轨道交通高架区间标准桥梁形式选型研究

曹晓亮

中国铁建大桥工程局集团有限公司设计研究院 天津 300000

引言

高架区间桥梁主要可分为两种形式，一种是跨越路口、河流等的节点桥，另外一种是标准段桥梁。节点桥方案受具体线路环境的影响较大，而标准段桥梁结构形式的选择要尽量统一。标准梁型的选择与工程的造价和工程的工期都密切相关。结构形式的选择主要包括桥梁跨径、上部结构、下部结构的选择，如何确定桥梁的跨度以及相应的结构形式，须结合车辆制式、具体线位、周边环境、桥下净空要求、施工难易程度、工期要求、工程造价、对城市交通的影响等诸多因素来综合考虑。下面就桥梁上部结构形式的选择做比较分析。

1 标准梁上部结构选择

1.1 标准梁结构体系的选择

桥梁结构体系包括梁、拱、刚架、组合体系。梁式体系是目前轨道交通桥梁结构常用的结构体系，区间高架标准梁主要采用的是简支梁和连续梁两种梁式体系，如图1、图2，其中尤以预制简支梁的应用更为广泛。

图2 简支梁体系

连续梁桥的受力为超静定结构，它具有竖向刚度较大的特点，因此在列车运行时所产生的变形较小，另外其动力性能好，可以减小列车运行产生的噪音和振动。已建轨道交通高架桥采用的连续梁多为三孔一联。而简支梁结构受力为静定结构，受力较为明确，另外简支梁多为预制施工，可以在梁场统一预制，采用架桥机架设，施工工期较短。城市轨道交通中的高架桥梁，一般采用的是整体道床无缝线路，桥梁下部结构所承受的水平力又增加了长钢轨伸缩力、挠曲力和断轨力，对于连续梁而言，固定墩受力更为不利。因此，从下部结构受力合理性考虑，简支梁体系较为合理[1]。

1.2 桥梁跨径的选择

桥梁跨径的选择，应结合实施线路情况、周围环境、运输条件、工程地质条件以及桥梁结构上下部构造，从安全性以及经济性等各方面综合考虑。桥梁结构设计中的经济跨度与多个因素相关，其中与结构的受力特性、是否规模化生产以及地质条件相关性较大。参考以往工程经验，根据《地铁设计规范》中对桥墩刚度的要求可知，跨度大于30m时刚度要求更高，往往下部结构尺寸受纵向刚度控制。因此，桥跨从受力考虑不宜超过30m。

由于高架桥梁多布设在绿化隔离带内，较少数量的下部结构施工可以减少对绿化的破坏；另外如果过街管线较多的话，采用较大跨径可以减少地下管线的拆迁，加快施工进度，对整体线路的架设有利，也可减少相关拆迁费用。桥梁跨径大小应保证良好的景观。在景观要求高的区段，建议尽量增大跨径，以增加桥下空间的通透感，此外由于不同桥高对人视线遮挡和空间分割程度不同。因此跨径的选择应尽量保证更多线路的桥高在8~12m左右，此时人的压抑感较小。

轨道交通高架桥常用跨度有30m、25m和35m，针对这三种跨径，参考国内类似既有高架线路设计资料，对11m墩高简支梁桥进行工程费分析可知，30m跨度总费用最少，通透性好于25m简支梁，35m简支梁梁高较大，压缩桥下净空，对城市道路交通不利，综合考虑推荐采用30m简支梁[2]。

1.3 标准梁型选择

轨道交通高架桥可采用的梁型有板梁、T 梁、箱梁、U 型梁等多种形式，其中箱梁是目前国内桥梁广泛采用的高架桥梁断面，其对线路的适应性较强，无论直线段还是曲线段均可采用。箱梁可以选用的截面形式主要有单箱单室、双箱单室、鱼腹式箱梁等形式。

1.3.1 单箱单室箱梁。单箱单室箱梁为闭口的箱型结构，因此它的结构整体性好，抗扭刚度较大，行车动力条件好，其跨越能力强，适应跨路口的需要，适应性好，可方便用于直线段与曲线段，使高架区间桥梁上部结构线性简洁，流畅。采用预制架设时，可直接一次架设就位，减少二次现浇的工序[3]。其缺点是梁体吊装重量较大，吊装重约400～500t，必须采用桥上运架方式，通过高架站时需要临时加固措施，运架费用高，周期较长，截面形式如图3。

图3 单箱单室箱梁截面

1.3.2 组合箱梁。组合箱梁为多个小箱梁组合的截面，其施工工艺较为成熟，对道岔区等线间距变化区段可以通过调整现浇湿接头宽度的办法加以实现，经济性能较好。组合箱梁为多个小箱梁组合而成，可以采用分片预制吊装，除了可以采用小型架桥机桥上运架，也可采用桥下运输、整孔吊装的架设方法，运架方式灵活，施工期间对环境的影响较小。下部开敞的形式有利于加快结构两次震动引起的噪声衰减。其缺点是行车动力条件稍差，与大跨度桥梁衔接时需转换梁型，结构衔接景观效果稍差，施工中桥梁架设完毕后，须部分现浇桥面板[4]。截面形式如图4。

图4 组合箱梁截面

1.3.3 U型梁。U型梁的断面利用效率高，上翼板可兼作维修通道和区间紧急疏散通道，由于受力的特点，其建筑高度较低。但是其梁形截面为开口截面，因此扭转刚度小，对渡线、跨越节点的适应性差，需采用箱梁转换，因而其降低建筑高度的优势无法全面显现[5]。截面形式如图5。

图5 U型梁截面

2 国内轨道交通高架桥统计

近年来，国内城市的经济体量越来越大，人口也随之逐步增长，对城市轨道交通的要求越来越高，国内大多一二线城市的公路交通已经无法满足出行需求。这使得地铁的修建成为了必然的选择，像是北京、上海等地已经建立了较为完整的地铁线路。表1列出了国内一些主要城市的地铁线路[6]。

3 结束语

高架桥的设计在充分考虑桥梁的安全性的基础上，还要考虑其外观设计，做到与周围的城市环境相协调，使之成为现代化城市的风景线，同时由于高架桥多位于市区内，还要考虑环保的要求，必须采取有效措施，降低施工对周边环境的影响，桥梁预制架设施工已经非常普遍，简支梁得到广泛应用。在一些抗震要求较高的地区，简支梁的应用较为普遍[7]。