發,并提出相應的施工工藝,以降低造價。并建議盡早出臺體外預應力及節段拼裝等相關的規范。參考文獻:[1] ＧＢ50157-2003地鐵設計規范[2] 鐵建設[2003]13號京滬高速鐵路設計暫行規定ＪＴＪ004-89[3] 橋梁美學
3 城市軌道交通高架橋選型考慮的幾個因素3.1景觀因素 作為地面建筑,軌道交通高架橋不僅僅要滿足軌道交通的各種功能,同時也影響著每一個穿行其下的人的視線和感官,處理得當,它就是一處靜止中流動,流動中靜止的風景線,受益著人們,也愉悅著人們;處理不好,它就是一堵墻,給人以沉重感、壓抑感。城市軌道高架橋長、窄、平的特點,而且穿行在高樓林立的城市之中,筆者認為,在城區標準段,宜使橋梁造型柔和,色彩暗淡,弱化其視覺效果,使之從屬于城市環境,不宜將城市的著眼點過多吸引在高架橋上,造型上應以簡潔為原則,可以采用融和法和消去法等一些手法,盡量減弱對城市景觀及擁堵的城市空間有著強烈的壓迫和割裂作用的影響。而在跨河及城郊視野開闊地段,宜采用有力度感和色彩鮮艷一些的造型,體現其一方特色。 人的視線特點:人眼的水平視角為30°～40°(正常中央視角區域),人眼的余光視角可達150°左右,但是超過正常視角以外的兩側余光視角范圍內,人眼辨認物體形狀的能力減弱而只能憑感覺去感知物體的大致外輪廓。人眼的垂直視角在-15°～60°左右,根據上海某大學作的橋高與跨度的美學分析認為:當墩高與跨度的比例在1:2.5～3時,比例是比較優美的,人的感覺是穩定的。高跨比越大,給人的感覺越不穩定,高跨比越小,則壓抑感越強。3.2經濟因素 城市軌道高架橋在經濟上應節約高效。經濟指標是確定高架橋選型的主要因素之一。它通常最主要是在縱向上限制橋梁跨長,這也是橋梁在美觀上受到限制的一個因素。經濟指標一般具體體現在以下幾方面。 (1)經濟跨度。經濟跨度一般與地質情況和規模化生產有關。如地質條件好,橋高普遍比較低,可以采用較小的跨度,而如果地質條件差,橋高普遍比較高,則下部費用會大大增加,則宜采用較大的跨度,以減小綜合費用。如對于上海,經濟跨度在30ｍ左右;而西安則為25ｍ左右。 (2)結構體系。簡支結構受力明確,在軌道交通高架橋中運用比較普遍,但景觀效果差。結合城市軌道長的特點,采用連續結構要比簡支結構經濟。但連續結構受力較簡支結構復雜,施工影響環境、影響交通、施工工期較長制約著連續結構作為標準段橋梁選型的推廣,目前基本只在小半徑曲線地段、跨河跨路地段采用,如能解決好施工,則有很好的發展前景。如3×30ｍ連續箱梁結構約比3孔30ｍ簡支梁結構價格低5%～10%。 (3)梁型。通常梁型越美觀,造價也越高。目前國內采用的梁部結構形式有槽形梁、下承式脊梁、Ｔ梁、板梁和箱梁等,從統計看箱梁占到了80%以上。墩臺基礎除應有足夠的強度和穩定性,避免在荷載作用下的過大位移外,其造型應能使上下部結構協調一致,輕巧美觀,與城市環境和諧、勻稱。墩臺選型一般服從梁部形式,此外,也受占地、道路、通視等的限制。通常有:Ｔ形墩、倒梯形墩、Ｙ形墩、單柱墩、雙柱墩等基本形式及其變型施工方法。城市軌道高架橋施工應力求先進、快速。現階段國內高架橋通常采用的施工方法有:滿堂支架現澆、移動支架現澆、整孔吊裝、節段拼裝等。目前,我國城市軌道高架橋主要采用滿堂支架現澆的施工方法。這主要是根據我國施工單位存在許多諸如運輸、架設設備等方面問題尚未解決,無法采用預制吊裝法施工。比如,對于跨度為30ｍ的簡支箱梁,每孔重雙線約320ｔ,單線約150ｔ。從國內近幾年的發展來看,工廠化、規模化生產是橋梁建設的趨勢。解決好施工,工程費用會大大降低。 在時速達250ｋｍ/ｈ的秦沈客運專線的建設中,鐵路系統已在1999年研究成功了ＭＺ32移動模架造橋機、ＪＱ600型架橋機和450ｔ胎式箱梁運輸車等專用設備以及相關施工工藝和方法,最大可架設重量達600ｔ。相信,隨著城市軌道交通的發展,這些設備和方法遲早也會轉向我國城市軌道高架橋的建設方面。4 廣州地鐵六號線東延段投標橋梁選型的參考性方案 廣州是我國華南地區的經濟文化中心,同時又是世界知名的國際化大都市,對建筑物的景觀要求較高。結合廣州地鐵六號線東延段走行在天源路和廣汕公路的中央分隔帶上的特點,推出4 30預應力魚腹梁的雙薄壁連續剛構,節段拼裝的施工方法作為推薦方案,基于以下幾點理由。 (1)魚腹箱梁的閉合薄壁截面剛度大,整體受力性能好,適宜直橋、斜橋、彎橋、異形梁橋。箱梁頂、底板具有較大的面積,通過適當配筋,可有效地抵抗正負彎矩,適用連續梁結構形式。具有良好的動力性能,收縮變形數值小。 (2)魚腹箱梁截面外形平順,底面平滑光潔,線條流暢,景觀效果好。 (3)魚腹箱梁在跨度上適用性強,便于同一條線路上減少橋梁類型。 (4)易于處理與橋墩的連接和造型的協調。 (5)全線正線皆為雙線橋,斷面統一,便于工廠化、規模化生產,質量易于保證,經濟指標將會大幅下降;同時節段拼裝的施工方法,可以大大縮短工期。 (6)采用連續剛構的結構體系,縱向剛度為組合剛度,可以大大減小橋墩結構尺寸。 (7)結合廣州地鐵六號線首期工程高架橋三角形箱梁斷面需布設大量體外束的特點(目前國內還沒有成批量運用體外束的工程實例,特別是軌道交通,另外國內沒有現行的體外束的規范沿用,需參照國外規范)魚腹箱梁只布設體內束即可。 (8)雙薄壁矩形橋墩,易于處理兩聯梁交接處橋墩與上部結構的銜接,可以作到全線不設支座,減少后期維護費用。同時合理選擇梁與墩的剛度,可以減小梁跨中彎矩。 (9)30米的跨度與平均墩高13米比例協調,視覺效果較好。5 對城市軌道交通高架橋選型的建議 隨著新材料,新工藝的不斷開發運用,城市軌道交通高架橋工廠化,規模化生產是一個發展方向。今后需抓緊大噸位運輸、吊裝設備的研制和開發,并提出相應的施工工藝,以降低造價。并建議盡早出臺體外預應力及節段拼裝等相關的規范。參考文獻:[1] ＧＢ50157-2003地鐵設計規范[2] 鐵建設[2003]13號京滬高速鐵路設計暫行規定ＪＴＪ004-89[3] 橋梁美學
