淺談城市軌道交通高架橋的選型論文

摘 要:論述了城市軌道交通高架橋選擇的主要影響因素,對常用的高架橋的橋式方案,橋樑的上部結構及下部結構的選型進行了詳細論述,為進行城市軌道交通高架橋的設計提供了參考依據。

關鍵詞:城市軌道交通,高架橋,上部結構,下部結構

隨着城市化進程加快和城市人口增加,城市交通狀況日益惡化,因此我國加快了城市軌道交通的建設。城市軌道交通主要有地鐵系統和輕軌系統,目前,國內已經在十幾個城市開始了軌道交通工程建設項目,並已在北京、上海、廣州、深圳、重慶、南京、武漢、大連、天津等城市開通了城市軌道交通運營。眾所周知,地鐵的建設成本很高,地鐵的地下線造價達到8000元/m2~10000元/m2,而高架線的造價一般為3000元/m2左右。另外,高架線路能充分利用城市空間,節約城市寶貴用地,建設週期相對較短。因此,高架橋在城市軌道交通中被廣泛採用。高架橋的選型,是橋樑工程師在進行設計時的首要工作。現就城市軌道交通高架橋選型方面談一些看法。

　　1 高架橋選擇的主要影響因素

1.1 高架橋與景觀影響

1)高架橋的結構形式必須根據周邊環境,按照橋樑美學的理念,採用合理的線形和高寬比、高跨比。

2)通過景觀設計,提高高架橋與城市景觀的協調性。

1.2 高架橋與環境影響

1)在人口密集區考慮採用槽形樑,可有效降低列車運行時的噪聲影響;基礎採用樁基礎可以減小振動向遠距離的傳播;採用抗振動性能好的板式支座能減小列車運行時產生的振動噪音。

2)在線路中間設置T型隔聲屏,線路兩側設倒L式隔聲屏,在噪聲敏感地段的線路兩側或單側設置大型折板式隔聲屏,可以達到很好的降噪效果。

　　2 高架橋橋式方案比選

1) 簡支樑結構簡單,受力明確,對地基的適應性比較強,當地基發生局部均勻沉降時可以通過調整支座高度或支承墊石標高等方法來恢復橋面標高。2)簡支樑的'設計與施工經驗比較成熟,能適應現澆、整孔預製吊裝、節段預製拼裝等多種施工方法。樑體的製造便於工廠化、標準化,安裝架設方便,有利於縮短工期,減少軌道交通建設對周圍環境的影響。3)簡支樑橋建成後維護作業相對簡單方便,有利於線路保持良好的運營狀態。

　　3 高架橋上部結構選型

3.1 箱梁

目前,國內外大多數城市軌道交通高架橋的樑部都採用箱梁。箱梁具有以下優點:1)箱梁的橋樑建築高度適中,外觀簡潔、美觀,線型流暢,景觀效果比較好。2)具有閉合薄壁截面,抗扭剛度大,整體受力性能好,動力穩定性好,用料較省。箱梁頂板和底板都具有較大的面積,能有效地抵抗正負彎矩,並滿足配筋要求。尤其是在偏心荷載作用下,箱梁的整體受力情況較T樑有利。3) 箱梁有嵌固在樑上的懸臂板,懸臂板的長度可以在一定範圍內變化,而且腹板的間距也能放大,因此箱梁能適應變寬截面,在區間直線段、曲線段及折返線等處均可採用,便於統一同一條線路的樑型。4)箱梁的適用範圍比較廣,可用於簡支樑體系和連續樑體系,能適用於各種跨度,各種墩形。設計與施工經驗成熟,能滿足標準化和現代化的施工要求。

3.2 槽型樑

槽型樑是一種下承式結構,在國內應用很少,在美國有工程實例。槽型樑有以下優點:1)橋樑建築高度低,便於城市道路間立體交叉,適用於淨空控制且有特殊跨越要求的地段。由於樑高比較低,能壓低線路標高,節約總投資。2)兩側腹板能隔絕部分輪軌運行時產生的噪音,達到類似聲屏障的作用,減少車輛的噪聲影響。3)斷面綜合利用率比較高,主樑上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散通道,在車站內部可以作為站台寬度使用,下部空間可佈置通信、信號、電力電纜等管線,橋樑的整體景觀效果比較好。4)槽型樑兩側主樑可防止脱軌車輛傾覆下落,給行車安全提供了可靠的保證。但槽型樑造價較高,設計、施工經驗比較少,而且施工難度大,工期長,施工時對周邊環境的影響比較大。

3.3 空心板樑

空心板樑曾應用於深圳的鐵路高架橋,主要有以下優點:1)橋樑建築高度較低,自重輕,受力清晰。設計、施工經驗相當成熟,適合於整孔預製,施工進度快。2)空心板樑適宜在高架線路道岔區採用。在高架道岔區,線路走向及道岔佈置的方式多樣,結構受力情況比較複雜,採用整體預應力混凝土空心板樑,有利於結構整體受力,有利於靈活調整道岔的佈設位置,同時能提高結構滿足線路和道岔佈設造成異形結構的適應性。

但空心板樑的缺點也很明顯:1)板樑若採用預製安裝,各片板樑間鉸接,橫向連接不強,使用時容易引起橋面開裂。2)由於板樑的樑高比較低,相應剛度較小,預應力度大則容易上拱,預應力度小則容易下撓,樑部後期收縮徐變較大,不利於軌道交通線路軌道調高要求。

3.4 下承式脊樑

下承式脊樑在我國的城市軌道交通高架橋中尚無應用。其主要特點有:1)橋樑建築高度即為挑臂板的厚度,高度低,不受跨度改變的影響,有利於線路專業的選線。2)可以綜合利用各種構造,提高結構的利用率。如脊樑、邊樑可防噪,脊樑頂可用做檢修通道等。3)可採用預製杆件拼裝施工,進度快,受干擾少,但設計、施工經驗少。

3.5 T樑

T型樑在我國的普通鐵路橋中廣泛運用,主要優點有:1)結構簡單,用料省,受力明確,其抗彎性能好,設計、施工經驗成熟。2)主樑預製方便,吊裝重量輕,施工方便,且構件容易修復或更換。但T樑的建築高度高,在線路標高受限的區段不宜使用,而且美觀性差,在鉸接處整體受力性差。

　　4 高架橋下部結構選型

4.1 單柱式墩

4.1.1 方柱式T墩

適用於T樑,板樑和槽形樑等,應用於箱梁時一般為一線一箱的分離式箱梁。墩柱上設托盤,可以減少墩柱的尺寸,受力簡單、結構簡潔、施工簡單。但由於造型較普通,上下部過渡段有轉折,城市景觀效果較差。

4.1.2 板式T型墩

適用於箱梁、T樑、板樑和脊樑等各種樑型。板式T型墩在景觀上得到很大的改善,墩柱上部設圓弧倒角曲線順接,與上部樑體線條的流暢一致,減少視覺錯位感。墩四周設圓弧倒角,增加了結構線條的柔和性,適當消除了混凝土構件的凝重感。

4.1.3 板式Y型橋墩

適用於T樑、箱梁、板樑和槽型樑等各種樑型。採用獨柱板式橋墩,上部採用Y型雙墩支撐,結構受力得到改善,用料較省,造型藝術化,外觀較好。墩柱表面進行雕塑化處理,能充分改善土建結構的景觀效果,達到美化城市環境的目的。適用於線間距比較大的地段,橫向蓋樑能用於支撐線間距較大的樑。

4.2 雙柱式墩

雙柱式橋墩適用於T樑、箱梁、板樑和槽型樑等各種樑形。多用於線間距比較大、多線或出岔地段。墩柱較纖細,多根並列,承載能力好,穩定性較強。樁可以是鉛直的或斜置的,墩柱頂部可以通過曲線處理使上下部平順連接。但雙柱式橋墩在斜向視點會感覺墩柱較多,造型顯得不夠簡潔,形成局部零亂的不良景觀效果。

4.3 剛架墩

剛架墩寬度大(橫橋方向)而厚度小;它的外觀立面可呈門形、倒L型和梯形等。剛架墩的受力比較複雜,必須配置普通鋼筋或預應力鋼筋,鋼筋用量比較大。在控制地段橋樑跨越道路或建築物時,可根據實際情況結合城市景觀要求採用剛架墩。

　　5 結語

在進行城市軌道交通高架橋設計時,首先應該考慮對景觀的影響,在考慮結構自身的構造要求及強度要求的同時,應注重橋樑的藝術造型,把對結構的美化設計放在突出位置,儘量與周邊環境統一協調,融為一體。結構造型與各部位尺寸比例應相互協調,樑體結構舒展流暢,講究其線型,下部構造簡潔輕巧,通透性好,使高架橋成為城市的一道靚麗風景線。

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