交通运输论文-轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较

交通运输论文-轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较 交通运输论文-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 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 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;施工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帄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帄顺, 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帄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帄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帄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、施工工艺、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连续梁与 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,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。 2.4 截面形式比选 在确定采用简支梁体系的前提下,进行简支梁的截面比选。由表 1 看出,城市轨道交通梁型大都采用箱形梁。箱梁是闭合截面结构,其抗扭刚度大,整体受力性能好,动力稳定性好,外观简洁,使用于区间直线段、曲线段及渡线段,是国内广泛采用的高架结构形式。T形梁,其抗弯性能好,梁重较轻,便于预制吊装,但多片 T梁间横向需将横隔板及桥面联为整体甚至还要使用横向预应力,从桥下看不如箱梁简洁且现场横向联接施工工作量较大。槽形梁属下承式梁,最大优点是轨顶至梁顶结构建筑高度相对较低,且梁侧的主梁可起到隔音作用,但 混凝土主要位于受拉区,经济性能较差。此外,从侧面看槽形梁梁高太高,梁体显得庞大,影响景观效果。各种截面形式梁的综合比较见表 4。 综合各种梁型比较分析及国内轻轨高架桥梁形式的使用情况,一般城市轨道交通梁式采用单箱整孔箱形截面形式。 为了追求最佳景观效果,我们在单箱的前提下又对直腹板箱梁、斜腹式箱梁、鱼腹式箱梁进行方案比选,见表 5。 鱼腹式箱梁曾在我国几个城市的市政道路高架桥上应用过,如上海沪闵路高架桥、上海市中环纹水路高架桥、南京大桥南路高架桥及柳州飞鹅路立交桥等桥梁,除上海市中环纹水路高架采用节段拼装外,其余均采用支架现浇或移动模架现浇。而且 I 形组合梁在正弯矩段,布束偏高,对抵抗正弯距很不合理,造成鱼腹形截面箱梁结构不经济。因此,截面形式一般要根据桥梁总长长度,工期长短,地基情况与环保要求限制进行选择。 3 经济跨度比选 3.1 主要材料帄米指标 根据铁路和城市轨道交通桥梁建设经验,高架桥的经济跨度都在 40 m以下,尤其以 30 m、25 m为主型跨度。针对实际情况,分别就 40 m、30 m、25 m3种跨度进行比较,见表 6。 3.2 不同跨度梁的高架桥综合造价分析 选取上海某轨道交通高架桥长 1 km段落,统计其上部结构与下部结构的工程数量,确保估算的条件相同,经过分析,3 种跨度桥梁的土建工程费用指标见表 7。 3.3 推荐桥梁跨度 从表 6 和表 7 中可以看出,30 m和 25 m跨度较40m跨度无论在梁体主要材料帄米指标还是综合造价帄米指标都要优;30 m 和 25 m 跨度在梁体主要材料指标上基本相当,但考虑了下部结构与基础后,桥梁每帄米造价指标 30 m跨度优于 25 m跨度,同时 30 m 跨度比 25 m 跨度具有更好的跨越能力,能更好地满足规划要求,并使桥下视野更为通透。依据上述比较结果可知,跨度 30 m梁较 40 m梁与25m梁经济合理,综合造价最低,因此推荐跨度 30m梁为高架区间的标准梁跨。 4 标准预制梁施工方案比选 按照尽量采用预制架设的设计思路,根据高架桥的特点及沿线自然、交通等条件,进行整孔预制架设施工法和节段预制拼装施工法比较,见表 8。 4.1 经济性比较 选取上海某轨道交通高架桥,采用不同的桥梁架设方案,其经济性见表 9。 4.2 推荐梁部施工方法 根据上述技术、经济比较结果,如果具备线路边设场预制条件,整孔预制架设制梁方便、质量好、架设快、工期短及环保,推荐梁部施工采用整孔预制架设方法施工。 5 结束语 城市轨道交通的高架区间是城市的一道美丽的风景线,因此,在考虑工程造价和施工工期要求的前提下,一般区间应尽量采用统一跨径、统一梁形,以便于施工,节省投资。