深圳地铁6号线高架桥梁总体设计研究

鲁雪冬，周永礼，许志艳

(中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

0 引 言

深圳地铁6号线1期起于深圳北站，途经龙华、石岩、光明、公明和松岗等片区，线路总长37.621 km，高架段长24.454 km，其中U形梁区段长20.697 km，是深圳地铁所有线路中高架线路最长、景观要求最高、环境适应性最好的高架线路.本线高架线路所占比重较大，对全线工程规模和经济性有着较大影响.高架桥结构设计应从受力、经济、适用、施工及美观等方面综合考虑.一方面，要求结构安全、经济高效、美观适用，满足高架交通功能要求等；另一方面，要结合工程场地特点，采用经济、成熟和方便的施工方法；此外，还需要满足无砟、整体道床及长钢轨结构对高架桥梁结构的特殊要求[1-5].

1 一般桥梁结构设计

目前，比较适合城市轨道交通高架桥梁的结构形式有U形梁结构、预应力混凝土箱梁结构和预应力混凝土T形梁结构等.针对以上几种常用梁形结构，本文从受力、经济、适用、施工及美观各方面进行综合比较分析，见表1，相关结构图如图1～图3所示.

表1 各梁形的特点及适用性情况比较表

图1 U形梁结构图

图2 箱梁结构图

图3 T形梁结构图

从图1～图3可知，单线并置U形梁方案应用于城市轨道交通高架线路具有较明显适应性优点，如：

1)降低结构高度.轨道交通高架桥梁的结构高度在很大程度上取决于高架结构下方的道路交通净空要求.通常轨道标高是在这一净空高度的基础上增加结构底面和轨顶面之间的高度.对于箱梁结构来说，结构底面至轨顶面之间的高度约为1.6～2.0 m.而对于U形梁高架结构来说，这一高度约为0.25～0.5 m.因此，通过采用U形梁结构可以降低轨道标高约1.05～1.75 m，如图4和图5所示.

图4 降低线路标高效果图

图5 减少视觉冲击效果图

2)降噪效果好.轨道交通车辆行驶于U形梁断面中， 其轮轨走行系统的噪声受到两侧主梁上腹板的阻隔， 在一定程度上减少了车辆噪声对周围环境的影响.U形梁相对箱梁无箱体共鸣噪音.

3)断面空间结合利用率高.两侧腹板除了满足结构受力需要，同时还能提供其他方面的用途.由于腹板靠近列车，可以有效地起到隔声挡板的作用，从而避免额外设置挡板.腹板上方的翼缘基本与列车车厢地板处于同一水平位置，可以被用作紧急疏散和维修通道，下部空间可布置通信、信号和电力电缆等管线.

4)两侧主梁可防止脱轨车辆倾覆下落，给行车安全提供了可靠的保障.在脱轨或强烈地震的情况下，腹板还可以将列车拦在梁体内.

因此，基于美观性、经济性和技术性统一的原则，最终采用单线U形梁作为工程的基本梁型.

2 桥梁孔跨设计

根据铁路和城市轨道交通桥梁建设经验，高架桥的经济跨度一般都在40 m以下，特别是U形梁.由于其结构受力特殊性，主要以30 m和25 m为主型跨度.根据国内几条线路调研数据(分别为35 m、30 m和25 m)，进行估算比较，综合上部结构与下部结构的工程数量，30 m和25 m跨度无论在梁体主要材料平米指标还是综合造价平米指标都要优于35 m跨度；30 m和25 m跨度在梁体主要材料指标上基本相当.6号线全线墩高平均在12 m左右，基岩埋深基本在35 m左右，综合考虑桥梁下部结构与基础后，桥梁每平米造价指标30 m跨度优于25 m跨度，同时30 m跨度比25 m跨度具有更好的跨越能力，能更好地满足规划要求，并使桥下视野更为通透.此外，全线高架线路墩高大部分均在10～12 m左右，当高跨比为1/4～1/3时，比较符合桥下行人视觉美学规律的要求.依据上述比较结果可知，跨度30 m梁较35 m梁与25 m梁经济合理，综合造价最低，且景观效果较好，因此推荐跨度30 m梁为本线U形梁高架区间的标准梁跨，并根据区间布跨需要，辅以20～35 m跨进行配跨.采用的国内最大跨度35 m简支U形梁，有效减少了路口连续梁数量，节省了大量投资[1].

3 桥墩形式设计

桥墩设计除必须考虑其功能、经济及施工技术等因素外，还必须考虑与上部构造中的梁及周围环境的协调性，特别是城市内高架桥，桥墩比梁更靠近人的视点，墩的形状、体量及表面处理等均是美学设计的重点.城市中桥墩应结构轻盈、线条流畅，避免出现给人杂乱与笨重的印象；横向的墩柱数量过多，容易在多角度的观察中给人杂乱无章的感觉，凌乱的混凝土结构，甚至会破坏周围的整体景观效果，如图6所示.

图6 不同造型的高架桥桥墩

国内轨道交通高架桥桥墩设计一般为单柱式和双柱式2种，双柱式桥墩墩柱均为竖直型，城市轨道交通更多的是使用单柱式桥墩，如图7所示.

图7 单柱式墩和双柱式墩效果示意图

由于本线高架线路大多敷设在道路中央分隔带内，随着两侧行车视角的变化，单柱式桥墩仅引起视觉上桥墩外形的变化，而双柱式则不仅引起视觉上外形的变化，还会引起视觉上横向桥墩个数的变化，容易在多角度的观察中给人杂乱无章的感觉.因此，根据本线的工程环境特点，其区间高架宜采用单柱式桥墩，如图8所示.

图8 不同桥墩身截面和饰条搭配视觉效果

综上，结合本项目的工程环境特点，本线高架桥墩采用单柱式T形桥墩，截面形式采用矩形截面并辅以倒角和立面增设凹槽饰条手段，桥墩立面可采用上下宽度变化处理，由墩头往下采用内收的线条，与梁部、盖梁的变化趋势形成顺畅的曲线，梁部采用30 m跨度作为标准桥跨的单线并置U形梁，满足跨高比1/3的黄金比例协调性[1]，如图9所示.

4 桥梁景观设计

本线高架桥设计从上至下采用弧线元素，避免直线元素的生硬与强大视觉冲击力造成的不适，在结构安全的前提下最大化减小体量，使行人有好的视觉感受，避免过去“笨、粗、大、壮”的视觉形象.以树的外形为设计灵感，整个桥墩线条流畅，桥墩的上大下小，中间倒圆弧线，好似一个含苞开放的花蕊，花瓣式造型犹如生机勃勃的树向上生长，连续的高架线形成了富有生命的“绿色轨迹”.桥墩设计上使用花瓣墩，在桥梁细部造型上使用弧线元素，外立面采用弧线元素随着线间距加大，标准桥墩自然过渡到Y形桥墩，过渡自然，整体非常和谐[3-7]，如图9和图10所示.

图9 桥墩景观设计

图10 高架桥桥墩建成后实景图

5 特殊桥梁设计

本线沿线多次跨越立交、路口和河流，因此跨越立交、路口和河流的大跨度桥梁结构设计是本线高架桥梁结构设计的重要内容[1].

5.1 特殊梁桥跨布置原则

通过对全线高架结构跨立交、道口和河流工程条件分析，对跨越路口和立交等桥梁尽量采用大跨度预应力连续梁(刚构)体系一跨跨越；跨越河流时，在满足桥下通航和泄洪前提下尽量采用标准跨度布置，采用大跨结构时，尽量选用大跨度预应力连续刚构.沿线跨越立交和道口宽度主要为40～80 m路幅，高架桥梁结构设计时，需分别对立交和道口按照不同路幅宽度进行分类统计，然后进行统一性设计，尽量减少桥梁结构类型，利于标准化设计和施工，减少重复设计和施工设备的采购，节约资源.

5.2 一般连续梁结构设计

由于U形梁结构受力的特殊性，跨越能力较小，在跨越立交和路口时，需要采取特殊措施.一种是加高主梁尺寸，满足受力要求；另一种是与其他结构组合实现大的跨越能力.为适应标准梁设计进行设备布置集成化和标准化设计，主梁侧面和顶面均有附属设施安装，不适宜加高主梁.大跨结构设计时按照桥面以上标准化设计的原则，采用U形梁底板组合箱梁结构实现大跨度跨越功能，截面采用箱梁+U形梁，梁高变化主要由箱高变化实现，到边墩附近由空心过渡到实心梁，然后与简支U形梁衔接，实现同截面顺接，避免桥梁构造尺寸出现突变，结构轻盈、简洁，解决了传统箱梁与简支U形梁端部顺接的难题，如图11所示.

图11 U+箱连续梁结构效果图及实景图

5.3 大跨度预应力结构设计

本线3次跨越深圳地铁4号线，2次上跨龙大高速，1次上跨南光高速，桥墩托换下穿福龙路，小角度斜交上跨公明排洪渠，28次跨越城市道路路口.除了部分路口或道路采用一般连续梁能跨越的外，部分桥梁必须采用较为特殊的梁形跨越.

楼南区间线路与龙大高速公路斜交78°，平面曲线半径1 200 m，纵坡为23.8‰，轨面与龙大高速路面最小距离约6.44 m，上跨龙大高速采用了主跨为65 m顶推预应力混凝土连续U形梁，是铁路及轨道交通领域首次对位于曲线、大纵坡、大跨度和大断面U形预应力混凝土连续梁实施顶推施工工艺的桥梁，如图12所示.

图12 上跨龙大高速顶推U形连续梁施工过程图

合薯区间跨越公明排洪渠，线路平面位于半径为550 m的曲线上，采用主跨150 m的V形刚构，是国内轨道交通领域最大跨度的V形U+箱刚构连续梁，桥梁整体造型美观，结构轻盈，投资经济，与周边环境协调统一，是城市轨道交通桥梁建造理念的一种创新，如图13所示.

图13 合薯区间V形刚构连续梁建成图

6 本线高架桥创新技术

U形梁综合了造型美观、节约空间、降噪良好与断面空间利用率高等优点.本项目U形梁采用了工厂化集中预制，由专用架桥机通过线路通道架设，进一步减小了对周边环境的影响和干扰，同时还采用以下5大集成技术创新：

1)U形梁成套技术的研究与应用.通过对U形梁的断面结构设计、制造工艺和运、架技术等进行系统研究，提高结构景观效果，结合工程施工条件，综合采用整孔预制，桥上运架和桥下运吊施工方法，降低施工对城市的影响，达到地铁建设与城市发展的和谐统一.

2)全面预制预埋技术的应用.高架桥梁U形梁结构采用工厂集中预制，提高桥梁施工质量，同时桥上附属设备全面采用预埋绝缘套筒技术，既能有效保证施工质量，又可避免后期对结构钻孔造成破坏.

3)引入绿色走廊设计理念.综合利用墩身和桥下空间进行绿化景观设计，将地铁高架线路建设成为景观绿色走廊，弱化高架桥梁结构对城市环境的视觉冲击，实现地铁高架结构与城市景观协调发展.

4)高架桥首次采用了U形梁+浮置板道床+轨旁吸音板+居民区全包声屏障的综合减振降噪设计.最大限度地减少了深圳地铁6号线高架桥对周边环境的噪声污染，全力打造了“安静”的轨道交通示范线.

5)轨道交通领域首个采用运架施工通过岛式“站桥合一”高架车站的U形梁高架线路.在车站的设计中通过设置“辅助梁”方式，预留运梁车的运输通道.确保了“岛式车站”前后U形梁的预制运架顺利实施.

7 结 论

通过对深圳地铁6号线高架桥梁总体设计研究和分析，城市轨道交通高架桥设计应注意以下几点：

1)高架桥结构设计应从受力、经济、适用、施工及美观等方面综合考虑进行高架桥梁型选择.

2)城市轨道交通高架结构应重点考虑高架景观与城市景观融合及协调，达到地铁建设与城市发展的和谐统一.

3)创新技术在高架结构的运用，是满足城市轨道交通高架结构安全、经济高效、美观适用及交通功能要求的可靠保证.

深圳地铁6号线在满足功能需求的前提下，着力对景观和降噪进行了用心打造，实现了高架桥梁与城市景观协调发展，本项目不仅是“一条地铁高架线”，更是“一道安静风景线”“一条绿色环保示范线”.其设计理念及创新技术对后续城市轨道高架桥梁的建设具有重要借鉴意义.