都江堰M(jìn)-TR旅游客運(yùn)專線有軌電車項(xiàng)目橋梁設(shè)計(jì)

胡玉珠 郭建勛

摘要：本文結(jié)合都江堰M(jìn)-TR旅游客運(yùn)專線有軌電車橋梁工程的環(huán)境和特點(diǎn)，介紹了橋梁設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)車輛行駛需求及軌道受力分析了梁部及橋墩結(jié)構(gòu)剛度指標(biāo)，給出了具體建議。對(duì)梁部選型、墩身設(shè)計(jì)、跨線橋梁的方案進(jìn)行了介紹分析。

Abstract： This paper introduces the design principles and technical standards of bridge design based on the environment and characteristics of the tramway construction of Dujiangyan M-TR tourist passenger dedicated line. According to the driving demand of the vehicle and the stress of the track， the structural stiffness indexes of the beam and pier are analyzed. Specific recommendations are given. The introduction and analysis of the beam selection， pier design and over-the-line bridge were carried out.

關(guān)鍵詞：有軌電車;梁部選型;結(jié)構(gòu)剛度;花瓣形墩;隱形蓋梁

Key words： tram;beam selection;structural stiffness;petal-shaped pier;invisible cover beam

中圖分類號(hào)：U482.1;U441 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）10-0142-03

0 ?引言

現(xiàn)代有軌電車是一種運(yùn)量介于輕軌和公交之間的輕型軌道交通，具有節(jié)能、環(huán)保、便捷、舒適的優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)特性與輕軌相近。目前國(guó)內(nèi)多個(gè)城市已建或在建現(xiàn)代有軌電車，且呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。都江堰M(jìn)-TR旅游客運(yùn)專線是都江堰首條在建有軌電車項(xiàng)目，對(duì)省內(nèi)類似地區(qū)的有軌電車建設(shè)具有示范作用。

1 ?項(xiàng)目概況

都江堰M(jìn)-TR旅游客運(yùn)專線線路整體由北向南，主要位于幸福鎮(zhèn)、玉堂鎮(zhèn)、中興鎮(zhèn)、青城山鎮(zhèn)，與成灌鐵路共同構(gòu)建了都江堰市的公共交通網(wǎng)絡(luò)體系。沿線地貌為成都平原冰水-流水堆積地貌，地勢(shì)平坦，基礎(chǔ)持力層以卵石土為主，沿線地震峰值加速度0.15～0.2g。線路全長(zhǎng)約20.3km，既有橋梁約1.1km，新建橋梁約1.2km。橋梁工程包括區(qū)間新建橋梁三座，高架車站1座，改造既有跨河橋梁10座。

2 ?設(shè)計(jì)原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

線路最高設(shè)計(jì)時(shí)速70km/h，按雙線4.0m線間距設(shè)計(jì)。橋梁設(shè)計(jì)以“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和美觀”為基本原則，滿足線路總體布置和城市規(guī)劃要求，滿足規(guī)劃道路的限界、河流行洪要求，滿足供電、通信、信號(hào)、軌道、給排水、聲屏障等有關(guān)工種工藝設(shè)計(jì)及預(yù)埋件設(shè)置等要求，充分考慮路線控制點(diǎn)、占地、拆遷等因素，充分考慮橋梁與城市景觀和周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)。

車輛采用6軸低地板有軌電車，平均軸重不大于12.5。

3 ?上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 梁部剛度指標(biāo)

梁部豎向剛度是影響車輛行駛舒適度的重要指標(biāo)，在未進(jìn)行梁體車橋耦合檢算時(shí)，主要通過(guò)以撓度和梁端轉(zhuǎn)角兩個(gè)指標(biāo)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于梁部剛度的規(guī)定對(duì)比如表1。

有軌電車設(shè)計(jì)時(shí)速一般低于80kN/h，其荷載較輕對(duì)于軌道的沖擊效應(yīng)也較小，其梁端轉(zhuǎn)角可根據(jù)地鐵規(guī)范取值。活載撓度是軌道平順性的反映，在低速行駛時(shí)，其要求應(yīng)低于城際列車的相關(guān)要求，按城際鐵路取值亦可。在都江堰有軌電車橋梁設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于車輛荷載較輕，常規(guī)跨度橋梁剛度指標(biāo)均能滿足上述指標(biāo)上限值的要求。

3.2 梁部選型

項(xiàng)目從標(biāo)準(zhǔn)化施工、節(jié)約工程投資的角度出發(fā)，梁部以簡(jiǎn)支梁為主，跨越道路和河流時(shí)根據(jù)需要選用連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)。全線橋梁平均墩高約7.5m，根據(jù)工程實(shí)踐，當(dāng)城市橋梁的墩高與跨度比例在1：2.4～1：4之間時(shí)，橋梁景觀較好，符合人們的視覺(jué)審美習(xí)慣，因此選用跨越能力較強(qiáng)的30m梁作為標(biāo)準(zhǔn)跨度，采用20m梁配跨。

從城市景觀考慮，梁部可選梁型一般為整體箱梁、小箱梁、槽型梁。槽型梁與沿線成灌鐵路及市政橋梁外觀不協(xié)調(diào)，造價(jià)略高。全線地勢(shì)平坦，現(xiàn)場(chǎng)施工條件較好，整體箱梁相比預(yù)制小箱梁景觀效果和行車性能更好，經(jīng)濟(jì)性差別不大，綜合比選選擇整體現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)。

3.3 梁部及附屬結(jié)構(gòu)

上部30m跨簡(jiǎn)支箱梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，梁頂板寬9.2m，梁高2.0m。梁部采用C50混凝土，設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力體系，梁部按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中城際鐵路的各項(xiàng)指標(biāo)控制設(shè)計(jì)。梁部橋面具體布置為：0.35m（欄桿）+1.05m（檢修通道/電纜槽）+2.4m（軌道結(jié)構(gòu)）+1.6m（中檢修道/接觸網(wǎng)）+2.4m（軌道結(jié)構(gòu)）+1.05m（檢修通道/電纜槽）+0.35m（欄桿），軌道結(jié)構(gòu)采用軌道+承軌臺(tái)模式，軌道采用槽型軌，扣件連接，軌道結(jié)構(gòu)高52cm。

梁部采用可抽換式橡膠伸縮縫，球形鋼支座，欄桿防撞等級(jí)為SS級(jí)，梁部采用箱中部單列排水，設(shè)置箱內(nèi)集中排水管，通過(guò)墩臺(tái)引入地下管道。梁端設(shè)置AB兩種錯(cuò)位錨固方式，梁部根據(jù)梁型依次現(xiàn)澆施工。

4 ?墩臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 橋墩剛度指標(biāo)

目前地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[2]和有軌電車設(shè)計(jì)規(guī)范[3]對(duì)橋墩縱向剛度的規(guī)定均為參照鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范制定，各規(guī)范橋墩最小水平線剛度取值如表3。

根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[1]的條文解釋，該項(xiàng)指標(biāo)的制定主要是為了保證無(wú)縫線路的穩(wěn)定性和安全性，使軌道附加應(yīng)力和梁軌位移不超過(guò)限制。國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目[4]相關(guān)研究表明，鋼軌縱向附加應(yīng)力主要由橋上列車制動(dòng)力、溫度力、撓曲力等作用產(chǎn)生的，列車制動(dòng)力占比較高。而橋梁下部結(jié)構(gòu)縱向水平剛度大小是影響列車制動(dòng)力的主要因素。墩臺(tái)縱向剛度越大，由制動(dòng)力引起的鋼軌附加力越小，而溫度伸縮力和撓曲力引起的鋼軌附加力越大，制動(dòng)力隨縱向剛度的變化趨勢(shì)比其他附加力更為顯著。

根據(jù)《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》[6]的條文說(shuō)明，為保證軌道的強(qiáng)度和穩(wěn)定，鋼軌的附加應(yīng)力最大拉應(yīng)力不超過(guò)80MPa，最大壓應(yīng)力不超過(guò)61MPa，根據(jù)鐵路橋梁設(shè)計(jì)實(shí)踐和眾多文獻(xiàn)資料的研究成果來(lái)看，在客貨共線、高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)，軌道的制動(dòng)應(yīng)力通常在10～40MPa范圍，制動(dòng)位移1～3mm以內(nèi)。軌道結(jié)構(gòu)的豎向動(dòng)彎應(yīng)力也是軌道應(yīng)力的重要組成部分，普通鐵路的動(dòng)彎應(yīng)力在100MPa左右。輕型軌道交通軸重較小，對(duì)應(yīng)的動(dòng)彎應(yīng)力和制動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)較小。結(jié)合文獻(xiàn)[5]分析，對(duì)比客運(yùn)專線、輕軌荷載、有軌電車制動(dòng)力進(jìn)行對(duì)比。

有軌電車的制動(dòng)力遠(yuǎn)小于客運(yùn)專線、輕軌交通的制動(dòng)力，以全部制動(dòng)力均由軌道承受計(jì)算，軌道制動(dòng)附加應(yīng)力約為8MPa，遠(yuǎn)小于城際鐵路或輕軌交通的制動(dòng)附加應(yīng)力，考慮其動(dòng)彎效應(yīng)也較小，橋墩水平剛度不再成為影響鋼軌安全的控制性因素。

從列車運(yùn)行安全、養(yǎng)護(hù)、旅客舒適度等方面考慮，仍需對(duì)橋墩墩頂位移加以限制，按上述幾項(xiàng)規(guī)范的規(guī)定，均要求墩頂縱向位移滿足Δ？燮5■，橫向滿足Δ4，Δ為墩頂位移（mm），L為橋梁跨度（m）。

4.2 墩臺(tái)構(gòu)造

橋墩采用花瓣型墩，墩身四面及頂部設(shè)圓弧倒角，增加了結(jié)構(gòu)線條的柔和性，與梁體外觀融入一體。橋墩墩高范圍3～12m，墩身縱向尺寸1.4m，墩頂橫向尺寸4.2m，墩底橫向尺寸2.2m，中間設(shè)置寬30～120cm、深15cm槽口，兼顧排水管道設(shè)置。

橋臺(tái)采用矩形實(shí)體橋臺(tái)，臺(tái)長(zhǎng)3m，臺(tái)高3～6m，臺(tái)寬9.2m，臺(tái)頂梁部?jī)蓚?cè)設(shè)置梯形擋塊，臺(tái)頂設(shè)置縱坡適應(yīng)線路變化，梁臺(tái)交界處按豎直梁縫處理。

5 ?跨線橋梁

線路兩次小角度跨越106省道，線路半徑僅100m，所需跨度約70m。有三種備選方案：①36+70+36m連續(xù)梁方案;②30+2×30+30m獨(dú)柱中墩連續(xù)梁方案;③30+2×35+30m門(mén)式中墩連續(xù)梁方案。

三種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表5。

方案一小曲線大跨連續(xù)梁，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，溫度變形附加內(nèi)力大，梁端橫向變形控制困難;梁高較高，為滿足結(jié)構(gòu)凈空需太高線路高度，增加墩高橋長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性較差;變高度小曲線梁現(xiàn)澆施工難度大。方案二路中心設(shè)墩影響行車安全，在設(shè)置隔離帶后需要對(duì)兩側(cè)路面拓寬，道路平順性較差。方案三雖增設(shè)蓋梁犧牲了一定的經(jīng)濟(jì)性，但保證了結(jié)構(gòu)凈空的同時(shí)，有效改善了梁部受力，保證了軌道結(jié)構(gòu)的安全。

6 ?結(jié)語(yǔ)

都江堰M(jìn)TR有軌電車項(xiàng)目，在2017年開(kāi)工至今，各項(xiàng)工程進(jìn)展順利，較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)可供同類工程提供參考。

①有軌電車具有軌道交通的特點(diǎn)，但其荷載又遠(yuǎn)小于其他軌道交通，在梁部及墩臺(tái)的控制指標(biāo)上仍有較大的優(yōu)化空間，規(guī)范的編制需結(jié)合車橋計(jì)算、運(yùn)營(yíng)測(cè)試等進(jìn)一步完善。②城市有軌電車橋梁宜選用箱梁、花瓣式橋墩、Y性橋墩等景觀和經(jīng)濟(jì)效果堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)形式。③橋墩縱向水平剛度已成為橋墩設(shè)計(jì)的控制性因素，從改指標(biāo)的制定初衷及各種車輛荷載的對(duì)比來(lái)看，有軌電車橋梁的縱向剛度對(duì)軌道安全的影響很小，規(guī)范宜取消相關(guān)規(guī)定或進(jìn)一步優(yōu)化。④小角度跨線橋梁結(jié)構(gòu)采用隱形門(mén)式墩結(jié)構(gòu)可以有效解決行車凈空，減少大跨度結(jié)構(gòu)的使用。

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