宁波轨道交通4号线高架区间总体设计

2015-01-08包海峰

城市道桥与防洪 2015年7期

包海峰

（上海市政工程设计研究（总院）集团有限公司，上海市 200092）

1 项目概况

宁波市轨道交通4号线横贯宁波市中心城区，连接中心城和慈城、东钱湖两个规划新城，将宁波市西北和东南区的大片住宅区、工业区、相应的公共活动中心与中心城核心区连接起来。线路基本走向为：S319（江北大道）—慈城连接线—北环西路—康庄南路—双东路—翠柏路—苍松路—长春路—灵桥路—兴宁路—沧海路—首南路—东钱湖外环路。

线路起点站为慈城站，终点站为东钱湖站，全长36.1 km，其中地下线22.89 km，高架线12.6 km，过渡段0.61 km，见图1。

图1 宁波轨道交通4号线线路位置示意图

北环路快速路是宁波市快速路系统“四横五纵五联”中重要“一横”。西起前洋立交收费站、东至世纪大道，全长约15.78 km，走向沿现状北环西路-北环中路。

轨道交通4号线高架段从慈城连接线至江北大道段与北环路快速路共通道，结合规划和沿线现状及用地情况，为减少后期建设的拆迁量，减少对道路交通的影响，根据相关部门意见，该段轨道交通高架与北环路快速路一体化共建，土建工程先期实施，并与北环路快速路同步建成。区间桥梁高架段布置见图2。

图2 宁波轨道交通4号线区间桥梁位置示意图

新建区间项目包括主要节点桥四座：跨人民路地道节点桥，上跨铁路节点桥，夹田河大桥，上跨宁波绕城高速节点桥。

2 主要设计标准

（1）设计最高行车速度V=80 km/h。

（2）双线，标准段区间正线线间距均为4.2 m。

（3）桥面宽度标准段桥梁建筑总宽9.4 m，曲线地段按规范要求加宽并设置超高。

（4）车辆选型采用车型为B型车，3动3拖6辆编组形式，车辆轴重不大于14 t。

（5）抗震设防：高架结构抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设防类别为B类。

（6）荷载标准

a.结构自重：混凝土容重按25～26 kN/m3。

b.列车荷载：按本线列车的最大轴重、轴距及近、远期中最长的列车编组确定。

3 高架区间方案设计

3.1 工程主要特点

（1）高架区间总体位于路中，沿江北大道路中，跨越铁路后，往南绕行进入慈城连接线路中。

（2）墩高较高，平均墩高15.77 m，跨越铁路处墩高达23 m。

（3）跨越铁路处曲率半径仅为350 m，该值为目前轨道交通曲线半径极值。

（4）城市环境及景观要求较高。

3.2 设计原则

（1）桥梁结构设计应满足安全、美观、实用、经济的要求。

（2）结构必须保证在施工和运营阶段具有足够的强度、刚度和稳定性。

（3）城市高架选用的结构型式和材料，应符合减振、降噪的要求。

（4）构件设计尽可能选用标准化、工厂化、机械化施工，以便控制整体质量，缩短施工工期，利于维修保养。并推荐技术成熟、经济合理的设计、施工方案。

（5）桥梁跨径和施工工艺的选择需要适应地面既有和规划交通系统需求，尽量减小对交通和环境影响。

（6）高架结构应考虑设置区间消防疏散平台、电力通信等管线支承设备、防止列车掉道落桥设备和桥面防水及排水措施。

（7）高架结构应认真考虑对城市景观、环境的影响，结合规划道路、路幅、周边环境，选择合理的结构型式、梁的高跨比及跨径，使高架结构融于城市建筑风格中。

（8）桥梁结构设计的使用年限为100 a，钢结构防腐体系使用年限为20 a。

3.3 结构体系及标准跨径选择

梁式体系一般有简支梁桥、连续梁桥及连续刚构桥三种形式。简支梁桥是梁桥中应用最为广泛的一种桥型。连续梁桥线条流畅，于景观有利。合理的力学特性使其运用在较大跨度上能体现经济性；此外，连续梁结构整体刚度大，竖向变形小，动力性能好，对行车有利。连续刚构桥是墩梁固结的连续结构，减少了桥梁支座设置及支座养护的工作。高架区间梁式体系比较见表1。

表1 高架区间梁式体系比较

根据以上梁式体系比较，除特殊节点外，该工程选用简支梁桥。

标准跨径主要是通过综合考虑经济技术指标、工法、景观、沿线的既有道路和规划道路等各方面的情况来确定的。根据目前国内主要城市轨道交通高架结构的标准跨径主要是25 m、30 m两种。两种跨径经济指标相近，施工难度差异较小，但30 m跨径较25 m跨径通透性强。综合以上分析，采用30 m为标准跨径。

3.4 梁型断面选择

一般讲，轨道交通桥梁主梁形式主要有大（小）箱梁、槽型梁等，其各自的主要特点可见表2。

表2 桥梁结构型式比选

从已建成的轨道交通工程看，标准高架区段中箱梁应用的较多，槽型梁也逐渐出现，因此主要针对这两种梁型进行比较。

梁式桥属于上承式结构，竖向刚度较大，变形易控制，施工容易；槽型梁属下承式结构，刚度小变形较难控制，施工较难。从噪音控制比较，梁式桥优于槽型梁。已建北环立交共建段梁型采用了箱型结构，考虑与已建工程结构及外观统一性，梁式结构更能与已建工程匹配。通过上述综合分析比较，箱型断面结构相对其他截面更适用于该工程。

3.5 下部结构墩型选择

高架桥墩型式的选定，除应有足够的强度、刚度和稳定性外，还应结合上部结构的选型，使上下部结构协调一致、轻巧美观，与城市环境和谐、匀称、通透性好、尽量减少占地，保证桥下行车有较好的视线，给行人一种舒适感。常用桥梁墩柱形式见图3。

图3 高架桥梁常用墩柱样式

按照节省造价、施工方便的原则，同时考虑到桥墩与主梁的整体景观效果，提出下面五种标准桥墩方案，见表3。

表3 桥梁结构型式比选

通过综合比选，方案四T型墩方案与上部小箱梁结构型式最协调，施工也较为方便。推荐方案在视觉上使整个桥墩更加轻巧、活泼、生动，最大程度地增加桥下净空。同时在墩身侧面配以凹槽（可内置落水管或景观照明），丰富墩身表面线条，使得整个桥墩更加美感。

4 主要节点桥梁方案设计[1-3]

该工程高架区间跨越了多处地面横向道路、高架道路（宁波绕城高速）、河流及铁路（萧甬铁路、杭甬客专）等节点桥跨结构。结构设计时须综合考虑各种因素制约，因地制宜，选择经济合理、安全可靠的结构型式。

该工程关键节点的桥跨布置汇总见表4。

表4 关键节点桥跨布置汇总

以下对该工程主要节点桥梁做简单介绍。考虑篇幅，本文仅对上跨铁路节点桥、上跨夹田大河及转入慈城连接线路中节点桥及上跨宁波绕城高速节点桥做重点介绍。

4.1 上跨铁路节点

4.1.1 概况

线路在江北大道路中前行约600 m后转出，角度斜交上跨萧甬铁路、杭甬客专。现状萧甬铁路为双线地面线，接触网供电，双线线间距约4.6 m，轨面标高3.61 m。现状杭甬客专为高架线，双线线间距约5 m，高架结构总宽11 m，接触网供电。萧甬铁路路基边与杭甬客专高架地面投影边线距离约6 m，杭甬客专南侧为规划预留高架线路。具体位置见图4。

图4 上跨铁路节点桥址

4.1.2 桥型方案选择制约因素

（1）梁底净空满足铁路限界净高要求；

（2）桥墩立柱内侧边缘与既有铁路中心线有足够的安全距离；

（3）桥跨布置应充分考虑杭甬客专南侧规划预留高架线路；

（4）结构上跨铁路，设计、施工协调难度大，施工窗口时间短。桥型方案应选择工艺成熟，设计施工难度小、工期短、现场施工量少的桥梁方案，减少施工对道路和铁路交通的影响；

（5）节点处线路处于350 m的小半径曲线上，可供选择的桥型较少。当若一跨跨越萧甬铁路和杭甬客专，则单孔跨径至少达120 m，不仅桥梁结构设计尤为困难，而且造成施工风险增高，工程投资加大；

4.1.3 方案比选

根据该节点桥的实际位置及需要考虑制约因素，方案设计可采用以下三个方案，列表汇总见表5。

表5 上跨铁路节点桥梁方案比选表

综合比选，方案一（推荐方案）虽然在萧甬铁路和杭甬客专通道内设置桥墩，存在一定的协调难度和施工风险。但结合本线高架区段标准梁的施工特点及其对工期的特殊要求，把结构安全可靠、经济合理，降低线路标高，施工速度快，质量易保障等作为优先考虑的因素，采用预制吊装的45 m简支钢混凝土叠合梁方案较其余两个方案具有一定的优势。方案一桥梁布置见图5。

图5 上跨铁路节点立面布置

4.2 上跨夹田河及转入慈城连接线路中

线路在AK1+575与AK1+650处连续跨越夹田大河与太平桥路并拐入慈城连接线。夹田大河规划蓝线宽度60 m。太平桥路为规划路，现状路口已预留施工，规划红线宽度68 m。

该工程正线上跨夹田河后从慈城连接线和太平桥路路口转入路中。受河道和路口交通组织限制，高架桥梁无法在河中和路中设墩，需一跨跨越河道和路口。设计拟采用56 m+90 m+90 m+56 m四跨一联变截面连续梁，两个90 m中跨分别跨越夹田河和横向交叉路口。

出入场线采用45 m+65 m+65 m+45 m四跨一联变截面连续梁，两个65 m中跨分别跨越夹田河和太平桥路北半幅路。出入场线须在太平桥路路中设墩。

平面布置见图6。

图6 上跨夹田河节点桥梁平面布置图

正线56 m+90 m+90 m+56 m四跨一联变截面预应力混凝土连续箱梁，中支点处梁高为6.0 m，边支点及跨中箱梁高3.0 m，梁高以二次抛物线变化。出入场线45 m+65 m+65 m+45 m四跨一联变截面预应力混凝土连续箱梁，中支点处梁高为4.0 m，边支点及跨中箱梁高2.0 m，梁高以二次抛物线变化。

施工方法：考虑到该节点桥梁跨河、跨路，采用悬臂浇筑法进行施工。

4.3 上跨绕城高速

宁波轨道交通4号线于里程AK3+600附近上跨宁波绕城高速。绕城高速采用两跨20 m桥梁结构上跨慈城连接线，中墩设置于慈城连接线中央分隔带内。绕城高速跨线桥上下行分幅设置，桥面总宽约34 m，中央分隔带宽1.5 m，桥上路面标高约9.41 m。跨线桥上部采用装配式简支空心板梁，跨径约20 m。桥墩采用3柱排架墩。

由于跨线桥中央分隔带宽仅1.5 m，该空间不足以满足设置拟建4号线高架墩的施工条件。且桥下净高仅5 m左右，无法进行下部结构施工。因此，该节点不考虑在绕城高速中央分隔带内布设桥墩，节点桥梁应一跨跨越绕城高速。

桥型方案的选择应从如下方面考虑：

（1）宁波绕城高速是交通要道，车速快、交通繁忙，桥型方案的选择以施工过程对相交路影响最小为第一原则；

（2）绕城高速跨线桥桥墩采用3柱排架墩，整体性稍差。拟建4号线基础应适当与其远离，减小基础开挖施工对该跨线桥的影响；

（3）4号线标准段高架桥采用小箱梁方案，节点桥型方案选择应与之相适应，使高架外形和谐统一。

综合考虑上述因素，轨道交通4号线跨宁波绕城高速设计为45 m简支钢－混凝土叠合梁。墩柱分别立于绕城高速两侧，承台外边距离绕城结构投影边线不小于3 m，确保承台施工过程中绕城高速的安全运营。

平面布置见图7。

图7 跨绕城高速节点桥平面布置图

主梁上部结构为跨径45 m钢混叠合梁，采用双箱单室断面,钢梁高2.4 m，桥面板厚度为0.3 m，总高度为2.7 m。

施工方法：工厂预制钢梁，运输到现场后吊装，再施工混凝土桥面板。

5 结语

宁波市轨道交通4号线是宁波第四条轨道交通，规划选址方案已与今年1月份由宁波相关部门公示。该工程是在现状北环路快速路共建段基础上拟建，故条件的特殊性，决定与其对接的轨道交通高架段具有特殊性；目前宁波轨道交通已建成两条，即1号线和2号线，1号线已投入使用，2号线正在调试中。1号线、2部分高架段的实施，对该工程具有重大参考意义。鉴于以上特殊性，总结经验如下：

（1）与已建宁波轨道交通工程的延续性。

已建宁波轨道交通1号线、2号线，高架段采用箱型截面，该断面设计对宁波轨道交通4号线具有重大借鉴意义，包括对以后宁波轨道交通其余规划线路的设计。

（2）特殊结构节点桥设计，除有特殊景观有要求和施工要求，常规结构无法满足要求和功能条件下，可采用较特殊结构。

（3）已建北环路快速路共建段工程的延续性。已建北环路快速路共建段标准段采用箱梁结构，标准30 m跨径，该条件对4号线设计具有重要意义。

（4）关于对轨道交通区间桥梁设计的个人理解和建议。

a.区间桥梁与线路的关系。线路的方案直接影响桥梁结构方案，线路的曲线半径的选择，直接影响桥梁上部结构的设计难度。线路路中方案和路侧方案的过渡段设置，将直接影响桥梁下部结构设计的难易程度及美观性。故在前期方案设计中，节点桥梁的方案可行性直接影响到线路方案可行性，桥梁设计在方案设计前期的介入很有必要。

b.桥梁和车站的关系。岛式车站和侧式车站的方案设计，将影响到桥梁与车站接入端的桥梁方案的设计。侧式车站对桥梁结构影响较小，岛式车站影响较大。过渡段桥梁梁型的设计，将影响到桥梁结构的稳定性。过渡段桥梁断面设计，对车站方案的选择具有一定的影响。

c.轨道交通高架跨路段（口）方案选择。一般在满足净高要求，现有道路施工条件允许的情况下，优先考虑采用混凝土梁结构，同时为满足地面交通功能，跨径宜大，采用混凝土连续梁结构。

d.遇上跨铁路和高速公路，桥梁设计须与铁路和公路相关部门协商以确定方案可实施性。

e.桥梁设计与周边环境的协调一致性，同时考虑环保要求，以满足当今社会日益发展的经济要求，社会要求，人文要求。

以上系宁波轨道交通4号线工程总体设计阶段性成果及作者体会，该成果对该工程下一阶段开展具有重大指导意义，对类似工程也具参考价值。因工程特殊性及作者资历，方案设计难免与同行有所差别，故请同行不吝批准指正交流。

[1]上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.宁波市轨道交通4号线工程总体设计第二册土建篇第一分册慈城站～北环共建段终点、出入段线[R].2014.