中低速磁浮與公路合建方案研究

王培峰

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

從目前國內城市軌道交通的整體規模和功能適應性等方面分析，中低速磁浮系統有一定的市場需求，在市內中低運量軌道交通、市郊線路、機場線和旅游專線等領域具有較強的競爭優勢[1]。通過對長沙磁浮快線[2]、北京S1線及清遠磁浮[3]等中低速磁浮項目及其特性研究，分析得出其具有小半徑、爬坡能力強等特點[4]，可以貼合城市既有主干道走行以減少征地及房屋拆遷。

隨著城市發展，城市土地越趨緊張。新規劃的城區公路較寬，軌道交通可以沿公路采用高架方式敷設；老城區公路較窄，輪軌等軌道交通由于噪聲、振動較大，應采用地下方式敷設，工程投資較高[5]。相較而言，中低速磁浮是綠色、環保的新型交通方式，具有低噪聲、低振動的優勢，可以沿公路采用高架方式敷設，以降低工程投資[6]。

本文研究以中低速磁浮系統特性為抓手，充分利用中低速磁浮低噪聲、低振動、小半徑、爬坡能力強、綠色環保的特點[7－8]，對中低速磁浮與公路的空間位置進行組合，研究了四種不同的合建方案，并從工程的結構受力情況、結構穩定性、施工難易程度、景觀效果、適用性等方面對方案進行了對比分析。研究結果表明:采用公磁合建方案，可以達到減少工程用地、減少對城市分割、降低工程投資、減少施工干擾的目的。

2 方案研究

當城市軌道交通與公路走向一致時，可以根據公路條件、軌道交通設站情況等因素，選擇與公路合建或者并行分建方案。中低速磁浮較其他城市軌道交通方式更適合與公路共廊道，穿行于城市之中[9]，本文對中低速磁浮與公路(下簡稱公磁)合建、分建方案進行研究。

2.1 公磁合建方案

中低速磁浮荷載作用結構的位置及大小穩定，但對結構有剛度要求；公路荷載相對發散，但對結構無剛度要求。兩者合建時，由于兩類荷載共同作用，故需要同時滿足兩類結構的要求，因此結構受力復雜且有剛度要求，如何確定合理的合建結構是公磁合建是否成功的關鍵。針對不同的外部條件，本次研究四類不同的合建形式。

2.1.1 公磁合建同層布置方案——方案一

該方案磁浮線路布置在梁體中間，高架橋面直接作為軌道梁的彈性基礎，即軌道梁采用“梁上梁”方案，見圖1。當設置車站時，高架公路需要向兩側繞行，避開車站主體，見圖2。

圖1 公磁合建同層布置方案斷面

圖2 高架公路于磁浮兩側車站設置方案平面

(1)適應性分析:同層布置方案結構簡單，但橋面寬達26 m，適用于公路紅線寬50～60 m的路段；需對原公路斷面的綠化帶進行調整，調整后中央綠化帶寬度12 m；若需提高行車道利用率，12 m寬中央綠化帶范圍的橋下空間也可調整為機動車道。

(2)優缺點分析

①優點:在車站范圍內，公路與磁浮車站兩者工程相對獨立、互不干擾，施工簡單，車站使用功能、視覺效果較好。

②缺點:公路高架橋在車站范圍內需往兩側繞行，需具備立墩條件，對下部公路布置影響較大，需考慮增設綠化帶。當車站間距較小時導致公路線形在較短距離內頻繁變換，且繞行后受橋墩立墩需要，對下部公路布置影響較大。

該方案結構可行，但對公路影響較大，適用于公路寬度較寬，且車站設置不宜過密。

2.1.2 公磁合建分層布置方案

(1)磁浮工程在上、公路工程在下，獨柱墩方案—— 方案二

該方案采用獨柱橋墩(“干”字形墩)，最上層設置磁浮橋梁結構，將軌道梁架設在公路橋梁橋面以上；下一層布置為公路高架橋梁，分為左右兩幅布置，梁體落在挑出的蓋梁上[10]，見圖3。當設置車站時，需要將公路橋梁間距拉開，或者將磁浮車站整體抬高。當公路紅線較窄設車站時，受控于高架公路所需凈高以及車站本身所需凈高的要求，此站型整體高度較高，需約32 m左右。

圖3 公磁合建分層布置方案斷面(磁浮上層、公路下層)

適應性分析:該方案頂層磁浮橋梁梁面在地面以上約17 m，橋面寬度較同層布置方案有所減小，總寬22 m，適用于公路紅線寬30 m以上的路段；且需對原規劃斷面的綠化帶進行調整，保證中央綠化帶寬度4～5 m，機非分隔帶寬度根據公路路幅進行相應調整[11]。

該方案結構可行，可適用于公路紅線較窄的路段，但橋梁結構較高，對城市景觀影響大。

(2)公路工程在上、磁浮工程在下，獨柱墩結構—— 方案三

該方案最上層設置公路橋梁，由于其橫向較寬，考慮結構穩定性，橋墩與公路橋梁梁體固結；下一層布置為中低速磁浮，為滿足磁浮與墩柱的限界要求，磁浮左右線線間距拉開，梁體落在挑出的蓋梁上。該方案頂層公路橋梁梁面在地面以上約17 m，見圖4。當設置車站時，高架公路在磁浮線路上部方案，磁浮線路與公路線路均保持不變，見圖5。

圖4 公磁合建分層布置單柱墩方案斷面(公路上層、磁浮下層)

圖5 高架公路在磁浮上部車站設置方案平面

①適應性分析:該方案適用于公路紅線寬30 m以上的路段，需對原規劃斷面的綠化帶進行調整，保證中央綠化帶寬度有4～5 m，機非分隔帶寬度根據公路路幅進行相應調整。

②優缺點分析

優點:高架公路與磁浮車站整體結合性較好，線路順直，無多余工程，對公路布置影響較小。

缺點:公路與磁浮在車站部分結合設置，工程復雜，設計及施工結合部較多，車站土建工程量較大。由于需要在車站內部設置體量粗大的橋墩用以支撐上部公路結構，車站內部旅客乘降、功能使用、立面造型、視覺感受等均較差。

該方案磁浮布置在下層，結構高度較低，不受公路橋梁影響，有利于車站布置，且對公路線形影響較小；但是該方案公路橋梁高度較高，上下匝道處橋梁長度較長，對城市景觀有一定影響。總體分析，該方案對磁浮、公路工程及城市影響較小。

(3)公路工程在上、磁浮工程在下，雙柱門式墩結構—— 方案四

該方案區間范圍也采用了車站范圍的雙柱門式墩結構。為保證磁浮工程凈寬要求，雙柱橋墩間距采用11.5 m，對現狀公路要進行渠化改造，以保證門式墩橋下有2車道的通行凈寬要求。該方案有利于磁浮車站設置，但是由于限界凈空要求以及橫梁高度影響，頂層公路橋梁高度將達約17 m，見圖6。車站布置和方案三一致。

適應性分析:該方案適用于公路紅線寬30 m以上的路段，但需對原規劃斷面的綠化帶進行調整，保證雙柱所在綠化帶的寬度有3.5～4 m，機非分隔帶寬度再根據公路路幅進行相應調整。

圖6 公磁合建分層布置雙柱墩方案斷面(公路上層、磁浮下層)

該方案不論是在區間還是在車站，都需采用雙柱結構，結構較方案三復雜，施工難度較大。

2.2 公磁分建方案——方案五

考慮到合建方案受公路線形、磁浮車站諸多因素影響，工程實施難度較大，還研究了分建方案。該方案中低速磁浮與公路分開，縱斷面可結合項目自身需要靈活調整，互不干擾。

該方案可按照中低速磁浮橋梁高于公路高架布置，從景觀考慮，也可按與公路高架等高布置。但該方案兩者間線間距需拉開，以滿足橋面布置要求。雖然該方案建設方式靈活，結構方案簡單易行，但是占用地面公路路幅較多，對地面公路的交通行車影響較大，僅適用于路幅50～60 m以上的路段，見圖7。

圖7 公磁分建方案斷面

3 對比分析

3.1 綜合對比

對于上述五個方案進行綜合對比，見表1。

表1 綜合對比

從表1可以看出，五個方案具有各自不同的特點，同時具有不同的適用場景:當用地紅線較寬，路幅寬度達到50～60 m時，宜選擇荷載及穩定性較高的方案一及方案五；當用地紅線較窄，路幅寬度僅30 m時，宜選擇荷載及穩定性相對較優、結構尺寸較小的方案三。

3.2 公磁合建與分建方案對比

針對公磁合建與公磁分建方案進行對比，以中部某市市政項目為例。中低速磁浮項目線路長約40.9 km，設站24座，公路長25.5 km。其中AK3＋000～AK30＋500段兩條工程線路走向一致，可考慮兩工程合建。

分段建設方案:AK3＋000～AK10＋500段公磁合建，線路長7.5 km；AK10＋500～AK15＋200段公磁分建，磁浮線路長4.7 km，公路線路長2.7 km；AK15＋200～AK30＋500段公磁合建，線路長15.3 km。共22.8 km采用公磁合建方案。工程投資[12]對比分析見表2。

表2 工程投資對比分析

從表2可以看出，合建的總投資較兩個工程單獨分建時的投資總和低。

3.3 分析結論

通過以上分析，公磁合建方案最大的優點就是兩項目共用橋墩基礎，減少工程用地，減少對城市的分割，總體投資較省，且可以減少施工過程中的干擾，整體景觀效果相對較好。

4 結束語

中低速磁浮為綠色、環保的新型交通方式，具有小半徑、爬坡能力強等特點，其線形更適應公路。隨著城市的發展，城市土地越趨緊張，中低速磁浮與公路合建具有重要意義。采用合建方案，兩項目共用一個征地紅線，減少了工程用地；可以減少一次對城市的分割，整體景觀效果相對較好；共用一個橋墩基礎，減少了部分共用結構，總體投資較省；同步規劃、同步設計、同步施工，減少施工過程中的干擾。但由于兩者合建受兩類荷載共同作用，確定合理的合建結構是公磁合建是否成功的關鍵，因此，設計時應重點考慮橋梁結構同時滿足兩類荷載的要求。研究結論對于鄰近公路建設中低速磁浮等軌道交通方案研究具有一定的參考價值，為未來城市綜合交通建設提供了一個新的方案。