城市軌道交通高架橋的選型摘 要:根據(jù)廣州地鐵四號線、五號線、六號線的設(shè)計(jì)及國內(nèi)軌道交通高架橋設(shè)計(jì)的工程現(xiàn)狀,探討了城市軌道交通高架橋在選型上應(yīng)考慮的因素、發(fā)展方向,給出了廣州地鐵六號線東延段投標(biāo)橋梁選型的參考性方案。關(guān)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(shè)方式,由于工程造價(jià)較低、施工速度快、適應(yīng)線路線型的能力強(qiáng),因此在國內(nèi)外的地鐵建設(shè)中發(fā)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(qū)段,國內(nèi)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(shí)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(qū)段采用了高架橋。這充分說明了只要條件許可,設(shè)計(jì)處理得當(dāng),地鐵高架橋也會象城市立交橋一樣被人們所接受,認(rèn)可。1 軌道交通高架橋的特點(diǎn) (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(qū)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(shè)計(jì)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(shí)對基礎(chǔ)的沉降要求較高。 基于以上軌道交通高架橋的特點(diǎn),能否把橋設(shè)計(jì)的簡潔、明快、實(shí)用、大方、與周邊和諧則成為軌道交通高架橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。2國內(nèi)城市軌道高架橋的現(xiàn)狀 就標(biāo)準(zhǔn)段高架橋來說,根據(jù)國內(nèi)北京、上海、南京、廣州幾座城市已建成和正在建設(shè)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(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu),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(xiàn)澆、整孔吊裝、節(jié)段拼裝等。
3 城市軌道交通高架橋選型考慮的幾個(gè)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(shí)也影響著每一個(gè)穿行其下的人的視線和感官,處理得當(dāng),它就是一處靜止中流動,流動中靜止的風(fēng)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(diǎn),而且穿行在高樓林立的城市之中,筆者認(rèn)為,在城區(qū)標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境,不宜將城市的著眼點(diǎn)過多吸引在高架橋上,造型上應(yīng)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(qiáng)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(xiàn)其一方特色。 人的視線特點(diǎn):人眼的水平視角為30°～40°(正常中央視角區(qū)域),人眼的余光視角可達(dá)150°左右,但是超過正常視角以外的兩側(cè)余光視角范圍內(nèi),人眼辨認(rèn)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(jù)上海某大學(xué)作的橋高與跨度的美學(xué)分析認(rèn)為:當(dāng)墩高與跨度的比例在1:2.5～3時(shí),比例是比較優(yōu)美的,人的感覺是穩(wěn)定的。高跨比越大,給人的感覺越不穩(wěn)定,高跨比越小,則壓抑感越強(qiáng)。3.2經(jīng)濟(jì)因素 城市軌道高架橋在經(jīng)濟(jì)上應(yīng)節(jié)約高效。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(gè)因素。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般具體體現(xiàn)在以下幾方面。 (1)經(jīng)濟(jì)跨度。經(jīng)濟(jì)跨度一般與地質(zhì)情況和規(guī)模化生產(chǎn)有關(guān)。如地質(zhì)條件好,橋高普遍比較低,可以采用較小的跨度,而如果地質(zhì)條件差,橋高普遍比較高,則下部費(fèi)用會大大增加,則宜采用較大的跨度,以減小綜合費(fèi)用。如對于上海,經(jīng)濟(jì)跨度在30ｍ左右;而西安則為25ｍ左右。 (2)結(jié)構(gòu)體系。簡支結(jié)構(gòu)受力明確,在軌道交通高架橋中運(yùn)用比較普遍,但景觀效果差。結(jié)合城市軌道長的特點(diǎn),采用連續(xù)結(jié)構(gòu)要比簡支結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。但連續(xù)結(jié)構(gòu)受力較簡支結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工影響環(huán)境、影響交通、施工工期較長制約著連續(xù)結(jié)構(gòu)作為標(biāo)準(zhǔn)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(fā)展前景。如3×30ｍ連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)約比3孔30ｍ簡支梁結(jié)構(gòu)價(jià)格低5%～10%。 (3)梁型。通常梁型越美觀,造價(jià)也越高。目前國內(nèi)采用的梁部結(jié)構(gòu)形式有槽形梁、下承式脊梁、Ｔ梁、板梁和箱梁等,從統(tǒng)計(jì)看箱梁占到了80%以上。墩臺基礎(chǔ)除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,避免在荷載作用下的過大位移外,其造型應(yīng)能使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致,輕巧美觀,與城市環(huán)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(yīng)力求先進(jìn)、快速。現(xiàn)階段國內(nèi)高架橋通常采用的施工方法有:滿堂支架現(xiàn)澆、移動支架現(xiàn)澆、整孔吊裝、節(jié)段拼裝等。目前,我國城市軌道高架橋主要采用滿堂支架現(xiàn)澆的施工方法。這主要是根據(jù)我國施工單位存在許多諸如運(yùn)輸、架設(shè)設(shè)備等方面問題尚未解決,無法采用預(yù)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(nèi)近幾年的發(fā)展來看,工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)是橋梁建設(shè)的趨勢。解決好施工,工程費(fèi)用會大大降低。 在時(shí)速達(dá)250ｋｍ/ｈ的秦沈客運(yùn)專線的建設(shè)中,鐵路系統(tǒng)已在1999年研究成功了ＭＺ32移動模架造橋機(jī)、ＪＱ600型架橋機(jī)和450ｔ胎式箱梁運(yùn)輸車等專用設(shè)備以及相關(guān)施工工藝和方法,最大可架設(shè)重量達(dá)600ｔ。相信,隨著城市軌道交通的發(fā)展,這些設(shè)備和方法遲早也會轉(zhuǎn)向我國城市軌道高架橋的建設(shè)方面。4 廣州地鐵六號線東延段投標(biāo)橋梁選型的參考性方案 廣州是我國華南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化中心,同時(shí)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(jié)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(diǎn),推出4 30預(yù)應(yīng)力魚腹梁的雙薄壁連續(xù)剛構(gòu),節(jié)段拼裝的施工方法作為推薦方案,基于以下幾點(diǎn)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(dāng)配筋,可有效地抵抗正負(fù)彎矩,適用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。具有良好的動力性能,收縮變形數(shù)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(qiáng),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(xié)調(diào)。 (5)全線正線皆為雙線橋,斷面統(tǒng)一,便于工廠化、規(guī)模化生產(chǎn),質(zhì)量易于保證,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將會大幅下降;同時(shí)節(jié)段拼裝的施工方法,可以大大縮短工期。 (6)采用連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系,縱向剛度為組合剛度,可以大大減小橋墩結(jié)構(gòu)尺寸。 (7)結(jié)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(shè)大量體外束的特點(diǎn)(目前國內(nèi)還沒有成批量運(yùn)用體外束的工程實(shí)例,特別是軌道交通,另外國內(nèi)沒有現(xiàn)行的體外束的規(guī)范沿用,需參照國外規(guī)范)魚腹箱梁只布設(shè)體內(nèi)束即可。 (8)雙薄壁矩形橋墩,易于處理兩聯(lián)梁交接處橋墩與上部結(jié)構(gòu)的銜接,可以作到全線不設(shè)支座,減少后期維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)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(xié)調(diào),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(fā)運(yùn)用,城市軌道交通高架橋工廠化,規(guī)模化生產(chǎn)是一個(gè)發(fā)展方向。今后需抓緊大噸位運(yùn)輸、吊裝設(shè)備的研制和開發(fā),并提出相應(yīng)的施工工藝,以降低造價(jià)。并建議盡早出臺體外預(yù)應(yīng)力及節(jié)段拼裝等相關(guān)的規(guī)范。參考文獻(xiàn):[1] ＧＢ50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[2] 鐵建設(shè)[2003]13號京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定ＪＴＪ004-89[3] 橋梁美學(xué)
3 城市軌道交通高架橋選型考慮的幾個(gè)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(shí)也影響著每一個(gè)穿行其下的人的視線和感官,處理得當(dāng),它就是一處靜止中流動,流動中靜止的風(fēng)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(diǎn),而且穿行在高樓林立的城市之中,筆者認(rèn)為,在城區(qū)標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境,不宜將城市的著眼點(diǎn)過多吸引在高架橋上,造型上應(yīng)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(qiáng)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(xiàn)其一方特色。 人的視線特點(diǎn):人眼的水平視角為30°～40°(正常中央視角區(qū)域),人眼的余光視角可達(dá)150°左右,但是超過正常視角以外的兩側(cè)余光視角范圍內(nèi),人眼辨認(rèn)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(jù)上海某大學(xué)作的橋高與跨度的美學(xué)分析認(rèn)為:當(dāng)墩高與跨度的比例在1:2.5～3時(shí),比例是比較優(yōu)美的,人的感覺是穩(wěn)定的。高跨比越大,給人的感覺越不穩(wěn)定,高跨比越小,則壓抑感越強(qiáng)。3.2經(jīng)濟(jì)因素 城市軌道高架橋在經(jīng)濟(jì)上應(yīng)節(jié)約高效。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(gè)因素。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般具體體現(xiàn)在以下幾方面。 (1)經(jīng)濟(jì)跨度。經(jīng)濟(jì)跨度一般與地質(zhì)情況和規(guī)模化生產(chǎn)有關(guān)。如地質(zhì)條件好,橋高普遍比較低,可以采用較小的跨度,而如果地質(zhì)條件差,橋高普遍比較高,則下部費(fèi)用會大大增加,則宜采用較大的跨度,以減小綜合費(fèi)用。如對于上海,經(jīng)濟(jì)跨度在30ｍ左右;而西安則為25ｍ左右。 (2)結(jié)構(gòu)體系。簡支結(jié)構(gòu)受力明確,在軌道交通高架橋中運(yùn)用比較普遍,但景觀效果差。結(jié)合城市軌道長的特點(diǎn),采用連續(xù)結(jié)構(gòu)要比簡支結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。但連續(xù)結(jié)構(gòu)受力較簡支結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工影響環(huán)境、影響交通、施工工期較長制約著連續(xù)結(jié)構(gòu)作為標(biāo)準(zhǔn)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(fā)展前景。如3×30ｍ連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)約比3孔30ｍ簡支梁結(jié)構(gòu)價(jià)格低5%～10%。 (3)梁型。通常梁型越美觀,造價(jià)也越高。目前國內(nèi)采用的梁部結(jié)構(gòu)形式有槽形梁、下承式脊梁、Ｔ梁、板梁和箱梁等,從統(tǒng)計(jì)看箱梁占到了80%以上。墩臺基礎(chǔ)除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,避免在荷載作用下的過大位移外,其造型應(yīng)能使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致,輕巧美觀,與城市環(huán)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(yīng)力求先進(jìn)、快速。現(xiàn)階段國內(nèi)高架橋通常采用的施工方法有:滿堂支架現(xiàn)澆、移動支架現(xiàn)澆、整孔吊裝、節(jié)段拼裝等。目前,我國城市軌道高架橋主要采用滿堂支架現(xiàn)澆的施工方法。這主要是根據(jù)我國施工單位存在許多諸如運(yùn)輸、架設(shè)設(shè)備等方面問題尚未解決,無法采用預(yù)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(nèi)近幾年的發(fā)展來看,工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)是橋梁建設(shè)的趨勢。解決好施工,工程費(fèi)用會大大降低。 在時(shí)速達(dá)250ｋｍ/ｈ的秦沈客運(yùn)專線的建設(shè)中,鐵路系統(tǒng)已在1999年研究成功了ＭＺ32移動模架造橋機(jī)、ＪＱ600型架橋機(jī)和450ｔ胎式箱梁運(yùn)輸車等專用設(shè)備以及相關(guān)施工工藝和方法,最大可架設(shè)重量達(dá)600ｔ。相信,隨著城市軌道交通的發(fā)展,這些設(shè)備和方法遲早也會轉(zhuǎn)向我國城市軌道高架橋的建設(shè)方面。4 廣州地鐵六號線東延段投標(biāo)橋梁選型的參考性方案 廣州是我國華南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化中心,同時(shí)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(jié)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(diǎn),推出4 30預(yù)應(yīng)力魚腹梁的雙薄壁連續(xù)剛構(gòu),節(jié)段拼裝的施工方法作為推薦方案,基于以下幾點(diǎn)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(dāng)配筋,可有效地抵抗正負(fù)彎矩,適用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。具有良好的動力性能,收縮變形數(shù)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(qiáng),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(xié)調(diào)。 (5)全線正線皆為雙線橋,斷面統(tǒng)一,便于工廠化、規(guī)模化生產(chǎn),質(zhì)量易于保證,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將會大幅下降;同時(shí)節(jié)段拼裝的施工方法,可以大大縮短工期。 (6)采用連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系,縱向剛度為組合剛度,可以大大減小橋墩結(jié)構(gòu)尺寸。 (7)結(jié)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(shè)大量體外束的特點(diǎn)(目前國內(nèi)還沒有成批量運(yùn)用體外束的工程實(shí)例,特別是軌道交通,另外國內(nèi)沒有現(xiàn)行的體外束的規(guī)范沿用,需參照國外規(guī)范)魚腹箱梁只布設(shè)體內(nèi)束即可。 (8)雙薄壁矩形橋墩,易于處理兩聯(lián)梁交接處橋墩與上部結(jié)構(gòu)的銜接,可以作到全線不設(shè)支座,減少后期維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)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(xié)調(diào),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(fā)運(yùn)用,城市軌道交通高架橋工廠化,規(guī)模化生產(chǎn)是一個(gè)發(fā)展方向。今后需抓緊大噸位運(yùn)輸、吊裝設(shè)備的研制和開發(fā),并提出相應(yīng)的施工工藝,以降低造價(jià)。并建議盡早出臺體外預(yù)應(yīng)力及節(jié)段拼裝等相關(guān)的規(guī)范。參考文獻(xiàn):[1] ＧＢ50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[2] 鐵建設(shè)[2003]13號京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定ＪＴＪ004-89[3] 橋梁美學(xué)