市域铁路与城市快速路共建结构方案研究

李凯

（中铁第四勘察设计院集团有限公司线路站场设计研究处，湖北武汉 430063）

1 研究背景

根据市域铁路建设规划和运营情况，未来全国23 个省市规划建设市域铁路1.53 万km （新建1.06 万km），利用既有线0.47 万km，市域铁路将迎来全面建设热潮。市域铁路多位于城市与郊区、中心城市与卫星城、重点城镇间等，敷设方式以高架为主。随着城市总体规划和综合交通规划的进一步发展，市域铁路与城市快速路共廊道的情况会愈发常见［1-10］。

市域铁路与城市快速路共廊道分为与快速路合建方案和与快速路分建方案（见图1、图2）。市域铁路与快速路合建与分建方案优缺点比较见表1。根据技术特点分析，从节约用地、减少拆迁成本、城市景观需求考虑，市域铁路与城市快速路共廊道地段建议采用合建方案。

图2 市域铁路与城市快速路分建示意图

表1 合建、分建方案优缺点比较

2 市域铁路与城市快速路共建桥梁结构方案

2.1 基础研究资料

市域铁路以高架为主，线路走向与城市快速路基本一致时，一般在城市主干道路中敷设。为减少桥梁下部结构占用的道路路幅，降低工程总投资，采用市域铁路桥梁与快速路桥梁上下叠层的合建方案。

2.1.1 市域铁路主要技术标准

设计速度100～160 km/h，车辆选型采用市域动车组，AC 25 kV交流供电方式。

2.1.2 城市快速路主要技术标准

道路等级：主路为城市快速路，辅路为城市主干道；设计车速：主路80 km/h，辅路50 km/h，立交匝道40 km/h，平行匝道40 km/h。

2.1.3 合建段桥梁的主要设计原则

（1）合用下部结构应同时满足公路和市域铁路相关规范；（2）桥墩上下层盖梁间距、左右墩柱间距应满足市域铁路限界要求；（3）桥墩上下层盖梁间距、左右墩柱间距应满足市域铁路接触网、信号机、声屏障、电缆槽、栏杆等桥面附属结构布置要求；（4）桥梁下部结构计算应充分考虑公路荷载与铁路荷载的最不利组合。

2.1.4 共建结构设计计算依据

（1）市域铁路采用ZS 活载（见图3），城市快速路荷载为城-A 级，对于同时承受市域铁路与城市快速路活载的构件按照最不利组合进行取值。

图3 ZS活载标准图式

（2）抗震设防烈度为6级，类别为乙类，措施等级为7级。

（3）市域铁路与城市快速路共建双层结构设计采用以下3种：

①共建桥墩上立柱、单层高架桥墩立柱及桩基按公路极限状态设计，进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算，同时满足城市道路及桥梁相关规范中构造、工艺要求；

②共建桥墩下横梁主要承受轨道梁荷载，按照市域铁路相关规范，采用容许应力法进行结构设计；

③共建桥墩下立柱及基础按照现行公路桥梁设计规范的极限状态设计方法进行结构设计，并采用市域铁路容许应力法进行校验。

2.2 合建段桥梁结构型式比选

2.2.1 方案简述

市域铁路桥梁与城市快速路桥梁上下叠层的合建方案考虑采用以下3种：

（1）方案一：双层门式墩+铁路箱梁方案。方案纵向跨度35 m，公路桥采用预制式预应力混凝土简支小箱梁，下层市域铁路采用单箱单室预应力混凝土简支箱梁，桥墩采用双层门式桥墩，上层公路桥小箱梁支点设于门式墩上层盖梁上，下层铁路桥箱梁支点设在门式墩下层盖梁上，结构型式见图4。

（2）方案二：双层门式墩+铁路U梁方案。方案纵向跨度35 m，双层门架式桥墩与上层公路桥小箱梁结构与方案一相同，下层市域铁路采用预应力混凝土简支U梁（单线U梁或双线U梁），结构型式见图5、图6。

（3）方案三：公铁两用大箱梁方案。方案将上层公路桥面与下层市域铁路桥面合并为简支箱型梁的整体结构（见图7）。箱梁采用单箱双室结构，顶板作为公路桥面，底板作为市域铁路桥面，腹板则成为上下2层桥面间的支撑结构。箱梁纵向跨度确定为50 m，采用预应力钢筋混凝土结构。

图4 方案一：双层门式墩+铁路箱梁方案示意图

图5 方案二：双层门式墩+铁路U梁（双线U梁）方案示意图

图6 方案二：双层门式墩+铁路U梁方案（单线U梁）示意图

图7 方案三：公铁两用大箱梁方案示意图

曲线地段梁型按曲梁布置，梁体轮廓、普通钢筋、预应力钢束及管道均为沿线路左线中心线的展开尺寸，施工放样时须特别注意根据线路曲线要素进行相应调整。支座按曲线径向布置。每个支点设3个支座，支座横向中心线距离5.10 m。公铁两用大箱梁方案截面见图8。

2.2.2 主要技术特点比较

3种方案技术特点对比见表2。

2.2.3 经济性比较

3 种方案每公里造价对比见表3。由表3 可知，方案一与方案二每公里造价相差不大；U梁结构经济性略差，导致方案二造价最高（比方案一每公里多548 万元，比方案三多775 万元）。但对于环境敏感地段，由于方案三在声屏障和轨道减振措施上的工程支出大幅小于另外2 个方案，每公里造价约比另2 个方案均约低3 000万元。

表2 3种方案的主要技术特点对比

表3 3种方案每公里造价对比 万元

2.2.4 小结

前2种方案中方案一最为成熟，适用于多种施工工法，经济性尚可。需结合市域铁路与城市快速路共建段的实际情况，若共建段桥下净空较为富余，此方案结构高度较大的缺点并不突出，故推荐采用方案一。对于部分桥下净空不足的立交节点可局部考虑采用方案二。

方案三可有效降低城市快速路的路面高度，减少地面道路的占用宽度。同时可降低市域铁路运营阶段的车致振动、结构噪声和轮轨噪声，可在满足环评要求的前提下，大幅节约环保工程投入，具有较大的经济和社会效益。但考虑到该方案结构设计复杂、无可借鉴工程案例，需进一步开展相关研究，进一步优化结构设计，降低结构体量，可作为后续设计的备选结构方案。

3 市域铁路与城市快速路共建车站方案

3.1 建筑方案

市域铁路与城市快速路共建典型车站主要有3 种：路中2层高架站、路中3层高架站（标准站）、路中3层高架站（越行站）。

（1）路中2层高架站。本类型车站为路中高架2层侧式站，公铁合建。由于轨面标高控制，车站路中落地布置，所需中央绿化带宽度较大。车站主体为地上2层，地下1层。两侧为地下出入口通道，方便乘客进出。地下1层局部设有设备用房，地面1层为站厅层及主要的设备管理用房，2层为站台层，3层为公路桥（见图9）。

图9 路中2层高架站横断面

（2）路中3 层高架站（标准站）。本类型车站为路中高架3层侧式站，公铁合建，双柱结构型式，两侧悬挑，净空高度不小于5.5 m，保证行车需要。主体为地上3层，两侧通过出入口天桥连接，方便乘客进出。地面1 层为少量设备用房，2 层为站厅层，3 层为站台层，4层为公路桥（见图10）。

图10 路中3层高架站横断面（标准站）

（3）路中3 层高架站（越行站）。本类型车站为路中高架3层越行站，公铁合建。因车站较宽，需采用四柱三跨结构型式。主体为地上3层，两侧通过出入口天桥连接，方便乘客进出站。地面1 层为架空层，2 层为站厅层，3层为站台层，4层为公路桥（见图11）。

图11 路中3层高架站横断面（越行站）

3.2 高架共建车站结构设计

高架车站上部结构型式一般为钢筋混凝土框架结构。直接承受列车荷载的轨道梁可采用钢筋混凝土板梁结构，大跨度的可采用预应力箱梁或槽形梁结构。车站结构根据框架横梁与桥道梁的结合情况可分为2种：

第1 种：“桥、建”合一纯框架结构。该方案采用纯框架结构，建筑布置较为方便，建筑高度小；缺点在于列车行驶引起的结构振动效应明显，结构分析较为复杂。

第2 种：“桥、建”分离型式。该方案结构受力明确，减少振动。对于侧式站台车站，横向柱子较多，且桥墩柱子尺寸较大，给车站的用房布置、使用带来了较大难度。本结构方案比较适用于岛式站台车站。

目前公铁合建车站一般采用侧式站，对公铁合建车站进行3种方案比选研究：

（1）方案一：铁路轨道梁采用箱梁，搁置在横向盖梁上，公路梁及铁路梁均采用支座与盖梁连接（见图12）。

图12 公铁合建车站方案一

（2）方案二：铁路承轨梁与横向框架梁刚接，公路梁采用支座与盖梁连接（见图13）。

（3）方案三：铁路承轨梁、公路纵向梁都与横向框架梁刚接，完全合一（见图14）。

图13 公铁合建车站方案二

图14 公铁合建车站方案三

公铁合建车站3 种方案的优缺点比较见表4。综上分析，考虑方案一造价高，方案三结构受力复杂，推荐采用方案二：铁路承轨梁与横向框架梁刚接，公路梁采用支座与盖梁连接。

表4 公铁合建车站3种方案优缺点比较

共建车站采用“桥、建”合一、横向多跨框架结构，工法为支架现浇施工。共建车站基础采用钻孔灌注桩方案，桩基的持力层为黏土层。目前城市轨道交通已有较多长度100 m以内的车站，考虑温度作用采取相应的施工措施，中间可以不设缝；若120 m左右的车站中间不设缝，则两端跨需采用滑动支座。市域铁路6 辆编组高架车站长度约140 m，车站长度较城市轨道交通车站长，根据已有的工程经验及规范要求，推荐中间设1道抗震缝。

4 市域铁路与城市快速路共建实施方案

4.1 产权分割方案

共建工程很多结构均采用共建形式，产权归属不明确，建议产权划分按照共建投资进行划分。标准合建段投资分摊主要有全部面积分摊、部分面积分摊、有无对比法3种方案，对比见表5。

由表5 可知，方案二对结构进行详细划分后计算，分摊方法相对简单且较为合理。建议合建段采用部分面积法进行划分投资，其中：

表5 投资分摊方案对比

（1）高架区间仅按照桥面面积比例拆分一体化高架下部结构，其余可分开构件各自统计。

（2）车站共建部分仅拆分共建车站主体范围，市域铁路承担费用=合建时费用×（1-快速路面积占比）。其中，快速路面积占比=快速路桥面面积÷（快速路桥面面积＋市域铁路车站主体建筑总面积）。

4.2 建设及实施主体方案

共建技术复杂，审批、建设、监管以及验收等程序不同，涉及部门多，协调问题多，所以2个项目必须要做到同步设计、同步实施。建议共建工程在设计阶段要做深做细，充分对接和协调，方案稳定后按照2个项目建设程序开展立项报批工作。明确一方作为牵头建设实施主体，并成立由地方市区发改、财政、交通、住建等部门组成的协调管理机构，共同推进共建段工程建设。

（1）方案一：由地方政府明确一家单位作为共建主体，实施共建土建工程，涉及市域铁路报批、技术审查等相关由市域轨道公司负责。

（2）方案二：由市域轨道公司作为共建主体，地方政府明确一家单位做好快速路建设工作，涉及快速路报批、与地面道路衔接、政策处理、外部协调等工作由地方政府负责。

由于市域铁路设计、施工、审批标准均较城市快速路高，建议采用方案二。

4.3 运营维护方案

由于按照4.1 中产权划分方法，共建段梁部、横盖梁及桥面系、车站梁部结构均有明确，建议按照该产权划分进行资产管理以及维护和检修。对于合用结构建议委托其中一家运营单位进行维护，另一家运营单位按照产权比例提供相应比例的运营维护费用。

5 结束语

随着城市发展，土地资源越来越紧张，市域铁路与城市快速路共建具有重要意义。共建可采用双层共建，市域铁路在下，城市快速路在上，桥梁结构采用双层门式墩和铁路箱梁结构方案。共建结构位于市政道路用地红线范围内，用地较省。标准共建车站结构推荐采用底层架空，满足地下道路车辆通行，2层为市域铁路站厅层，3 层为市域铁路站台层，4 层城市快速路。合建高架车站结构采用铁路承轨梁与横向框架梁刚接，公路梁采用支座与盖梁连接的方案。共建车站可最大程度地节约土地资源，实现了路中布置，对两侧的环境影响较小，景观效果好。市域铁路与城市快速路共建将成为未来城市综合交通发展的新趋势。