城市軌道交通高架橋梁型及工法研究

胥民堯

（中國(guó)中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

城市軌道交通高架橋梁型及工法研究

胥民堯

（中國(guó)中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

城市軌道交通以其快捷、安全、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)為越來(lái)越多的城市所倚重。基于目前國(guó)內(nèi)眾多城市軌道交通高架橋建設(shè)現(xiàn)狀，該文從結(jié)構(gòu)體系、標(biāo)準(zhǔn)梁截面形式和標(biāo)準(zhǔn)跨徑等多個(gè)層次，研究了城市軌道交通高架橋上部結(jié)構(gòu)選型；從結(jié)構(gòu)受力、景觀效果等角度，探討了各類(lèi)上部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的下部結(jié)構(gòu)造型；針對(duì)施工難度、施工質(zhì)量、工期長(zhǎng)度、環(huán)境影響、建設(shè)成本等方面，對(duì)各種工法進(jìn)行了對(duì)比性分析。研究結(jié)果表明：一般情況下，高架區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)梁跨推薦采用30m簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)可采用柱式墩、花瓶墩等；標(biāo)準(zhǔn)梁工廠化、規(guī)模化制作是發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)加快相關(guān)設(shè)備研制開(kāi)發(fā)。

軌道交通；高架橋；梁型選擇；工法研究；簡(jiǎn)支梁；連續(xù)梁；T形梁；箱梁；槽形梁

近年來(lái)我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛，軌道高架橋的建設(shè)需求有了較高的增長(zhǎng)。高架橋結(jié)構(gòu)除滿(mǎn)足功能要求外，同時(shí)也是城市的重要建筑，選擇外形美觀、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、施工方便、環(huán)境和諧的橋梁結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，也是設(shè)計(jì)、施工技術(shù)發(fā)展的需要。

高架橋標(biāo)準(zhǔn)梁型的選擇在高架橋設(shè)計(jì)中起著極其重要的作用，不僅展現(xiàn)著市政橋梁的力度和建筑美學(xué)，而且還控制著工程的總投資[1]。

本文擬通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)體系、標(biāo)準(zhǔn)梁跨截面及與之配合的墩型、標(biāo)準(zhǔn)跨徑及施工方案等多方面對(duì)城市軌道交通高架橋的梁型及工法進(jìn)行探討。

1 上部結(jié)構(gòu)選型

國(guó)內(nèi)外軌道交通高架區(qū)間橋梁建設(shè)的實(shí)踐中，除少數(shù)控制節(jié)點(diǎn)外，其余大部分采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁。標(biāo)準(zhǔn)跨橋梁的橋式、跨度關(guān)系到工程的總投資和可實(shí)施性。標(biāo)準(zhǔn)梁跨選擇應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃、水文、地形、地質(zhì)、周?chē)坝^、道路交通、鄰近建筑、地下管線(xiàn)及構(gòu)筑物，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀等原則，進(jìn)行多方案比選[2]。

1.1 區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)體系

一般的中小跨橋梁常采用的結(jié)構(gòu)體系有簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁等形式。

1.1.1 簡(jiǎn)支梁

簡(jiǎn)支梁橋被國(guó)內(nèi)軌道交通廣泛采用，構(gòu)造簡(jiǎn)單，最易設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)；施工簡(jiǎn)單，工序少；可標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化施工，易控制整體質(zhì)量，縮短施工工期。尤其是簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)縫線(xiàn)路長(zhǎng)鋼軌縱向力的適應(yīng)性好。

缺點(diǎn)是橋梁伸縮縫、支座較多，景觀稍差，后期養(yǎng)護(hù)維修工作量大。

1.1.2 連續(xù)梁

連續(xù)梁橋線(xiàn)條流暢，效果好，在較大跨度上經(jīng)濟(jì)性好。結(jié)構(gòu)整體剛度大，豎向變形小，動(dòng)力性能好，有利于改善行車(chē)條件及舒適性，減小列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)。

但軌道交通高架一般采用無(wú)縫線(xiàn)路，且為無(wú)碴（剛性）軌道結(jié)構(gòu)。這樣，軌、梁成為整體，梁體結(jié)構(gòu)在溫度變化、豎向活載及制動(dòng)力作用下出現(xiàn)的位移和變形會(huì)使鋼軌產(chǎn)生縱向水平力，而該縱向水平力的大小和分配很大程度上取決于橋梁下部結(jié)構(gòu)的縱向剛度、上部結(jié)構(gòu)的跨度、豎向剛度及橋全長(zhǎng)。通常一聯(lián)連續(xù)梁橋設(shè)置一個(gè)固定墩，從而造成固定墩控制墩的截面設(shè)計(jì)，而城市高架結(jié)構(gòu)必須考慮墩型一致以達(dá)到景觀協(xié)調(diào)，完全按固定墩型進(jìn)行設(shè)計(jì)造價(jià)自然有所提高。

連續(xù)梁構(gòu)造較復(fù)雜，建造技術(shù)要求高，一般采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，對(duì)地面交通影響大，不利于工廠化施工，工期較簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)，且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)略高。

一般高架區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)梁跨推薦采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，局部小半徑曲線(xiàn)、跨越路口、道岔區(qū)等地段采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)梁跨截面形式

根據(jù)國(guó)內(nèi)外軌道交通高架橋建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及各種上部結(jié)構(gòu)的受力特性，可供選擇的結(jié)構(gòu)形式主要有T形梁或工形組合梁、箱梁、槽形梁等幾種。

1.2.1 T形梁或工形組合梁

T形梁的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，其設(shè)計(jì)、施工方法經(jīng)驗(yàn)成熟，是國(guó)內(nèi)鐵路及公路橋梁廣泛采用的梁型。對(duì)于鐵路橋梁采用一片梁對(duì)一根軌的形式，結(jié)構(gòu)的受力明確。需設(shè)置橫向連接，整體性較差，不利于無(wú)砟軌道鋪設(shè)，且景觀效果較差。T梁在國(guó)內(nèi)軌道交通幾乎沒(méi)有應(yīng)用，國(guó)外則在加拿大多倫多市、美國(guó)邁阿密市輕軌高架橋采用了雙T形梁。

工形組合截面混凝土梁將預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁與現(xiàn)澆混凝土橋面板結(jié)合在一起，形成組合結(jié)構(gòu)共同參與受力。工形組合梁相比T梁增強(qiáng)了橫向剛度和結(jié)構(gòu)的整體性，且有效地解決了T梁徐變上拱問(wèn)題，縮短了土建工程的施工周期。北京地鐵八通線(xiàn)高架橋采用了25m跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土工形組合梁作為標(biāo)準(zhǔn)梁，并于2003年底順利通車(chē)。如圖1。

圖1 北京地鐵八通線(xiàn)25m工形組合梁

1.2.2 箱梁

常見(jiàn)的箱梁斷面形式有雙箱單室箱梁和單箱單室箱梁兩種。如圖2、圖3。

圖3 單箱單室箱梁

雙箱單室箱梁（小箱梁）采用受力明確的雙線(xiàn)雙梁結(jié)構(gòu)，對(duì)道岔區(qū)等線(xiàn)間距變化區(qū)段通過(guò)調(diào)整現(xiàn)澆濕接縫寬度適應(yīng)梁寬，對(duì)島式車(chē)站的適應(yīng)性極強(qiáng)。由于可分片制作，而對(duì)吊裝設(shè)備的需求明顯降低，但后期需現(xiàn)場(chǎng)澆筑橫隔板和濕接縫，工序繁瑣，結(jié)構(gòu)的整體性相對(duì)較差，相比單箱單室箱梁由于梁底寬度較大導(dǎo)致橋墩寬度增加、占地面積大、景觀效果不佳。

上海地鐵9號(hào)線(xiàn)高架橋梁首次在國(guó)內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙箱單室箱梁，預(yù)制架設(shè)采用雙柱式橋墩，箱梁底部直接支撐于柱頂之上。

上海地鐵6號(hào)線(xiàn)、重慶軌道交通6號(hào)線(xiàn)也使用小箱梁作為高架結(jié)構(gòu)的梁部形式，箱梁主體在預(yù)制廠集中制造，架橋機(jī)架梁。

單箱單室箱梁截面整體性好，抗扭剛度大，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性?xún)?yōu)越，對(duì)經(jīng)常受活載偏載作用的軌道高架結(jié)構(gòu)尤顯突出。特別是其適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)直線(xiàn)段、曲線(xiàn)段、道岔段等處均可采用，提高了高架結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，又增加了美感，在國(guó)內(nèi)軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。

1.2.3 槽形梁

槽形梁具有建筑高度低、降噪效果好、斷面空間利用率高、易于實(shí)現(xiàn)橋梁與站后設(shè)備的系統(tǒng)集成、能阻止車(chē)輛出軌及傾覆下落等優(yōu)點(diǎn)。但槽形梁為開(kāi)口截面，抗扭剛度相對(duì)較小，受力復(fù)雜且施工難度大，工程造價(jià)高。

國(guó)外最早的預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁是英國(guó)1952年建造的羅什爾漢橋，此后，日本、德國(guó)、澳大利亞相繼在鐵路橋梁中應(yīng)用。在軌道交通工程中法國(guó)的里爾建造了雙線(xiàn)跨度為50m的預(yù)應(yīng)力槽形梁；智利的圣地亞哥地鐵3號(hào)線(xiàn)采用雙U形式槽形梁，已運(yùn)行多年，情況良好[3]。

國(guó)內(nèi)而言，1999年起廣州地鐵、上海地鐵開(kāi)始對(duì)槽形梁進(jìn)行了較為深入的研究。上海地鐵6號(hào)線(xiàn)中采用了34孔槽形梁，實(shí)橋測(cè)試結(jié)果表明橋梁的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐。

近年來(lái)槽形梁在國(guó)內(nèi)軌道交通開(kāi)始大面積使用，如上海地鐵6、11、16號(hào)線(xiàn)、南京地鐵2號(hào)線(xiàn)、深圳地鐵5號(hào)線(xiàn)、重慶軌道1號(hào)線(xiàn)等線(xiàn)路。如圖4、圖5。

圖4 重慶軌道1號(hào)線(xiàn)

圖5 深圳地鐵5號(hào)線(xiàn)

因單線(xiàn)槽形梁一般重達(dá)150t或更重，故對(duì)地面交通運(yùn)輸、吊機(jī)要求甚高，而且架設(shè)時(shí)往往需要封閉地面交通，加固道路結(jié)構(gòu)工程，現(xiàn)國(guó)內(nèi)部分線(xiàn)路已開(kāi)始研究適應(yīng)性更強(qiáng)的節(jié)段預(yù)制拼裝的設(shè)計(jì)、施工方法。但由于槽形梁為開(kāi)口截面，抗扭性能較差，節(jié)段預(yù)制拼裝精度要求高，拼裝施工時(shí)間較長(zhǎng)，投資較整孔預(yù)制吊裝高20%左右，因此槽形梁節(jié)段預(yù)制拼裝較少采用。

1.3 橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑

國(guó)內(nèi)已建成運(yùn)營(yíng)的軌道交通高架橋標(biāo)準(zhǔn)跨多采用25m和30m，上海、廣州等城市多采用30m標(biāo)準(zhǔn)跨度，而南京、武漢等地多采用25m為標(biāo)準(zhǔn)跨度，軌道梁跨度及梁型等具體情況詳見(jiàn)表1[4]。

表1 國(guó)內(nèi)主要城市軌道交通高架形式一覽表

從國(guó)內(nèi)同類(lèi)工程的建造經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，下部結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量隨跨度的變化較上部結(jié)構(gòu)更為敏感，所以25m梁的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)略高于30m梁；從景觀而言，較大跨度使結(jié)構(gòu)顯得輕盈與通透，有利于景觀效果改善。

2 下部結(jié)構(gòu)選型

軌道高架橋梁一般行走于道路分隔帶，橋墩型式的選擇應(yīng)以視覺(jué)感好、結(jié)構(gòu)外輪廓流線(xiàn)舒暢、結(jié)構(gòu)受力合理為原則。綜合考慮與梁部的協(xié)調(diào)、美觀，有如下墩型方案構(gòu)思。

2.1 雙箱單室箱梁

該梁型梁底寬度大，一般采用雙柱式橋墩，箱梁底部直接支撐于柱頂之上，如圖6、圖7所示[5]。

2.2 單箱單室箱梁

該梁型一般采用景觀效果更好的斜腹板，行走于城市道路綠化帶，橋墩往往選用與斜腹板協(xié)調(diào)的花瓶墩或Y形墩，如圖8、圖9所示[6]。

圖6 雙柱式花瓶墩 圖7雙柱式矩形墩

圖8 板式花瓶墩

圖9 Y形墩

2.3 槽形梁

該梁型底板很寬，單線(xiàn)梁一般寬4m，故需選用獨(dú)柱接長(zhǎng)懸臂蓋梁或Y型墩接蓋梁形式的墩型[7]，如圖10所示。

圖10 獨(dú)柱型長(zhǎng)懸臂蓋梁和Y型墩蓋梁

3 工法研究

3.1 支架現(xiàn)澆方案

支架現(xiàn)澆施工在地鐵施工中被大范圍應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)多工作面同時(shí)開(kāi)工，綜合施工速度快；缺點(diǎn)在于其橋梁質(zhì)量和外觀與預(yù)制相比有一定的差距，施工現(xiàn)場(chǎng)占地大、時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)城市環(huán)境和交通影響較大。

3.2 移動(dòng)模架施工方案

移動(dòng)模架工法以移動(dòng)式桁架為主要支承結(jié)構(gòu)的整體模板支架，可一次完成一聯(lián)梁體混凝土的澆筑，適用于跨度小于50m的多跨簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的施工。昆明地鐵首期工程高架區(qū)間采用移動(dòng)模架施工。

移動(dòng)模架施工軌道梁其現(xiàn)場(chǎng)梁體澆筑、就位時(shí)間較長(zhǎng)，為避開(kāi)車(chē)站、道岔區(qū)需重新組裝；對(duì)線(xiàn)間距較小的分修段無(wú)法脫模而不能采用。

3.3 節(jié)段拼裝方案

該工法將梁體沿縱橋向劃分為若干個(gè)節(jié)段，在工廠預(yù)制后分段運(yùn)到橋位處，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力使之拼裝成整體橋梁（如圖11）。廣州地鐵4號(hào)線(xiàn)采用節(jié)段拼裝30m簡(jiǎn)支箱梁取得了很好的效果[2]。由于節(jié)段施工運(yùn)輸架設(shè)方便靈活，施工對(duì)交通環(huán)境影響較小，該施工方法已越來(lái)越受到重視，也制定了相關(guān)設(shè)計(jì)施工規(guī)程，但還需進(jìn)一步完善。

圖11 節(jié)段拼裝施工過(guò)程

3.4 整孔預(yù)制方案

該方案在國(guó)內(nèi)外橋梁施工中應(yīng)用較廣，廣州地鐵4號(hào)線(xiàn)30m箱梁架橋機(jī)預(yù)制架設(shè)方案的成功應(yīng)用，表明該技術(shù)為未來(lái)軌道交通高架橋建設(shè)發(fā)展的方向之一[5]。

該方案是保證橋梁外觀質(zhì)量、縮短工期、降低總成本、減少施工對(duì)社會(huì)負(fù)效應(yīng)的最佳方式之一；其缺點(diǎn)在于前期設(shè)備投入較多，受線(xiàn)路平面半徑、縱斷面坡度限制，特別是預(yù)制場(chǎng)建設(shè)的用地較多。因此，該方案需要合理梁片數(shù)量，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，本類(lèi)專(zhuān)設(shè)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制經(jīng)濟(jì)梁片規(guī)模應(yīng)不小于300榀。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)城市軌道交通高架橋標(biāo)準(zhǔn)梁跨截面、標(biāo)準(zhǔn)跨徑及施工方案等多方面進(jìn)行了認(rèn)真的分析及比較，結(jié)論如下。

（1）城市軌道高架的選型除了滿(mǎn)足使用功能及景觀的需求外，必須認(rèn)真研究工法的選擇，預(yù)制場(chǎng)地、運(yùn)輸方式、吊裝能力等因素決定了施工工法，并控制著梁型的選擇。應(yīng)盡量將預(yù)制場(chǎng)地與車(chē)輛段用地結(jié)合，節(jié)約用地、投資，實(shí)現(xiàn)了資源共享。

（2）標(biāo)準(zhǔn)梁型的工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)是大勢(shì)所趨，應(yīng)加快大噸位運(yùn)輸、吊裝設(shè)備的研制和開(kāi)發(fā)，同時(shí)還需盡早完善節(jié)段拼裝及體外預(yù)應(yīng)力等相關(guān)的規(guī)范。

（3）大江、大河分布較多的城市，前期規(guī)劃應(yīng)重視軌道交通與市政交通公軌合建橋梁方案的研究，滿(mǎn)足節(jié)約資源、環(huán)保的設(shè)計(jì)要求。

[1]何宗華.城市輕軌交通工程設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

[2]施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[3]賀恩懷.槽形梁在城市軌道交通工程中的應(yīng)用 [J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2003，2:13-16.

[4]范征，趙啟儒.軌道交通高架區(qū)間橋梁結(jié)構(gòu)選型的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(12):30-33.

[5]楊宏林.城市軌道交通高架橋的選型[J].甘肅科技，2006，22(6):141-143.

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[7]胡匡璋.槽形梁[M].北京：人民交通出版社，1986.

Research on Construction Type and Construction Method of Viaduct in Urban Rail Transit

With the superiorities like quickness,safety,energy conservation,environmental protection and so on,the urban rail transit is relied on by more and more cities.Based on domestic urban rail transit construction,the selection of urban rail transit viaduct's superstructure is analyzed from the structural system,standard forms and standard span,etc.From the force structure and landscape effects,the author discusses the corresponding substructure modeling to the various types of superstructure.For the construction difficulties,construction quality,schedule length,environmental impacts,construction costs,etc.,comparative analysis is used among various engineering method.The results showed that:simply supported box-girder is recommended to be used in standard span that is 30m,column pier and vase pier are suitable for the superstructure and large-scale production of standard beam is the development trend,so engineering industry should pay attention to the research and development of related equipment.

urban rail transit;viaduct;construction type;construction method;simply supported beam;T-shaped girder;box girder;beam channel

U239.5

A

1671-9107（2014）05-0030-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.05.030

2014-02-11

胥民堯（1981-），男，江蘇鹽城人，研究生，工程師，主要從事軌道交通、鐵路及市政橋梁設(shè)計(jì)。

孫蘇，李紅