城市轨道交通高架桥的选型论文
摘 要:根据广州地铁四号线、五号线、六号线的设计及国内轨道交通高架桥设计的工程现状,探讨了城市轨道交通高架桥在选型上应考虑的因素、发展方向,给出了广州地铁六号线东延段投标桥梁选型的参考性方案。
关键词:轨道交通;高架桥;桥梁选型
高架桥作为地铁的一种线路敷设方式,由于工程造价较低、施工速度快、适应线路线型的能力强,因此在国内外的地铁建设中发展很快。在国外,如新加坡、荷兰、法国等地的地铁中都存在高架区段,国内北京、上海、天津、南京等城市也采用了部分高架线路。广州市正在实施的地铁二八号线、三号线、四号线、五号线、六号线也都有部分区段采用了高架桥。这充分说明了只要条件许可,设计处理得当,地铁高架桥也会象城市立交桥一样被人们所接受,认可。
1 轨道交通高架桥的特点
(1)长且平:短着几百米,长着二三十公里;处于城市之中,除与地下的交接的过渡段起伏较大外,其它区段相对比较平顺。
(2)窄:不象市政城市桥梁,动辄十几米二十几米宽,轨道交通高架桥单线桥5米左右宽,双线也不过9.5米宽。
(3)要求高:为了满足乘客舒适性的要求,大多都设计为无缝线路,桥墩要求的线刚度较大,使得桥墩体量上要比一般市政桥梁大。同时对基础的沉降要求较高。
基于以上轨道交通高架桥的特点,能否把桥设计的简洁、明快、实用、大方、与周边和谐则成为轨道交通高架桥设计的难点。
2 国内城市轨道高架桥的现状
就标准段高架桥来说,根据国内北京、上海、南京、广州几座城市已建成和正在建设的轨道交通高架桥来看,跨度上从25米、30米、35米都有,以30米为多,体系上简支梁、连续梁、连续刚构,以简支梁居多,截面型式有整体箱梁、小箱梁、Ｔ梁、槽形梁、鱼腹梁、蝙蝠梁、脊梁等,以整体箱梁居多,施工方法上来说,有支架现浇、整孔吊装、节段拼装等。
3 城市轨道交通高架桥选型考虑的几个因素
3.1 景观因素
作为地面建筑,轨道交通高架桥不仅仅要满足轨道交通的各种功能,同时也影响着每一个穿行其下的人的视线和感官,处理得当,它就是一处静止中流动,流动中静止的风景线,受益着人们,也愉悦着人们;处理不好,它就是一堵墙,给人以沉重感、压抑感。城市轨道高架桥长、窄、平的特点,而且穿行在高楼林立的城市之中,笔者认为,在城区标准段,宜使桥梁造型柔和,色彩暗淡,弱化其视觉效果,使之从属于城市环境,不宜将城市的着眼点过多吸引在高架桥上,造型上应以简洁为原则,可以采用融和法和消去法等一些手法,尽量减弱对城市景观及拥堵的城市空间有着强烈的压迫和割裂作用的影响。而在跨河及城郊视野开阔地段,宜采用有力度感和色彩鲜艳一些的造型,体现其一方特色。
人的视线特点:人眼的水平视角为30°～40°(正常中央视角区域),人眼的余光视角可达150°左右,但是超过正常视角以外的两侧余光视角范围内,人眼辨认物体形状的能力减弱而只能凭感觉去感知物体的大致外轮廓。人眼的垂直视角在-15°～60°左右,根据上海某大学作的桥高与跨度的美学分析认为:当墩高与跨度的比例在1:2.5～3时,比例是比较优美的,人的感觉是稳定的。高跨比越大,给人的感觉越不稳定,高跨比越小,则压抑感越强。
3.2 经济因素
城市轨道高架桥在经济上应节约高效。经济指标是确定高架桥选型的主要因素之一。它通常最主要是在纵向上限制桥梁跨长,这也是桥梁在美观上受到限制的一个因素。经济指标一般具体体现在以下几方面。
(1)经济跨度。经济跨度一般与地质情况和规模化生产有关。如地质条件好,桥高普遍比较低,可以采用较小的跨度,而如果地质条件差,桥高普遍比较高,则下部费用会大大增加,则宜采用较大的跨度,以减小综合费用。如对于上海,经济跨度在30ｍ左右;而西安则为25ｍ左右。
(2)结构体系。简支结构受力明确,在轨道交通高架桥中运用比较普遍,但景观效果差。结合城市轨道长的特点,采用连续结构要比简支结构经济。但连续结构受力较简支结构复杂,施工影响环境、影响交通、施工工期较长制约着连续结构作为标准段桥梁选型的推广,目前基本只在小半径曲线地段、跨河跨路地段采用,如能解决好施工,则有很好的发展前景。如3×30ｍ连续箱梁结构约比3孔30ｍ简支梁结构价格低5%～10%。
(3)梁型。通常梁型越美观,造价也越高。目前国内采用的梁部结构形式有槽形梁、下承式脊梁、Ｔ梁、板梁和箱梁等,从统计看箱梁占到了80%以上。墩台基础除应有足够的强度和稳定性,避免在荷载作用下的过大位移外,其造型应能使上下部结构协调一致,轻巧美观,与城市环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部形式,此外,也受占地、道路、通视等的限制。通常有:Ｔ形墩、倒梯形墩、Ｙ形墩、单柱墩、双柱墩等基本形式及其变型施工方法。城市轨道高架桥施工应力求先进、快速。现阶段国内高架桥通常采用的施工方法有:满堂支架现浇、移动支架现浇、整孔吊装、节段拼装等。目前,我国城市轨道高架桥主要采用满堂支架现浇的施工方法。这主要是根据我国施工单位存在许多诸如运输、架设设备等方面问题尚未解决,无法采用预制吊装法施工。比如,对于跨度为30ｍ的简支箱梁,每孔重双线约320ｔ,单线约150ｔ。从国内近几年的发展来看,工厂化、规模化生产是桥梁建设的趋势。解决好施工,工程费用会大大降低。
在时速达250ｋｍ/ｈ的秦沈客运专线的建设中,铁路系统已在1999年研究成功了ＭＺ32移动模架造桥机、ＪＱ600型架桥机和450ｔ胎式箱梁运输车等专用设备以及相关施工工艺和方法,最大可架设重量达600ｔ。相信,随着城市轨道交通的发展,这些设备和方法迟早也会转向我国城市轨道高架桥的建设方面。
4 广州地铁六号线东延段投标桥梁选型的参考性方案
广州是我国华南地区的经济文化中心,同时又是世界知名的国际化大都市,对建筑物的景观要求较高。结合广州地铁六号线东延段走行在天源路和广汕公路的中央分隔带上的特点,推出4 30预应力鱼腹梁的'双薄壁连续刚构,节段拼装的施工方法作为推荐方案,基于以下几点理由。
(1)鱼腹箱梁的闭合薄壁截面刚度大,整体受力性能好,适宜直桥、斜桥、弯桥、异形梁桥。箱梁顶、底板具有较大的面积,通过适当配筋,可有效地抵抗正负弯矩,适用连续梁结构形式。具有良好的动力性能,收缩变形数值小。
(2)鱼腹箱梁截面外形平顺,底面平滑光洁,线条流畅,景观效果好。
(3)鱼腹箱梁在跨度上适用性强,便于同一条线路上减少桥梁类型。
(4)易于处理与桥墩的连接和造型的协调。
(5)全线正线皆为双线桥,断面统一,便于工厂化、规模化生产,质量易于保证,经济指标将会大幅下降;同时节段拼装的施工方法,可以大大缩短工期。
(6)采用连续刚构的结构体系,纵向刚度为组合刚度,可以大大减小桥墩结构尺寸。
(7)结合广州地铁六号线首期工程高架桥三角形箱梁断面需布设大量体外束的特点(目前国内还没有成批量运用体外束的工程实例,特别是轨道交通,另外国内没有现行的体外束的规范沿用,需参照国外规范)鱼腹箱梁只布设体内束即可。
(8)双薄壁矩形桥墩,易于处理两联梁交接处桥墩与上部结构的衔接,可以作到全线不设支座,减少后期维护费用。同时合理选择梁与墩的刚度,可以减小梁跨中弯矩。
(9)30米的跨度与平均墩高13米比例协调,视觉效果较好。
5 对城市轨道交通高架桥选型的建议
随着新材料,新工艺的不断开发运用,城市轨道交通高架桥工厂化,规模化生产是一个发展方向。今后需抓紧大吨位运输、吊装设备的研制和开发,并提出相应的施工工艺,以降低造价。并建议尽早出台体外预应力及节段拼装等相关的规范。
参考文献:
[1] ＧＢ50157-2003地铁设计规范
[2] 铁建设[2003]13号京沪高速铁路设计暂行规定ＪＴＪ004-89
[3] 桥梁美学
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