城市軌道交通高架橋的選型論文
摘 要:根據(jù)廣州地鐵四號(hào)線、五號(hào)線、六號(hào)線的設(shè)計(jì)及國(guó)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(hào)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(guó)內(nèi)外的地鐵建設(shè)中發(fā)展很快。在國(guó)外,如新加坡、荷蘭、法國(guó)等地的地鐵中都存在高架區(qū)段,國(guó)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(hào)線、三號(hào)線、四號(hào)線、五號(hào)線、六號(hào)線也都有部分區(qū)段采用了高架橋。這充分說(shuō)明了只要條件許可,設(shè)計(jì)處理得當(dāng),地鐵高架橋也會(huì)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(zhǎng)且平:短著幾百米,長(zhǎng)著二三十公里;處于城市之中,除與地下的交接的過(guò)渡段起伏較大外,其它區(qū)段相對(duì)比較平順。
(2)窄:不象市政城市橋梁,動(dòng)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(guò)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(wú)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(duì)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)城市軌道高架橋的現(xiàn)狀
就標(biāo)準(zhǔn)段高架橋來(lái)說(shuō),根據(jù)國(guó)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(lái)看,跨度上從25米、30米、35米都有,以30米為多,體系上簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu),以簡(jiǎn)支梁居多,截面型式有整體箱梁、小箱梁、Ｔ梁、槽形梁、魚(yú)腹梁、蝙蝠梁、脊梁等,以整體箱梁居多,施工方法上來(lái)說(shuō),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?kù)o止中流動(dòng),流動(dòng)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(zhǎng)、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(jué)效果,使之從屬于城市環(huán)境,不宜將城市的著眼點(diǎn)過(guò)多吸引在高架橋上,造型上應(yīng)以簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)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(guò)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(jué)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(jué)是穩(wěn)定的。高跨比越大,給人的感覺(jué)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(zhǎng),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(huì)大大增加,則宜采用較大的跨度,以減小綜合費(fèi)用。如對(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)的特點(diǎn),采用連續(xù)結(jié)構(gòu)要比簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。但連續(xù)結(jié)構(gòu)受力較簡(jiǎn)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(zhǎng)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(jiǎn)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(guó)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(tái)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(guò)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(tái)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(guó)內(nèi)高架橋通常采用的施工方法有:滿堂支架現(xiàn)澆、移動(dòng)支架現(xiàn)澆、整孔吊裝、節(jié)段拼裝等。目前,我國(guó)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(guó)施工單位存在許多諸如運(yùn)輸、架設(shè)設(shè)備等方面問(wèn)題尚未解決,無(wú)法采用預(yù)制吊裝法施工。比如,對(duì)于跨度為30ｍ的簡(jiǎn)支箱梁,每孔重雙線約320ｔ,單線約150ｔ。從國(guó)內(nèi)近幾年的發(fā)展來(lái)看,工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)是橋梁建設(shè)的趨勢(shì)。解決好施工,工程費(fèi)用會(huì)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(dòng)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(huì)轉(zhuǎn)向我國(guó)城市軌道高架橋的建設(shè)方面。
4 廣州地鐵六號(hào)線東延段投標(biāo)橋梁選型的參考性方案
廣州是我國(guó)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(guó)際化大都市,對(duì)建筑物的景觀要求較高。結(jié)合廣州地鐵六號(hào)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(yú)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(yú)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(guò)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(dòng)力性能,收縮變形數(shù)值小。
(2)魚(yú)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(yú)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(huì)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(hào)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(guó)內(nèi)還沒(méi)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(guó)內(nèi)沒(méi)有現(xiàn)行的體外束的規(guī)范沿用,需參照國(guó)外規(guī)范)魚(yú)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(jué)效果較好。
5 對(duì)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(kāi)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(kāi)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(tái)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):
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