城市轨道交通高架桥梁型及工法研究

胥民尧

（中国中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）

城市轨道交通高架桥梁型及工法研究

胥民尧

（中国中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023）

城市轨道交通以其快捷、安全、节能、环保等诸多优势为越来越多的城市所倚重。基于目前国内众多城市轨道交通高架桥建设现状，该文从结构体系、标准梁截面形式和标准跨径等多个层次，研究了城市轨道交通高架桥上部结构选型；从结构受力、景观效果等角度，探讨了各类上部结构对应的下部结构造型；针对施工难度、施工质量、工期长度、环境影响、建设成本等方面，对各种工法进行了对比性分析。研究结果表明：一般情况下，高架区间标准梁跨推荐采用30m简支箱梁结构，下部结构可采用柱式墩、花瓶墩等；标准梁工厂化、规模化制作是发展趋势，应加快相关设备研制开发。

轨道交通；高架桥；梁型选择；工法研究；简支梁；连续梁；T形梁；箱梁；槽形梁

近年来我国城市轨道交通发展迅猛，轨道高架桥的建设需求有了较高的增长。高架桥结构除满足功能要求外，同时也是城市的重要建筑，选择外形美观、结构经济、施工方便、环境和谐的桥梁结构是经济建设的需要，也是设计、施工技术发展的需要。

高架桥标准梁型的选择在高架桥设计中起着极其重要的作用，不仅展现着市政桥梁的力度和建筑美学，而且还控制着工程的总投资[1]。

本文拟通过桥梁结构体系、标准梁跨截面及与之配合的墩型、标准跨径及施工方案等多方面对城市轨道交通高架桥的梁型及工法进行探讨。

1 上部结构选型

国内外轨道交通高架区间桥梁建设的实践中，除少数控制节点外，其余大部分采用标准跨径桥梁。标准跨桥梁的桥式、跨度关系到工程的总投资和可实施性。标准梁跨选择应结合城市规划、水文、地形、地质、周围景观、道路交通、邻近建筑、地下管线及构筑物，按照安全、适用、经济、美观等原则，进行多方案比选[2]。

1.1 区间桥梁结构体系

一般的中小跨桥梁常采用的结构体系有简支梁、连续梁等形式。

1.1.1 简支梁

简支梁桥被国内轨道交通广泛采用，构造简单，最易设计为标准跨径的预制装配式结构；施工简单，工序少；可标准化、工厂化、机械化施工，易控制整体质量，缩短施工工期。尤其是简支结构对无缝线路长钢轨纵向力的适应性好。

缺点是桥梁伸缩缝、支座较多，景观稍差，后期养护维修工作量大。

1.1.2 连续梁

连续梁桥线条流畅，效果好，在较大跨度上经济性好。结构整体刚度大，竖向变形小，动力性能好，有利于改善行车条件及舒适性，减小列车运行产生的噪音和振动。

但轨道交通高架一般采用无缝线路，且为无碴（刚性）轨道结构。这样，轨、梁成为整体，梁体结构在温度变化、竖向活载及制动力作用下出现的位移和变形会使钢轨产生纵向水平力，而该纵向水平力的大小和分配很大程度上取决于桥梁下部结构的纵向刚度、上部结构的跨度、竖向刚度及桥全长。通常一联连续梁桥设置一个固定墩，从而造成固定墩控制墩的截面设计，而城市高架结构必须考虑墩型一致以达到景观协调，完全按固定墩型进行设计造价自然有所提高。

连续梁构造较复杂，建造技术要求高，一般采用现场浇筑，对地面交通影响大，不利于工厂化施工，工期较简支梁长，且经济指标略高。

一般高架区间标准梁跨推荐采用简支梁结构，局部小半径曲线、跨越路口、道岔区等地段采用连续梁结构。

1.2 标准梁跨截面形式

根据国内外轨道交通高架桥建设经验及各种上部结构的受力特性，可供选择的结构形式主要有T形梁或工形组合梁、箱梁、槽形梁等几种。

1.2.1 T形梁或工形组合梁

T形梁的经济指标优越，其设计、施工方法经验成熟，是国内铁路及公路桥梁广泛采用的梁型。对于铁路桥梁采用一片梁对一根轨的形式，结构的受力明确。需设置横向连接，整体性较差，不利于无砟轨道铺设，且景观效果较差。T梁在国内轨道交通几乎没有应用，国外则在加拿大多伦多市、美国迈阿密市轻轨高架桥采用了双T形梁。

工形组合截面混凝土梁将预制预应力混凝土梁与现浇混凝土桥面板结合在一起，形成组合结构共同参与受力。工形组合梁相比T梁增强了横向刚度和结构的整体性，且有效地解决了T梁徐变上拱问题，缩短了土建工程的施工周期。北京地铁八通线高架桥采用了25m跨度的预应力混凝土工形组合梁作为标准梁，并于2003年底顺利通车。如图1。

图1 北京地铁八通线25m工形组合梁

1.2.2 箱梁

常见的箱梁断面形式有双箱单室箱梁和单箱单室箱梁两种。如图2、图3。

图3 单箱单室箱梁

双箱单室箱梁（小箱梁）采用受力明确的双线双梁结构，对道岔区等线间距变化区段通过调整现浇湿接缝宽度适应梁宽，对岛式车站的适应性极强。由于可分片制作，而对吊装设备的需求明显降低，但后期需现场浇筑横隔板和湿接缝，工序繁琐，结构的整体性相对较差，相比单箱单室箱梁由于梁底宽度较大导致桥墩宽度增加、占地面积大、景观效果不佳。

上海地铁9号线高架桥梁首次在国内采用预应力混凝土双箱单室箱梁，预制架设采用双柱式桥墩，箱梁底部直接支撑于柱顶之上。

上海地铁6号线、重庆轨道交通6号线也使用小箱梁作为高架结构的梁部形式，箱梁主体在预制厂集中制造，架桥机架梁。

单箱单室箱梁截面整体性好，抗扭刚度大，结构动力特性优越，对经常受活载偏载作用的轨道高架结构尤显突出。特别是其适应性强，对直线段、曲线段、道岔段等处均可采用，提高了高架结构的标准化程度，又增加了美感，在国内轨道交通中得到广泛应用。

1.2.3 槽形梁

槽形梁具有建筑高度低、降噪效果好、断面空间利用率高、易于实现桥梁与站后设备的系统集成、能阻止车辆出轨及倾覆下落等优点。但槽形梁为开口截面，抗扭刚度相对较小，受力复杂且施工难度大，工程造价高。

国外最早的预应力混凝土槽形梁是英国1952年建造的罗什尔汉桥，此后，日本、德国、澳大利亚相继在铁路桥梁中应用。在轨道交通工程中法国的里尔建造了双线跨度为50m的预应力槽形梁；智利的圣地亚哥地铁3号线采用双U形式槽形梁，已运行多年，情况良好[3]。

国内而言，1999年起广州地铁、上海地铁开始对槽形梁进行了较为深入的研究。上海地铁6号线中采用了34孔槽形梁，实桥测试结果表明桥梁的各项指标均满足规范要求，积累了一定的设计经验和工程实践。

近年来槽形梁在国内轨道交通开始大面积使用，如上海地铁6、11、16号线、南京地铁2号线、深圳地铁5号线、重庆轨道1号线等线路。如图4、图5。

图4 重庆轨道1号线

图5 深圳地铁5号线

因单线槽形梁一般重达150t或更重，故对地面交通运输、吊机要求甚高，而且架设时往往需要封闭地面交通，加固道路结构工程，现国内部分线路已开始研究适应性更强的节段预制拼装的设计、施工方法。但由于槽形梁为开口截面，抗扭性能较差，节段预制拼装精度要求高，拼装施工时间较长，投资较整孔预制吊装高20%左右，因此槽形梁节段预制拼装较少采用。

1.3 桥梁标准跨径

国内已建成运营的轨道交通高架桥标准跨多采用25m和30m，上海、广州等城市多采用30m标准跨度，而南京、武汉等地多采用25m为标准跨度，轨道梁跨度及梁型等具体情况详见表1[4]。

表1 国内主要城市轨道交通高架形式一览表

从国内同类工程的建造经验来看，下部结构的工程数量随跨度的变化较上部结构更为敏感，所以25m梁的综合经济指标略高于30m梁；从景观而言，较大跨度使结构显得轻盈与通透，有利于景观效果改善。

2 下部结构选型

轨道高架桥梁一般行走于道路分隔带，桥墩型式的选择应以视觉感好、结构外轮廓流线舒畅、结构受力合理为原则。综合考虑与梁部的协调、美观，有如下墩型方案构思。

2.1 双箱单室箱梁

该梁型梁底宽度大，一般采用双柱式桥墩，箱梁底部直接支撑于柱顶之上，如图6、图7所示[5]。

2.2 单箱单室箱梁

该梁型一般采用景观效果更好的斜腹板，行走于城市道路绿化带，桥墩往往选用与斜腹板协调的花瓶墩或Y形墩，如图8、图9所示[6]。

图6 双柱式花瓶墩 图7双柱式矩形墩

图8 板式花瓶墩

图9 Y形墩

2.3 槽形梁

该梁型底板很宽，单线梁一般宽4m，故需选用独柱接长悬臂盖梁或Y型墩接盖梁形式的墩型[7]，如图10所示。

图10 独柱型长悬臂盖梁和Y型墩盖梁

3 工法研究

3.1 支架现浇方案

支架现浇施工在地铁施工中被大范围应用，其优势在于可实现多工作面同时开工，综合施工速度快；缺点在于其桥梁质量和外观与预制相比有一定的差距，施工现场占地大、时间长，对城市环境和交通影响较大。

3.2 移动模架施工方案

移动模架工法以移动式桁架为主要支承结构的整体模板支架，可一次完成一联梁体混凝土的浇筑，适用于跨度小于50m的多跨简支梁和连续梁的施工。昆明地铁首期工程高架区间采用移动模架施工。

移动模架施工轨道梁其现场梁体浇筑、就位时间较长，为避开车站、道岔区需重新组装；对线间距较小的分修段无法脱模而不能采用。

3.3 节段拼装方案

该工法将梁体沿纵桥向划分为若干个节段，在工厂预制后分段运到桥位处，通过施加预应力使之拼装成整体桥梁（如图11）。广州地铁4号线采用节段拼装30m简支箱梁取得了很好的效果[2]。由于节段施工运输架设方便灵活，施工对交通环境影响较小，该施工方法已越来越受到重视，也制定了相关设计施工规程，但还需进一步完善。

图11 节段拼装施工过程

3.4 整孔预制方案

该方案在国内外桥梁施工中应用较广，广州地铁4号线30m箱梁架桥机预制架设方案的成功应用，表明该技术为未来轨道交通高架桥建设发展的方向之一[5]。

该方案是保证桥梁外观质量、缩短工期、降低总成本、减少施工对社会负效应的最佳方式之一；其缺点在于前期设备投入较多，受线路平面半径、纵断面坡度限制，特别是预制场建设的用地较多。因此，该方案需要合理梁片数量，根据国内外经验，本类专设预制场预制经济梁片规模应不小于300榀。

4 结论

本文通过对城市轨道交通高架桥标准梁跨截面、标准跨径及施工方案等多方面进行了认真的分析及比较，结论如下。

（1）城市轨道高架的选型除了满足使用功能及景观的需求外，必须认真研究工法的选择，预制场地、运输方式、吊装能力等因素决定了施工工法，并控制着梁型的选择。应尽量将预制场地与车辆段用地结合，节约用地、投资，实现了资源共享。

（2）标准梁型的工厂化、规模化生产是大势所趋，应加快大吨位运输、吊装设备的研制和开发，同时还需尽早完善节段拼装及体外预应力等相关的规范。

（3）大江、大河分布较多的城市，前期规划应重视轨道交通与市政交通公轨合建桥梁方案的研究，满足节约资源、环保的设计要求。

[1]何宗华.城市轻轨交通工程设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.

[2]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.

[3]贺恩怀.槽形梁在城市轨道交通工程中的应用 [J].铁道工程学报，2003，2:13-16.

[4]范征，赵启儒.轨道交通高架区间桥梁结构选型的探讨[J].铁道标准设计，2006(12):30-33.

[5]杨宏林.城市轨道交通高架桥的选型[J].甘肃科技，2006，22(6):141-143.

[6]张晓林.国内轨道交通高架桥标准设计的回顾及探讨[J].都市快轨交通，2004，17(6):49-53.

[7]胡匡璋.槽形梁[M].北京：人民交通出版社，1986.

Research on Construction Type and Construction Method of Viaduct in Urban Rail Transit

With the superiorities like quickness,safety,energy conservation,environmental protection and so on,the urban rail transit is relied on by more and more cities.Based on domestic urban rail transit construction,the selection of urban rail transit viaduct's superstructure is analyzed from the structural system,standard forms and standard span,etc.From the force structure and landscape effects,the author discusses the corresponding substructure modeling to the various types of superstructure.For the construction difficulties,construction quality,schedule length,environmental impacts,construction costs,etc.,comparative analysis is used among various engineering method.The results showed that:simply supported box-girder is recommended to be used in standard span that is 30m,column pier and vase pier are suitable for the superstructure and large-scale production of standard beam is the development trend,so engineering industry should pay attention to the research and development of related equipment.

urban rail transit;viaduct;construction type;construction method;simply supported beam;T-shaped girder;box girder;beam channel

U239.5

A

1671-9107（2014）05-0030-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.05.030

2014-02-11

胥民尧（1981-），男，江苏盐城人，研究生，工程师，主要从事轨道交通、铁路及市政桥梁设计。

孙苏，李红