中低速磁浮与公路合建方案研究

王培峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063)

1 引言

从目前国内城市轨道交通的整体规模和功能适应性等方面分析，中低速磁浮系统有一定的市场需求，在市内中低运量轨道交通、市郊线路、机场线和旅游专线等领域具有较强的竞争优势[1]。通过对长沙磁浮快线[2]、北京S1线及清远磁浮[3]等中低速磁浮项目及其特性研究，分析得出其具有小半径、爬坡能力强等特点[4]，可以贴合城市既有主干道走行以减少征地及房屋拆迁。

随着城市发展，城市土地越趋紧张。新规划的城区公路较宽，轨道交通可以沿公路采用高架方式敷设；老城区公路较窄，轮轨等轨道交通由于噪声、振动较大，应采用地下方式敷设，工程投资较高[5]。相较而言，中低速磁浮是绿色、环保的新型交通方式，具有低噪声、低振动的优势，可以沿公路采用高架方式敷设，以降低工程投资[6]。

本文研究以中低速磁浮系统特性为抓手，充分利用中低速磁浮低噪声、低振动、小半径、爬坡能力强、绿色环保的特点[7－8]，对中低速磁浮与公路的空间位置进行组合，研究了四种不同的合建方案，并从工程的结构受力情况、结构稳定性、施工难易程度、景观效果、适用性等方面对方案进行了对比分析。研究结果表明:采用公磁合建方案，可以达到减少工程用地、减少对城市分割、降低工程投资、减少施工干扰的目的。

2 方案研究

当城市轨道交通与公路走向一致时，可以根据公路条件、轨道交通设站情况等因素，选择与公路合建或者并行分建方案。中低速磁浮较其他城市轨道交通方式更适合与公路共廊道，穿行于城市之中[9]，本文对中低速磁浮与公路(下简称公磁)合建、分建方案进行研究。

2.1 公磁合建方案

中低速磁浮荷载作用结构的位置及大小稳定，但对结构有刚度要求；公路荷载相对发散，但对结构无刚度要求。两者合建时，由于两类荷载共同作用，故需要同时满足两类结构的要求，因此结构受力复杂且有刚度要求，如何确定合理的合建结构是公磁合建是否成功的关键。针对不同的外部条件，本次研究四类不同的合建形式。

2.1.1 公磁合建同层布置方案——方案一

该方案磁浮线路布置在梁体中间，高架桥面直接作为轨道梁的弹性基础，即轨道梁采用“梁上梁”方案，见图1。当设置车站时，高架公路需要向两侧绕行，避开车站主体，见图2。

图1 公磁合建同层布置方案断面

图2 高架公路于磁浮两侧车站设置方案平面

(1)适应性分析:同层布置方案结构简单，但桥面宽达26 m，适用于公路红线宽50～60 m的路段；需对原公路断面的绿化带进行调整，调整后中央绿化带宽度12 m；若需提高行车道利用率，12 m宽中央绿化带范围的桥下空间也可调整为机动车道。

(2)优缺点分析

①优点:在车站范围内，公路与磁浮车站两者工程相对独立、互不干扰，施工简单，车站使用功能、视觉效果较好。

②缺点:公路高架桥在车站范围内需往两侧绕行，需具备立墩条件，对下部公路布置影响较大，需考虑增设绿化带。当车站间距较小时导致公路线形在较短距离内频繁变换，且绕行后受桥墩立墩需要，对下部公路布置影响较大。

该方案结构可行，但对公路影响较大，适用于公路宽度较宽，且车站设置不宜过密。

2.1.2 公磁合建分层布置方案

(1)磁浮工程在上、公路工程在下，独柱墩方案—— 方案二

该方案采用独柱桥墩(“干”字形墩)，最上层设置磁浮桥梁结构，将轨道梁架设在公路桥梁桥面以上；下一层布置为公路高架桥梁，分为左右两幅布置，梁体落在挑出的盖梁上[10]，见图3。当设置车站时，需要将公路桥梁间距拉开，或者将磁浮车站整体抬高。当公路红线较窄设车站时，受控于高架公路所需净高以及车站本身所需净高的要求，此站型整体高度较高，需约32 m左右。

图3 公磁合建分层布置方案断面(磁浮上层、公路下层)

适应性分析:该方案顶层磁浮桥梁梁面在地面以上约17 m，桥面宽度较同层布置方案有所减小，总宽22 m，适用于公路红线宽30 m以上的路段；且需对原规划断面的绿化带进行调整，保证中央绿化带宽度4～5 m，机非分隔带宽度根据公路路幅进行相应调整[11]。

该方案结构可行，可适用于公路红线较窄的路段，但桥梁结构较高，对城市景观影响大。

(2)公路工程在上、磁浮工程在下，独柱墩结构—— 方案三

该方案最上层设置公路桥梁，由于其横向较宽，考虑结构稳定性，桥墩与公路桥梁梁体固结；下一层布置为中低速磁浮，为满足磁浮与墩柱的限界要求，磁浮左右线线间距拉开，梁体落在挑出的盖梁上。该方案顶层公路桥梁梁面在地面以上约17 m，见图4。当设置车站时，高架公路在磁浮线路上部方案，磁浮线路与公路线路均保持不变，见图5。

图4 公磁合建分层布置单柱墩方案断面(公路上层、磁浮下层)

图5 高架公路在磁浮上部车站设置方案平面

①适应性分析:该方案适用于公路红线宽30 m以上的路段，需对原规划断面的绿化带进行调整，保证中央绿化带宽度有4～5 m，机非分隔带宽度根据公路路幅进行相应调整。

②优缺点分析

优点:高架公路与磁浮车站整体结合性较好，线路顺直，无多余工程，对公路布置影响较小。

缺点:公路与磁浮在车站部分结合设置，工程复杂，设计及施工结合部较多，车站土建工程量较大。由于需要在车站内部设置体量粗大的桥墩用以支撑上部公路结构，车站内部旅客乘降、功能使用、立面造型、视觉感受等均较差。

该方案磁浮布置在下层，结构高度较低，不受公路桥梁影响，有利于车站布置，且对公路线形影响较小；但是该方案公路桥梁高度较高，上下匝道处桥梁长度较长，对城市景观有一定影响。总体分析，该方案对磁浮、公路工程及城市影响较小。

(3)公路工程在上、磁浮工程在下，双柱门式墩结构—— 方案四

该方案区间范围也采用了车站范围的双柱门式墩结构。为保证磁浮工程净宽要求，双柱桥墩间距采用11.5 m，对现状公路要进行渠化改造，以保证门式墩桥下有2车道的通行净宽要求。该方案有利于磁浮车站设置，但是由于限界净空要求以及横梁高度影响，顶层公路桥梁高度将达约17 m，见图6。车站布置和方案三一致。

适应性分析:该方案适用于公路红线宽30 m以上的路段，但需对原规划断面的绿化带进行调整，保证双柱所在绿化带的宽度有3.5～4 m，机非分隔带宽度再根据公路路幅进行相应调整。

图6 公磁合建分层布置双柱墩方案断面(公路上层、磁浮下层)

该方案不论是在区间还是在车站，都需采用双柱结构，结构较方案三复杂，施工难度较大。

2.2 公磁分建方案——方案五

考虑到合建方案受公路线形、磁浮车站诸多因素影响，工程实施难度较大，还研究了分建方案。该方案中低速磁浮与公路分开，纵断面可结合项目自身需要灵活调整，互不干扰。

该方案可按照中低速磁浮桥梁高于公路高架布置，从景观考虑，也可按与公路高架等高布置。但该方案两者间线间距需拉开，以满足桥面布置要求。虽然该方案建设方式灵活，结构方案简单易行，但是占用地面公路路幅较多，对地面公路的交通行车影响较大，仅适用于路幅50～60 m以上的路段，见图7。

图7 公磁分建方案断面

3 对比分析

3.1 综合对比

对于上述五个方案进行综合对比，见表1。

表1 综合对比

从表1可以看出，五个方案具有各自不同的特点，同时具有不同的适用场景:当用地红线较宽，路幅宽度达到50～60 m时，宜选择荷载及稳定性较高的方案一及方案五；当用地红线较窄，路幅宽度仅30 m时，宜选择荷载及稳定性相对较优、结构尺寸较小的方案三。

3.2 公磁合建与分建方案对比

针对公磁合建与公磁分建方案进行对比，以中部某市市政项目为例。中低速磁浮项目线路长约40.9 km，设站24座，公路长25.5 km。其中AK3＋000～AK30＋500段两条工程线路走向一致，可考虑两工程合建。

分段建设方案:AK3＋000～AK10＋500段公磁合建，线路长7.5 km；AK10＋500～AK15＋200段公磁分建，磁浮线路长4.7 km，公路线路长2.7 km；AK15＋200～AK30＋500段公磁合建，线路长15.3 km。共22.8 km采用公磁合建方案。工程投资[12]对比分析见表2。

表2 工程投资对比分析

从表2可以看出，合建的总投资较两个工程单独分建时的投资总和低。

3.3 分析结论

通过以上分析，公磁合建方案最大的优点就是两项目共用桥墩基础，减少工程用地，减少对城市的分割，总体投资较省，且可以减少施工过程中的干扰，整体景观效果相对较好。

4 结束语

中低速磁浮为绿色、环保的新型交通方式，具有小半径、爬坡能力强等特点，其线形更适应公路。随着城市的发展，城市土地越趋紧张，中低速磁浮与公路合建具有重要意义。采用合建方案，两项目共用一个征地红线，减少了工程用地；可以减少一次对城市的分割，整体景观效果相对较好；共用一个桥墩基础，减少了部分共用结构，总体投资较省；同步规划、同步设计、同步施工，减少施工过程中的干扰。但由于两者合建受两类荷载共同作用，确定合理的合建结构是公磁合建是否成功的关键，因此，设计时应重点考虑桥梁结构同时满足两类荷载的要求。研究结论对于邻近公路建设中低速磁浮等轨道交通方案研究具有一定的参考价值，为未来城市综合交通建设提供了一个新的方案。