轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较

轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较 轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较 摘 要: 在城市轨道交通高架区间中，桥梁形式很多，比选复杂。此文就此进行讨论，比选出一般区间经济适用、造型美观的桥梁形式。 关键词: 轨道交通;高架区间;桥梁形式;经济比较 目前，我国城市轨道交通正在快速发展，而高架区间又因其造价低、工期短被广泛应用，但区间桥梁形式很多，除特殊地段特殊设计外，高架区间的桥梁形式正逐渐趋于统一。笔者根据多年城市轨道桥梁设计的经验，就高架区间桥梁形式比选与经济性进行探讨。1 国内轨道交通桥梁形式普遍采用情况统计及分析 城市轨道交通高架区间桥梁形式的选择是高架结构设计的前提，国内目前在建和已建成的项目按时间先后统计见表 1。 从表 1 可以看到，在国内各城市已建成和在建的城市轨道交通高架区间桥梁中，梁的截面形式绝‎‎大多数采用了箱形梁，I 形组合梁与槽形梁用得较少。I 形组合梁仅在北京八通线用过，槽形梁也仅在大连快轨 3 号线用过;受力体系以简支梁和三跨连续梁为主;常用跨度以 30 m 与25 m 较多;方法早期以现浇为主，近期预制架设较多。从发展趋势来看，轨道交通的高架结构正在向箱形截面、简支梁体系及预制架设施工方向发展。2 桥式比选2.1 简支梁与连续梁的适应性分析 (1)对软土地基采用无碴轨道的适应性 对位于软土地基的简支梁桥采用无碴轨道时，基础的均匀与不均匀沉降引起的轨道不平顺在一定范围内可以通过轨道扣件的调整解决，超出轨道扣件调节范围时必须通过可调高支座解决;连续梁桥采用无碴轨道时，基础的均匀与不均匀沉降引起轨道不平顺, 在一定范围内也可以通过轨道扣件的调整解决，但当沉降值超出轨道扣件能够调节的范围或基础的不均匀沉降超出桥梁梁部设计的容许值时，必须通过采用可调高支座进行调整。因此，利用轨道扣件和采用可调高支座调整解决由于基础沉降引起的轨道不平顺以及连续梁的支座不均匀沉降是可行的，但在沉降控制较困难的情况下，连续梁存在的风险远大于简支梁。连续梁可能存在的风险有: 当不均匀沉降差超过设计容许值，没有及时发现和处理，将引起结构开裂;轨道扣件、支座调整是不确定的，在施工期和运营期都需要进行长期的观测，适时调整，后期养护维修工作量很大;连续梁对地基的适应性较差，严格控制连续梁的支座不均匀沉降，将对梁部、下部结构及基础的设计起控制作用，必将增加基础的工程量。简支梁对地基的适应性较强，当发生局部均匀沉降差超过设计容许值时，可以通过调整支座高度或支承垫石标高等方法来恢复桥面标高至设计值。 (2)对无缝线路长钢轨纵向力的适应性 无缝线路长钢轨纵向力分配对制动墩的水平抗推刚度要求随着梁长的增加而增加。对于连续梁随着一联内孔数的增加，制动墩抗推刚度限值逐渐增大。因此，连续梁制动墩的外形尺寸与工程量要大于简支梁桥墩。从下部结构及基础的设计结果来看，控制墩身尺寸及桩基数量设计的主要因素是桥墩的纵向抗推刚度。简支梁桥桥墩的纵向水平线刚度限值远小于连续梁，同时由于简支梁各墩受力较均匀，其相邻桥墩的沉降差较容易控制，且该沉降差不会对结构产生附加内力，只须满足轨道变形要求即可。因此，简支梁对无缝线路长钢轨纵向力的适应性较好。2.2 简支梁与连续梁受力体系分析 简支梁体系具有受力 简单明确，设计与施工经验比较成熟，能适应现浇、整孔预制吊装、节段预制拼装等多种施工方法;梁体的制造便于工厂化、化，有利于提高梁体的制造速度和质量;更重要的是可以大大避免轨道交通建设对周围环境的影响，而且，建成后维护作业相对简单统一，有利于保持线路处于良好的运营状态。 连续梁体系和简支梁体系相比，提高了结构的冗余度，增加了结构的延性，增强了结构的抗震能力，具有更好的动力性能。在保持与简支梁相同的刚度的前提下可以降低梁高，但连续梁对基础沉降比较敏感，基础的设计施工需充分重视。现浇施工对周围环境的影响较为不利，连续梁体系能适应的施工方法有现浇和节段预制拼装法，建成后对支座的维护与更换相对困难。2.3 简支梁与连续梁的技术经济分析 下面从这两种体系的抗震性能、施工质量控制、体系适应性、施工、进度、对环保影响及经济性等方面列表进行比较，详见表 2。 由表 1 和表 2 可以看出，简支梁体系和连续梁体系都能满足轨道交通系统对桥梁的要求，应用较多，但简支梁体系用的更为普遍，铁路上也是如此。 因此，预制架设简支梁便于工程质量控制，有利于提高梁体景观质量，对环境污染小，可以有效控制工期。而连续梁均采用桥位现浇，即使采用简支变连续施工方法也需现场施工作业，内在与外观质量不易保证，工期较长，对环境污染大。一般对于工程量大、工期紧张及环保要求高的工程，高架区间推荐采用简支梁体系。 例如，选取上海某轨道交通同一段 300m长的高架线路，分别布置 4 联 3 跨 25m 10 孔 30m简支梁，并做了同精度的上部结构、下部结构及基础的设计，连续梁与 统计各种工程数量，连续梁采用桥位现浇，简支梁采用预制架设，结合各自的施工方法，摊消成本，同边界条件下的技术经济指标比较见表3。从表 3 可以看出，3×25 m 连续梁的上部结构工程数量较 30 m简支梁小一些，但下部结构与基础的工程数量，连续梁大于简支梁，桩基础数量更大。上下部及基础的综合土建费用连续梁也大于简支梁。