城市轨道交通高架桥选型的探讨

　　提　要： 上海地铁二号线东西延伸段、莘闵轻轨交通线，西安地铁等工程，系统探讨了城市轨道交通高架桥在选型上应考虑的方面和因素，并结合具体工程项目，对高架桥的梁部结构及墩柱的各种型式做了详细介绍，给出了选型的参考性方案。
　　主题词： 城市轨道交通；高架桥；梁部结构；桥墩；伴随着我国城市化进程的迅速发展，和中央开发大西北战略的确定，城市交通系统等基础设施的建设已成为优先实施的基本任务之一。城市交通系统中，除公共汽、电车外，主要有地铁和轻轨系统。我国许多大城市，除公共汽车、电车系统外，地铁和轻轨系统为数不多，亟待建设。
　　人们通常主要根据客运量和建设资金来选择修地铁或轻轨， 但由于地铁建于地下造价实在太高， 现在， 人们更倾向于将尽可能多的地铁建于地面上。修于地面上的地铁同轻轨一样， 土建结构大部分为高架桥。高架桥的选型和设计， 是当前桥梁工程师进行研究和实践的主要任务之一。
　　1、影响高架桥选型的主要因素高架桥选型主要包括梁部和墩柱的选型， 基础虽受梁部和墩柱型式的一定影响， 但主要还是由地质情况确定， 比较单一； 选型时主要考虑景观、经济、功能、施工、占地和工期等几方面。
　　1. 1高架桥应与周围城市景观保持一致鉴于高架桥作为城市的永久建筑， 人们期望其会成为城市的一道美丽的景观。但由于高架桥长、窄、平的特点， 要想达到此目标实际上非常困难， 而且将城市的着眼点过多吸引在高架桥上也并不可取。笔者以为高架桥在造型上应以简洁为基本原则， 采用融和法和消去法， 使之从属于城市环境。如上海， 道路用地范围窄， 两侧高楼林立， 宜使桥梁造型柔和， 色彩暗淡， 弱化视角效果； 如西安和兰州， 道路两侧视野比较开阔， 宜采用有力度感和色彩鲜艳一些的造型， 引起人们的注意。
　　1. 2高架桥应与当地人文景观相互和谐高架桥的造型，除了考虑与周围环境景观的一致外，还应重视当地人文景观的和谐。由于我国幅员辽阔，历史悠久，每个城市都积累了深厚的、富有地域性的人文文化特征， 在高架桥的造型上选型上，必须充分注意这种差别，比如，对江南城市和西北城市的造型就不宜采用同一型式。对于江南城市， 如上海， 可采用斜腹板箱梁， 配以独柱矩墩（采用大圆弧倒角）或双柱圆墩，以体现江南的轻巧柔和； 而对于西北名城西安或兰州， 则可采用直腹板箱梁， 配以独柱矩墩（不倒角），以体现西北豪爽刚直的文化氛围， 如图1：1. 3　高架桥在经济上应节约高效经济指标是确定高架桥型式的主要因素，它通常最主要是在纵向上限制桥梁跨长， 这也是桥梁在美观上受到限制的一个主要因素，因为大跨度更易体现桥梁的轻盈。经济指标一般具体体现在以下几方面：1）经济跨度：经济跨度一般与地质情况和规模化生产有关。如采用箱梁梁型、支架现浇法施工，对于上海，经济跨度在30 m 左右；而西安则为25 m 左右。
　　（2） 结构体系：结合城市轨道长的特点，采用连续结构要比简支结构经济。如（3×30） m 连续箱梁结构（3） 梁型：通常梁型越美观，造价也越高。如弧形外要比3 孔30 m 简支梁结构便宜约5～ 10% .当然，连腹板箱梁要比直斜腹板的造价高。续结构要比简支结构在设计和施工上都要复杂一些。
　　a 上海市高架桥造型参考方案　　　　　　　　
　　b 西安市高架桥造型参考，高架桥造型参考方案
　　1. 4高架桥施工应力求先进、快速现在，我国高架桥通常采用现浇法施工，比较落后。这主要是由于我国当前仍存在许多诸如运输、架设设备方面的问题，无法采用预制吊装法施工。比如，对于L p= 30m 的简支箱梁，双线每孔重约320 t，单线时约150 t，我国现阶段均无适合的运输、吊装设备。
　　但由于无碴轨道结构对桥梁变形的要求，为减少梁部结构的收缩徐变变形，一般控制承轨台施工与桥梁施工的时间间隔不小于一定数值，如L p= 30m 简支梁，一般为90 天。为便于合理安全施工顺序以缩短工期、工厂规模预制以降低造价和减少施工期间对周围居民噪音影响等，宜采用先进的预制吊装法施工。随着我国时速达250 km /h 的秦沈客运专线的启动，铁路系统已在1999 年研究成功了M Z32 移动模架造桥机、3BM 2600 型架桥机和420 t 胎式箱梁运输车等专用设备以及相关施工工艺和方法，笔者相信，随着城市轨道交通的发展，这些设备和方法也会转向高架桥的建筑方面。
　　2、高架桥梁部结构型理论上可采用和国外已采用的梁部结构型式有： 槽形梁、下承式脊梁、T 梁、板梁和箱梁等。
　　2. 1　槽形梁： 桥梁建筑高度低， 便于城市道路间立体交叉， 压低线路标高， 节约总投资； 且两侧主梁可兼起防噪屏作用， 景观程度很好。但需布置多向预应力钢筋。施工复杂， 进度慢， 造价较高， 且设计、施工经验少。
　　板梁：桥梁建筑高度较低，每线采用两片或四片空心板梁，受力清晰，设计、施工经验相当成熟。但各片板梁间铰接，整体受力性差；经济跨度一般在16～ 20 m，较小，景观性差；梁高较低，相应刚度较小，梁部后期收缩徐变较大，不利于轨道交通线路轨道调高要求；按常规预制、吊装施工时，也只能用于20 m 以下的小跨度。
　　箱梁：桥梁建筑高度适中，工程量较省；适用性好，既可作为区间标准地段，也可用于曲线、变宽、出岔地段；整体受力性好；外观线型流畅、美观；设计、施工程数量为：混凝土， 0151m立方米；预应力钢筋，31kg； 钢筋，经验成熟，对的传统的现浇法施工积累有丰富的经验。、
　　综上， 笔者推荐高架桥桥梁部采用箱梁型式， 现由如下：
　　（1） 箱梁的闭合薄壁截面刚度大， 整体受力性能好， 对于斜弯桥尤为有利。箱梁顶、底板具有较大的面积， 可有效地抵抗正负弯矩， 并满足配筋要求。箱梁具有良好的动力性能， 收缩变形数值小。
　　（2） 箱梁截面外形简洁， 底面平整光洁， 线条流畅， 景观效果优异。
　　（3） 箱梁既适于中、大跨， 也适于简支和连续结构， 更适于各种地段， 如直线段、曲线段、出岔段和变宽段等， 便于同一条线路上减少桥梁类型。
　　（4） 箱梁具有相当成熟的设计、施工水平和经验。当前的现浇法施工虽有不足， 但尚可以克服， 如使预应力钢束锚固于梁内而不锚固与梁端， 从而可以同时开始多个工作面施工等， 而不致影响整个工程的进度。
　　（5） 从可持续发展角度看， 箱梁只要解决了大吨位的运输、吊装设备的研制和相关施工工艺问题， 即可实现工厂化、规模化生产， 经济指标将会大幅下降。
　　3、高架桥墩柱型式墩台基础除应有足够的强度和稳定性， 避免在荷载作用下的过大位移外， 其造型应能使上下部结构协调一致， 轻巧美观， 与城市环境和谐、匀称。在墩台选型上， 其一般服从梁部型式， 此外， 也受占地、道路、通视等的限制。通常有：T 形墩、倒T 形墩、Y 形墩、单柱墩、双柱墩等基本型式
　　3. 2　倒T 形墩： 主要适于单箱单室箱梁和脊梁等梁部支承点相距稍远的梁型。特别是对于外腹板微斜的箱梁， 如墩高适宜， 则可使梁的腹板和墩的边线斜度一致， 使上下部浑然一体， 造型美观。但该墩受力上较合理， 材料有浪费， 投资增加； 在墩高相差较大时， 整体造型不易协调。
　　3. 4　单柱墩：主要适于单箱单室箱梁和脊梁等梁部支承点相距较近的梁型。特别是对直腹板箱梁，可使箱梁底宽同墩横向宽度一致，从而使上下部浑然一体，显得挺拔有力度，对墩高的变化适应性极强。受力合理，材料较节省， 施工方便。
　　3. 5　双柱墩： 适于各种梁型， 用于多线或出岔地段。承载能力及稳定性较强， 墩可以做得纤细， 材料利用率高。但对桥宽仅810m 左右的高架桥来讲， 造型显得不够简洁。综上， 为与箱梁配合，
　　（2） 受力合理， 比较经济。
　　（3） 上地较少， 施工方便、快速。
　　（4） 适应性强， 既适于墩高差别较大的情况， 也由于横向刚度较大， 尤其适于曲线地段。箱梁与上述几咱墩型的配合效果，
　　4　对城市轨道交通高架桥选型的建议高架桥选型现阶段宜采用箱梁配以轻型墩台， 基础应根据地质情况确定， 施工采用现浇法施工。但需抓紧大吨位运输、吊装设备的研制开发和施工工艺研究， 以降低造价； 同时也需对槽型梁和下承式脊梁的研究投入一定精力。
　　a　箱形倒T 形墩　b　箱形变形单柱墩　c　箱梁单柱墩
　　d　箱梁双柱墩　e　箱梁双柱墩　f　箱梁
　　参考文献
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　　[5] 　铁道标准设计通讯[J ]. 铁道部专业设计院， 2000， （3）。