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浅析城市轨道交通高架型式设计探讨

来源::未知 | 作者:admin | 本文已影响
    摘要:城市轨道高架线路型式因其造价低、建设周期短而越来越受到决策者和建设者的青睐,正在建设的16条线路中,高架长度已占到约40%。本文即重点论述了高架结构型式选择的因素及高架结构设计应注意的。

   关键词:轨道交通;设计;高架结构

1高架城市轨道交通建设现状
     众所周知,伴随着新世纪的到来,的城市轨道交通建设也翻开了崭新的一页。中国人口过百万的三十四个城市中,有二十个超大城市和特大城市正在建设和筹建自己的轨道交通。目前在建的线路长度近400公里,这其中高架线路型式因其造价低、建设周期短而越来越受到决策者和设计者的青睐。据统计,在已建成通车的8条146.94公里的线路中,仅有一条高架线,长度占17%,而正在建设的16条线路中,高架长度已占到约40%。表1为已建项目高架线路情况统计。
     城市快速轨道交通高架桥梁与一般城市高架道路桥梁不同,虽与铁路桥近似,但也有其特殊性,主要体现在以下几个方面:
①桥上铺设无缝线路无碴轨道结构,因而对结构型式的选择及上、下部结构的设计造成特别的影响;
②城市轨道交通特有的桥面系布置及接口关系;
③列车的运行最高速度为80km/h,运行密度大,维修时间短;
④建设地点一般位于城区或近郊区,对景观要求、施工工期及环保要求较高。
     目前,正在建设高架轨道交通项目的北京、上海、武汉等地,业主和设计者已充分认识到了上述特点,并积极开展了工作,为高架结构的选择和设计积累了一定的经验,正在修编的《地下铁道设计规范》也特别加入了高架结构这一章。本文重点论述了高架结构型式选择的影响因素及高架结构设计应注意的问题,供大家探讨交流。

3高架结构设计应注意的问题
3.1特殊荷载
     轨道交通高架桥因桥上铺设无缝线路,引起了一些特殊力。桥上铺设无缝线路因温度变化、列车荷载的作用以及冬季钢轨折断致使梁轨之间产生相对位移,因扣件纵向阻力的作用,梁轨相对位移受到约束,因此梁轨间产生大小相等、方向相反的纵向力。它们分别是:伸缩力、挠曲力、断轨力,制动力与铁路桥也不同。

3.2变形控制
     由于城市轨道高架桥采用无渣无枕轨道结构,钢轨扣件调高量仅为40mm,即桥梁的后期变形不能大于40mm.桥梁设计时必须考虑变形控制。主要的变形包括予应力混凝土梁的徐变变形和基础的后期沉降。从1997年开始,笔者有幸参加了国内第一条高架城市轨道交通线路-上海明珠一期工程的设计及该工程对桥梁的徐变控制和基础沉降的课题,课题从设计、施工监测、到运营阶段对桥梁的徐变和沉降进行了深入研究,课题历时4年多。正在建设的北京城市铁路,也对桥梁的徐变进行了测试,工程实践表明,在设计和施工过程中采取一些适当措施,其变形是可以得到有效控制的。
控制徐变变形的措施:
1.设计时适当增加梁的刚度,减少弹性变形,从而减少徐变变形基数;
2.优化予应力钢束布置,控制张拉应力。
3.提高张拉时混凝土的龄期。
4.梁体设计预拱度时考虑徐变变形的。
5.施工加强对混凝土的养护,减低水灰比。
6.梁浇注完成后,要做好施工组织,尽量延迟承轨台开始浇注的时间。
7.加强监测,将测量信息及时反馈给设计。
基础变形控制
1.尽量采用桩基础;
2.增加桩长;
3.增加桩数;
4.选择持力层。
3.3桥梁结构形式的选择
     长距离的高架桥结构形式的选择应遵循安全、、美观、便于施工,满足桥下道路交通及环保要求,因此,高架桥区间标准段桥式选择的成功与否,是高架线路建设能否成功的关键因素之一。
3.3.1合理跨径:从景观、经济和施工技术等各方面综合考虑确定。区间标准梁的合理跨度以25m-30m为宜。
3.3.2结构体系:城市中小跨度桥多采用简支梁体系或连续梁体系。简支梁结构简单,受力明确,容易做到设计标准化、制造工厂化、施工机械化,安装架设方便,施工速度较快。连续梁桥为超静定体系,其优点是结构刚度大,变形小,动力性能好,有利于改善行车条件,减小列车运行产生的噪音和振动。优先推荐简支梁体系。
3.3.3梁型
     根据几条线的建设经验,区间标准梁的结构型式重点应考虑预应力混凝土箱梁、预应力混凝土槽形梁和预应力混凝土T形梁。
     箱梁能适应各类条件,是国内广泛采用的高架结构形式之一,它具有闭合薄壁截面,抗扭刚度大,整体受力性能好、动力稳定性好。箱梁外观简洁、适应性强,在区间直线段、曲线段、折返线及渡线段等处均可采用,对于斜弯桥尤为有利。
     T形梁属肋梁式结构的一种,其抗弯性能好。由于主梁为工厂或现场预制,故质量较高。桥梁上部结构由四片T梁相互联结而成,吊装重量轻,施工方便,且构件容易修复或更换。
     槽形梁为下承式梁,与上承式梁相比,其最大优点是结构高度相对较低,且两侧的主梁可起到隔音作用。
表2列出了各种型式梁特性的综合比较。
3.4施工方式选择
     对于标准区间桥梁,其施工主要有整孔预制方案、节段拼装和现浇三种方式。从表1可以看出,在目前国内建成和在建的线路中,桥梁施工方法多采用现浇,这是由于当时国内桥梁运输和吊装设备的限制及标段划分较小的原因造成的。但是,世界上桥梁技术迅速,桥梁的结构也在多样化,特别是由于桥梁架设施工技术的发展,促使各类桥梁的架设质量与进度不断提高。由于高速铁路桥梁和轻轨交通高架桥梁发展的需要,也使架桥设备与技术日新月异。修建城市轻轨高架桥,应采用预制简支梁吊运架设法,利用桥梁施工设备与技术,以流水作业方式进行建设施工。这种方法已在意大利、法国、南韩、墨西哥等国家被证明是保证桥梁外观质量、缩短工期、降低总成本、减少施工对的负效应的最佳方式。
预制施工方案的特点:
1)在现场预制箱梁,通过运输机械将箱梁运到桥位,再利用架桥机械将箱梁安装就位。
2)对施工现场周边的城市环境影响较小。由于采用预制、吊装的施工方法,在桥墩及基础施工完成后即可对施工沿线现场进行清理,并在线上完成桥梁架设,可有效减小拆迁量,减少施工场地占用面积和时间以及对城市交通的影响。
3)桥梁上部结构为工厂化生产,施工工艺简单易行,技术成熟,桥梁的内部质量及外观都能得到保障,可有效避免全线现浇作业中桥梁质量参差不一,外观相差较大的现象。
4)整孔预制、运输、架设方案单工作面施工速度远远快于其他施工方案。如采取恰当运梁方式,更有利于减少施工对城市环境及城市交通的影响。
5)预制施工的发展-阶段拼装法:分段箱梁的运输、安装方便,采用跨越式架桥桁机,对交通和社区的干扰最小。此外桥梁跨度较大并可灵活调整。

3.5车站结构型式及减振措施
     从结构形式上高架车站主要分三类:站桥分离式,桥从车站穿过,与车站的构件不发生任何关系;站、桥结合式,即行车道处设行车道梁,该梁简支在车站框架横梁上,支承点采取减振措施;站、桥合一式,即车站部分框架结构作为行车道,列车直接在框架梁板上行走。这三种结构形式有如下的优缺点:
高架车站结构型式比较表        表3

4需进一步研究的课题
     虽然城市轨道交通高架桥的建设已有一些经验,但仍需解决以下:
1)桥梁结构耐久性及100年设计基准期的设计参数选择。
2)施工方法研究,如整孔预制运架技术、阶段拼装技术、先张预应力技术等。
3)车站型式及规模优化。
4)减振降噪技术。
5结语
     综上所述,城市轨道交通高架型式的设计有其自身的特点,它涉及了线路、桥梁、轨道、建筑景观、建筑结构、环境保护、施工等多个领域,是一个综合的设计系统。作者在这里只是抛砖引玉,希望的高架城市轨道交通系统建设不断完善、持续创新。

[1]冯爱军,“轨道交通高架桥的特殊荷载及变形控制”,第二届全国城市桥梁青年学术会议,1999.12。
[2]“北京地铁5号线投标文件”,北京城建设计研究院。2002.4

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