雙層高架共建段軌道區(qū)間梁比選研究及施工

李 堅(jiān) 王旭光 陳 庭

（1.寧波市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展中心，浙江 寧波 315121；2.寧波市北侖區(qū)路港交通投資有限公司，浙江 寧波 315000）

2001 年上海市共和新路高架在我國開創(chuàng)了把地面道路、市政高架橋梁和城市軌道交通三者匯于一體的綜合交通工程，為高效、充分利用道路空間進(jìn)行了有效科學(xué)實(shí)踐；2011 年寧波北環(huán)快速路工程是全國第二條雙層軌道交通、市政高架共建工程，寧波市機(jī)場路南延工程則是寧波市第二條雙層綜合交通高架工程；近年來全國不少地方在探索著、研究著，不斷在追求技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步；橋梁技術(shù)不斷在發(fā)展，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆箱梁、預(yù)制小箱梁、預(yù)制T 梁等占據(jù)著十分重要的地位，而隨著U 形梁新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，也為共建段區(qū)間梁提供了一種新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，研究哪種橋梁結(jié)構(gòu)更適合共建段區(qū)間梁也成為一個(gè)必不可少的課題；同時(shí)，U 形梁作為一種新結(jié)構(gòu)單獨(dú)使用較多，在雙層高架內(nèi)使用又有其特殊性，也有必要對其預(yù)制、架設(shè)進(jìn)行研究。

1 工程概況

寧波機(jī)場快速路為寧波市“四橫五縱”快速路網(wǎng)中的重要快速射線，是構(gòu)建鄞南片、機(jī)場物流園區(qū)、奉化等沿線組團(tuán)與寧波市中心城區(qū)、組團(tuán)之間聯(lián)系的快速通道；項(xiàng)目采用“主線高架+地面輔道”，明州大道～中山東路段（約11.83km）與軌道寧奉城際線共建。

寧奉城際與機(jī)場快速路共建段按“高架快速路+軌道交通+地面輔道”布置，主線采用雙向6 車道橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度25.5m；地面輔道雙向6 快2 慢，中央分隔帶12.0m，位置滿足高架橋立墩需求。快速路高架橋與軌道交通高架橋共用下部橋墩和基礎(chǔ)，Y 型立柱橋梁結(jié)構(gòu)，軌道梁采用U 梁。

2 共建段區(qū)間軌道梁比選研究

2.1 梁型選擇

軌道交通橋梁常規(guī)結(jié)構(gòu)形式主要有整體現(xiàn)澆箱梁、預(yù)制小箱梁、U 形梁、預(yù)制T 梁等，軌道交通梁型選擇首先要滿足使用功能，力求經(jīng)濟(jì)、施工便捷、與周邊協(xié)調(diào)、美觀。

堅(jiān)持局部與整體相協(xié)調(diào)的原則，從長遠(yuǎn)角度衡量梁的方案是否合適，協(xié)調(diào)整體和局部的聯(lián)系，充分考慮施工技術(shù)、工藝、機(jī)械設(shè)備、資金等，對各備選方案進(jìn)行詳細(xì)對比，尋求出最佳軌道梁方案。

2.2 整體現(xiàn)澆箱梁

現(xiàn)澆箱梁特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)抗扭剛度大，動力性能好、外形流暢、造型美觀、設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)均成熟，是應(yīng)用最廣泛的一種梁型；且其適用性強(qiáng)，在區(qū)間直線、曲線、折返段及渡線段均可采用。既適用于簡支梁體系也適用于連續(xù)梁體系。

現(xiàn)澆箱梁的經(jīng)濟(jì)跨度為25m～35m，特殊情況下跨度可以達(dá)到75m，比如寧波市環(huán)城南路西延啟動段工程，在跨越躍進(jìn)河時(shí)，采用（45.5+75+43=163.5）m 三跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，是華東地區(qū)跨度第二的現(xiàn)澆箱梁。

現(xiàn)澆箱梁優(yōu)點(diǎn)明顯，變截面現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)多種地形，可根據(jù)地形條件不同調(diào)整跨度和跨數(shù)；變截面設(shè)計(jì)使預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)較為輕盈，并且具有高度小、跨越能力大的優(yōu)點(diǎn)[1]；多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)橋梁整體受力合理，能充分發(fā)揮混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼材抗拉強(qiáng)度的各自優(yōu)勢；變截面現(xiàn)澆箱梁橋單位體積混凝土用量少、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好、上部結(jié)構(gòu)箱梁直接落在墩柱上，減小橋梁自重，便于橋梁下部構(gòu)造輕型化。因此，在需要跨越河道、道路，以及橋面寬度變化時(shí)應(yīng)用較多。

現(xiàn)澆箱梁缺點(diǎn)是室外作業(yè)量大，長時(shí)間作業(yè)工人易疲勞，易發(fā)生質(zhì)量缺陷；工藝復(fù)雜，工序多，對地基承載力要求高；承重支架設(shè)計(jì)、施工、管理難度大，一旦發(fā)生事故易造成群死群傷，安全風(fēng)險(xiǎn)大；現(xiàn)場控制點(diǎn)多，施工強(qiáng)度高，作業(yè)人員數(shù)量多，控制不好易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

現(xiàn)澆箱梁施工方法可采用支架現(xiàn)澆、預(yù)制箱室橫（縱）向拼裝等工藝。本工程范圍內(nèi)軌道交通均為雙線布置，橋梁寬度約10m，無預(yù)制橫向拼接需求；同時(shí)，軌道橋梁位于雙層高架下層，受上層高架限制，橋面以上凈空有限，這對預(yù)制節(jié)段縱向拼裝帶來一定難度，需要針對凈空專門定制設(shè)備；因此，就本工程而言，對應(yīng)整體大箱梁比較適宜的施工方式為滿堂支架、型鋼支架現(xiàn)澆，但這對地面交通影響特別是路口交通較大，且工期相對較長；在交通組織可以優(yōu)化、調(diào)整，對交通影響較小時(shí)，在跨越路口、河道等大跨度時(shí)可以考慮。

2.3 預(yù)制小箱梁

預(yù)制小箱梁重要的特點(diǎn)是工廠化預(yù)制，能有效減輕現(xiàn)場作業(yè)強(qiáng)度，提高現(xiàn)場施工效率及安全標(biāo)準(zhǔn)化水平。

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)跨徑為25m～30m，最大跨徑一般不超過40m，單片梁重約80t～170t，廣泛應(yīng)用于中小跨徑橋梁工程中，如中橋、小橋、城市高架橋、立交橋和獨(dú)立大橋及特大橋中的引橋等。

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁優(yōu)勢主要包括梁高小、抗彎強(qiáng)度高、剪應(yīng)力小、抗扭剛度大、橫向荷載分配均勻、穩(wěn)定性好等良好的受力性能。此外，預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼小箱梁結(jié)構(gòu)簡潔，設(shè)計(jì)施工難度低，經(jīng)驗(yàn)成熟，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、工廠化施工；施工工期短，對交通和周邊環(huán)境影響較小。梁體外觀弧線設(shè)計(jì)，橋下視覺簡潔；預(yù)制小箱梁梁高相對較小，在梁高受限、橋梁景觀要求較高的城市橋梁，具有一定的優(yōu)勢；預(yù)制小箱梁負(fù)彎矩束錨頭位于箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)暴露面少，耐久性好；主梁箱型結(jié)構(gòu)剛度較大，在運(yùn)行期間變形小、行車較舒適。總體而言，小箱梁建筑高度小，外形美觀；橫向抗彎、抗扭慣性矩大、穩(wěn)定性好[2]、經(jīng)濟(jì)性好，便于標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化、工廠化施工，能有效控制施工質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的安全耐久性等優(yōu)點(diǎn)。

預(yù)制小箱梁缺點(diǎn)是施工工序多，工藝要求高，對管理與施工要求高，當(dāng)控制不到位時(shí)，易出現(xiàn)縱向裂縫；箱內(nèi)操作空間較小，混凝土一次澆注對內(nèi)模制作要求高，拆除相對麻煩，箱內(nèi)質(zhì)量檢驗(yàn)不便；相對同等跨徑的空心板、T 梁而言，吊裝重量大，對吊裝設(shè)備要求高；小箱梁支點(diǎn)不易調(diào)平，易造成支座脫空；同時(shí)在運(yùn)營期小箱梁翼緣板與腹板交界處易出現(xiàn)裂縫。

預(yù)制小箱梁施工方法為預(yù)制吊裝，待吊裝就位后，在現(xiàn)澆橋面板濕接頭和橫隔板以形成整體。軌道交通采用此類結(jié)構(gòu)時(shí)，一線一梁，濕接頭可以較好地解決由線間距變化而引起的橋面寬度的變化。為了保證小箱梁結(jié)構(gòu)的整體性，通常在兩片小箱梁間增設(shè)橫隔板，如果施工不好會影響景觀效果。

2.4 預(yù)制T 梁

T 梁是由配筋混凝土的上翼緣和梁肋結(jié)合而成，因其截面形狀與英文字母T 相似而得名。T 梁是根據(jù)受力特性，將矩形梁中受拉區(qū)混凝土挖去后形成的，挖去部分對抗拉強(qiáng)度不起作用，不影響結(jié)構(gòu)抗彎強(qiáng)度，卻可以節(jié)約混凝土，減輕構(gòu)件自重，提高結(jié)構(gòu)跨越能力。預(yù)制T 梁的特點(diǎn)與小箱梁相似，便于工廠化施工組織，現(xiàn)場作業(yè)速度快。

預(yù)制T 梁經(jīng)濟(jì)跨徑是20m～40m，最大跨徑可以達(dá)到55m 左右。

預(yù)制T 梁優(yōu)點(diǎn)是其設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)成熟，結(jié)構(gòu)跨越能力較強(qiáng)，主梁為預(yù)制構(gòu)件，可在工廠或施工現(xiàn)場預(yù)制，待主梁吊裝完畢后，澆筑橫隔板、橋面后連成整體，同時(shí)T 梁造價(jià)低，沒有內(nèi)模，施工工藝簡單，對施工設(shè)備沒有特殊要求。

預(yù)制T 梁的缺點(diǎn)是建筑高度相對高一些，抗扭強(qiáng)度小，且主梁、橫梁數(shù)量多，仰視梁底，縱、橫梁密布，比較凌亂，景觀效果較差。

總體而言，預(yù)制T 梁與預(yù)制小箱梁各有優(yōu)缺點(diǎn)，公路、鐵路多選用T 梁，而城市道路多選用小箱梁。

2.5 U 形梁

U 形梁是下承式開口薄壁結(jié)構(gòu)，梁體由底板、側(cè)面腹板和頂部的翼緣板連成U字形橫截面的橋梁結(jié)構(gòu)。U 形梁經(jīng)濟(jì)跨度為25m、30m 和35m。

U 形梁優(yōu)點(diǎn)包括，具有建筑高度相對較低，有利于控制橋下凈空，對城市景觀影響較小；U 形梁的兩側(cè)腹板可同時(shí)兼作聲屏障使用，腹板的上翼緣還可作為疏散平臺。目前應(yīng)用較多的為一線一梁的單線小U形梁。

同時(shí)，U 形梁在運(yùn)營期間車輛噪聲較少，對環(huán)境影響有限，相對于箱型梁，U 梁無箱體共鳴噪聲[3]；同時(shí)U 形梁是無空腔底板，U 型腹板，腹板挑檐以及隔聲調(diào)整塊的組合體，可有效控制車輛輪軌噪聲，形成對車輛輪軌噪聲的天然屏障[4]。除此之外，欄板、疏散平臺、牽引網(wǎng)立柱基礎(chǔ)等可以充分利用U 形梁腹板，統(tǒng)籌橋上附屬結(jié)構(gòu)與主體梁結(jié)構(gòu)，二期恒載減少約30%，梁體自重減少約15%，使造價(jià)更低[5]，行車安全性更高。

U 形梁的缺點(diǎn)是作為薄壁結(jié)構(gòu)，抗扭性能差，吊裝重量大，對運(yùn)輸設(shè)備、吊裝設(shè)備要求高，吊裝速度慢。

總體而言，U 形梁是一種下承式結(jié)構(gòu)梁，與傳統(tǒng)的箱型梁相比，這種梁型不僅外型更美觀，而且降噪效果好，斷面利用率高，造價(jià)也更低。U 形梁在上海、南京等城市軌道交通中已大規(guī)模使用。

2.6 結(jié)構(gòu)比選

本項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)為軌道交通、市政高架共建結(jié)構(gòu)，軌道交通位于中層，建筑空間受限，因此軌道區(qū)間梁結(jié)構(gòu)選擇時(shí)結(jié)構(gòu)高度是重點(diǎn)考慮的因素之一；同時(shí)考慮到了寧波市機(jī)場快速路南延是奉化區(qū)融入寧波主城區(qū)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，機(jī)場路高架周邊城市化進(jìn)程必然加速，高架橋勢必成為城市的一道亮麗風(fēng)景線，對結(jié)構(gòu)景觀因素也將是一個(gè)重要因素。

同時(shí)，根據(jù)常用結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)跨徑、結(jié)構(gòu)受力和建筑外觀三方面進(jìn)行比選，以選擇合適的軌道梁結(jié)構(gòu)形式。

綜合考慮以上因素，U 形梁能高效解決下層高架建筑空間限制、降噪減震環(huán)保、降低結(jié)構(gòu)高度、景觀效果等問題；該梁型的綜合性能相對普通箱梁、T 梁等具有明顯優(yōu)勢，具有建斷面空間利用率高、降噪效果好、筑高度減低、行車安全、外型美觀、視覺效果好等優(yōu)勢；同時(shí)施工工藝先進(jìn)、新穎；因此標(biāo)準(zhǔn)段推薦采用U 形軌道梁結(jié)構(gòu)形式。

3 共建段區(qū)間軌道U 形梁施工要點(diǎn)

U 形梁重量大，抗扭性能差，安裝過程需要跨越上蓋梁，因此在后期的吊裝安裝中需要統(tǒng)籌考慮，合理安排，才能保證項(xiàng)目順利實(shí)施。

1.寧波機(jī)場快速路項(xiàng)目投資規(guī)模大，單位工程造價(jià)高，需要分多標(biāo)段進(jìn)行施工招標(biāo)，在招標(biāo)時(shí)建議把軌道交通U 形梁預(yù)制、安裝單獨(dú)作為一個(gè)標(biāo)段進(jìn)行招標(biāo)，以便統(tǒng)籌規(guī)劃預(yù)制場地，避免浪費(fèi)；同時(shí)通過規(guī)模效應(yīng)，提升施工標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，保障U 形梁施工質(zhì)量。

2.結(jié)合各施工標(biāo)段建設(shè)條件，充分考慮跨河、跨路現(xiàn)澆施工計(jì)劃，合理安排提梁站，為后續(xù)U 形梁安裝提供便利條件，避免預(yù)制場內(nèi)積壓或者施工現(xiàn)場具備了架設(shè)條件但因提梁站設(shè)置不能安裝。

3.施工中優(yōu)先安排跨河、跨路等節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆梁施工，為后續(xù)U 形梁吊裝提供運(yùn)輸通道。

4.本項(xiàng)目預(yù)制U 形梁位于雙層高架道路的中層，U梁吊裝過程中受上方高架蓋梁阻擋，同時(shí)受凈空限制，常用架橋機(jī)無法正常使用，需要選擇合適的通過上方蓋梁的吊裝工藝、設(shè)備；尤其安裝架設(shè)工作沿線場地狹小，采用因地制宜的吊裝方法和施工工藝是關(guān)鍵所在[6]。

5.預(yù)制U形梁頂部有高架預(yù)制小箱梁，兩者的吊裝順序要明確，保證梁板均能正常吊裝到位[7]。

6.預(yù)制場的選擇，要充分考慮U 形梁運(yùn)輸線路、運(yùn)輸重量，確保沿線道路橋梁不收損傷；同時(shí)須在現(xiàn)場選擇合適的提梁點(diǎn)，平衡好U 形梁梁上運(yùn)輸距離與提梁站建設(shè)成本。

7.整體架梁順序，要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，依據(jù)上層小箱梁、中層U 形梁梁預(yù)制進(jìn)度、存梁能力優(yōu)化架梁順序；充分考慮U 梁廠產(chǎn)能與小箱梁預(yù)制場產(chǎn)能不匹配，為保證吊裝順利實(shí)施，小箱梁需要適當(dāng)提前安排施工[8]。

8.U 梁為空間薄壁結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力筋的布置、張拉順序都會對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生較大影響，在施工中一定要準(zhǔn)確確定鋼束位置、張拉順序。

9.在張拉端錨墊板附近應(yīng)力較集中，常常會出現(xiàn)微裂縫，采取及時(shí)有效的預(yù)防方案是確保U 梁預(yù)制成功的關(guān)鍵。

10.U 梁為開口薄壁結(jié)構(gòu)，抗扭性能較弱，對U 梁的存儲、運(yùn)輸、吊裝技術(shù)要求高，是影響工程最終質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目共建段U 形梁較好地解決了雙層高架的空間限制，實(shí)現(xiàn)了減震降噪與美觀的統(tǒng)一，并把造價(jià)控制在合理的范圍內(nèi)，為類似工程，特別是市政快速路與軌道交通共建高架工程，提供了完美的解決思路，提供了可借鑒案例。