城市轨道交通高架桥设计

城市轨道交通高架桥设计

刘泰松

刘泰松

中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

摘要：本文详细的论述了城市轨道交通高架桥的设计，文中着重阐述了城市轨道交通线路设计原则，区间高架桥的方案的合理选择等。

关键词：城市轨道交通；线路走向；纵断面；高架桥；设计

引言

随着城市化进程的加快，中国正进入城市轨道建设的黄金阶段。除北上广等一线城市外，各大省会城市也在加速城市轨道交通项目的建设。城市轨道交通建设对线路的走向、桥梁的选型以及景观照明都有更高的要求。

1.线型选择

在城市轨道交通项目中，选线是一切土建工程的前提，线路的走向将直接影响土建工程的规模。在进行设计时，应结合平面、纵断面以及横断面综合考虑，优先考虑沿线控制性工点及必须绕避的地段，考虑城市拆迁情况，符合规范的要求；线路的走向还应考虑沿线管线的铺设。

1.1平纵面设计原则

在对线路进行详细设计时，应把握几大原则：平面应尽可能的截弯取直，当必须采用曲线时应尽可能采用大半径曲线；直线与圆曲线的过渡段宜设缓和曲线；不宜设复曲线；夹直线长度不能小于规范规定的最小长度；纵断面最大坡度不能超过35‰；长大陡坡最大坡长的限制；竖曲线设置原则及最小半径的规定；平、竖曲线的关系；竖曲线不应及不宜进入的范围的规定等。

1.2线路上跨和下穿方案的比选

以下地段宜选择城市高架方案：城市繁华地区以外的城近郊区，周围建筑较少；道路宽阔，线路可选择在道路一侧或道路中间；连接城市中心区与周围卫星城、开发区、机场等；中等规模及以下城市，规划预留出城市轨道交通专属用地。北京西郊线02标段特点位于西四环西北侧，沿旱河路、香山路，中间跨越西五环，途径植物园，最后到达终点香山，该段线路位于北京城西北郊区，区间采用高架方案是十分合理的。

2.城市轨道交通区间高架桥设计

城市轨道交通区间高架桥梁设计，首先应选定桥梁合理的标准跨径和沿线节点桥梁形式，再进行详细设计。

2.1区间高架桥标准跨设计原则

结合本项目特点，标准跨径的选定从以下几个方面来考虑：

经济性。根据我国城市轨道交通建设经验，选用25m和30m作为标准跨径最为经济、合理。

实用性。上部梁体采用预置吊装的，跨度不宜超过30m，否则施工成本、难度都将增加。

结构安全。为了减小因恒载以及活载的偏心而给结构产生的扭矩，小半径曲线地段跨径不宜大于30m。

美观。城市高架桥梁平均墩柱高约6m~8m左右，纵向与竖向的比例在2.5：1~4：1时能给人带来美的感触。25m、30m跨径的桥梁其梁体高度一般不超过2m，若上部梁体跨度增大，梁高必然增加，容易给人带来头重脚轻的感觉，同时也对桥梁的抗震也不利，并需加大墩柱尺寸，影响桥下的通透性及城市景观效果。

2.2标准跨结构方案的选择

标准跨径确定后应选定桥式类型。在采用标准跨径的一般路段，桥式类型一般采用简支、连续或者连续刚构。

简支梁受力明确，属于静定结构，基础的不均匀沉降、收缩徐变以及温度变化理论上不会引起结构内部应力；各跨相互独立，在地震或其他偶然荷载作用下，某一跨或几跨的损坏倒塌不会形成多米诺骨牌效应；采用简支体系，施工工法可以灵活选用；但简支梁每个墩帽上布置两排支座以致其尺寸较连续梁墩帽大。

连续梁与连续刚构均属超静定结构，跨中弯矩较同等跨度简支梁要小。连续梁梁体连续，伸缩缝少，可采用现浇或简支变连续的施工方法。在基础不均匀沉降、收缩徐变和温度变化的情况下，结构本身会产生很大的内应力。连续梁墩柱尺寸不统一，影响美观；且支座的维护及更换较简支梁困难。连续梁结构整体性强，一旦某个墩柱发生破坏倒塌，会产生多米诺骨牌效应，整联都将发生损坏。连续刚构体系的桥梁，外形轻盈美观，桥面连续，不需要设支座，结构整体性强，缺点与连续梁相同。

本工程沿线道路未预留西郊线专用属地，附近预制梁厂多，因此宜用预制吊装的施工方法；且跨度25m、30m桥梁，采用连续体系并不能充分体现其经济性及结构受力的优越性。因此一般地段拟选用简支体系。

桥梁跨径和结构体系决定了上下部结构的选型。对于城市轨道交通区间高架，上部结构目前大多采用以下几种类型：单箱梁、小箱梁、T梁、槽型梁、空心板、工字梁等。

槽形梁桥建筑高度低，便于城市道路间立体交叉。结构本身需布置多向预应力钢筋，施工复杂，梁片单价较高。

T梁建筑高度较高，不便于城市道路立体交叉。适宜预制吊装法施工。T梁受力清晰，设计、施工经验相当成熟，经济性好。但T梁桥梁底部呈网格状，景观效果一般；2片T梁之间湿接，整体受力性差。

板式桥梁建筑高度较低，便于压低线路标高，但刚度较小，梁体在受外力作用后变形及徐变较大，影响轨道交通乘客的舒适度甚至会产生行车安全隐患。

箱梁桥梁建筑高度适中，抗扭性能好，适用于斜桥和曲线梁桥。它既可作为标准区段，也可用于变宽、出岔区段。箱梁桥外观线形流畅、美观，设计、施工经验成熟，常采用现浇法施工。现浇法施工存在对周围环境干扰多、施工成本高和工期长等缺点。跨度为30m的简支双线梁，一般每平方米桥梁面积需要主要材料为：混凝土0.51m3；预应力钢筋19.5kg；普通钢筋95kg。

本工程香山站及植物园站拟采用岛式车站，线路从区间到车站一分为二，采用双箱单室较单箱方案容易分开且方便采用预制吊装的施工方法，因此推荐采用双箱单室组合梁方案。

墩台除应有足够的强度和稳定性，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。通常有：T形墩、倒梯形墩、Y形墩、单柱墩、双柱墩等。

T形墩适于板梁、T梁等梁部为分片结构或梁部支承点相距较远的梁型。具有受力合理优点，但上下部过渡有转折，造型一般。

倒梯形墩适于单箱单室箱梁等梁部支承点相距稍远的梁型。但该墩受力上不太合理，材料有浪费，投资增加；在墩高相差较大时，整体造型不易协调。

Y形墩较T形墩材料更省、受力更合理。但Y型墩设计施工比较复杂，且当墩高一般较小时Y形墩在外形上显得较滞重。

单柱墩适于单箱单室箱梁等梁部支承点相距较近的梁型。特别是对直腹板箱梁，可使箱梁底宽同墩横向宽度一致，从而使上下部浑然一体，显得挺拔有力度，对墩高的变化适应性极强。受力合理，材料较节省，施工方便。

双柱墩适于各种梁型，用于多线或出岔地段。承载能力及稳定性较强，墩可以做得纤细，材料利用率高。在区间桥宽9.0m左右地段，造型不够简洁。

结合本工程，上部推荐采用双箱单室组合梁，区间双线桥宽9.1m，采用T型墩或Y型墩不仅从结构受力角度还经济性上都是合理的。通过使过渡段折角圆顺，墩身美观，富有现代都市气息。因此，本项目下部结构区间高架桥墩型采用T型。由于采用站桥合建的方式，在车站及附近一定范围内采用双柱框架墩结构形式。

2.3节点桥梁的设计

节点桥梁决定线路大致走向，是控制性工程。节点处桥梁跨度较大，采用连续梁比简支梁更为合理。本工程跨越西五环香泉桥，主跨大于40m，西五环为北京城市快速路，交通繁忙，施工期间不宜中断交通，不宜采用现浇方案，预置吊装混凝土梁体重量大，施工难度大，风险高。因此该处推荐采用连续钢箱梁方案，可采用顶推施工的方法，梁体分节段预制，运至现场焊接拼装翼板部分。钢箱梁梁体轻盈、承载能力较大、施工对桥下交通影响小。

3结术语

结合北京地铁西郊线02标段方案设计，城市轨道交通设计高架桥设计要综合技术、经济、安全、美观、适用等多因素来考虑。

参考文献：

[1]高峰、梁波，城市地铁与轻轨工程[M]，北京，人民交通出版社，2012.

[2]顾保南，叶霞飞，城市轨道交通工程[M]，武汉，华中科技大学出版社，2007.

[3]唐亚林，城市轨道交通高架桥的景观美学设计，都市快轨交通[J]，2009（12）.