武汉轨道交通前川线高架桥方案研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０００９０４・科技研究・武汉轨道交通前川线高架桥方案研究李光凤（中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉４３００６３）摘要：以武汉市轨道交通前川线为工程背景，对高架区间标准段桥梁方案进行研究。基于安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理的设计要求，在确定桥梁结构体系和标准跨径的基础上，对梁部结构、桥墩造型和施工方法进行了重点研究，并确定合理的设计方案，可为轨道交通桥梁设计提供参考。关键词：高架桥梁部结构桥墩造型施工方法方案比选中图分类号：Ｕ４４２．５＋４文献标识码：Ａ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．ｓ２．００３ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＶｉａｄｕｃｔＳｃｈｅｍｅｓｆｏｒＱｉａｎｃｈｕａｎ－ｌｉｎｅｏｆＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔｉｎＷｕｈａｎＬｉＧｕａｎｇｆｅｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｉｙｕａｎＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅＱｉａｎｃｈｕａｎ－ｌｉｎｅｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｉｎＷｕｈａｎａｓｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｖｉａｄｕｃｔａｌｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓａｆｅｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ，ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｐａｎａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｔｈｅｂｅａｍｓｕｐｅｍｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｌｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅｓｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉａｄｕｃｔ；ｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｈａｐｅｏｆｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒｓ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｓｃｈｅｍｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ１工程概况中，高架线路总长约２１・８ｋｍ，约占总线路的６０％。武汉市轨道交通前川线工程为７号线北延线，起于黄陂前川，沿黄陂大道、双凤大道、川龙大道、盘龙大道、环湖中路等主干道南北向走行，在金山大道接入７号线一期工程园博园北站，线路全长３６．２ｋｍ，设站１ｌ座（含预留站ｌ座）。本线作为一条沟通新城与主城的市域快线，是轨道交通网络规划中市域骨架线网的重要组成部分。城市轨道交通线路的敷设方式主要有地下、地…面和高架三种形式。其中，地下线路多用在城市中心区和建筑物密集区域；高架线路则多适用于非城市中心区或市郊地区。相对于地下线路而言，高架线路在工程投资、施工周期和运营维护等方面具有显著的优势旧。Ｊ。根据规划及线路设计，前川线采用地下线路与高架线路相结合的建设方式。其——收稿日期：２０１８０３１６作者简介：李光凤（１９８５一），女，工程师，主要从事桥梁设计。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹｃｏＮｓＴＲＵＣＴＩｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２桥梁结构体系和标准跨径２．１结构体系对于标准段桥梁而言，采用梁式体系桥梁是合适的，主要有简支梁和连续梁两种形式。简支梁体系具有受力简单、设计和施工经验相对成熟的优点。在施工方法上，可采用现浇、整孔预制架设和节段预制拼装等多种工法。工厂化、标准化的梁段制造，施工质量易于保证，可有效控制工期，对环境的影响较小。同时，基础不均匀沉降对简支梁的影响较小，且桥墩纵向水平线刚度远小于连续梁，桥墩受力较均匀。与简支梁体系相比，连续梁体系的受力更加合理，动力性能更优。但是，连续梁对地基的适应性较差，对基础沉降比较敏感，收缩、徐变对结构的影响较大，且后期支座的维护与更换相对困难。同时，采用现浇施工，施工质量不易保证，工期较长，２０１８ｔ增２）苫万方数据・科技研究・对环境影响较大。简支梁和连续梁的综合比较见表１。表１简支梁和连续梁的综合比较项目简支梁连续梁力学性能受力简单明确，能满足要求受力合理较差，对支座不均匀对地基的适应性较好沉降敏感现浇、整孑Ｌ预制架设，施工方法以现浇为主节段预制拼装工期较短较长施工质量易于控制较难控制后期维护工作量相对简单较大经济性好较好桥墩尺寸均匀，桥墩尺寸偏大，景观效果整体景观效果较好整体景观效果较差根据上述分析，前川线高架区间标准段桥梁推荐采用简支梁，而跨越主干道路、河流、既有线等控制节点采用连续梁。２．２标准跨径轨道交通高架桥的标准跨径应综合考虑沿线的既有道路和规划道路、景观效果、标准化施工和经济性等因素进行确定。跨越相交道路：除跨越主干路采用节点桥梁外，其余道路均为红线宽度２０ＩＴＩ左右的次干路。景观效果：考虑景观、净空等因素，高架桥桥下净空基本在９ｍ左右；桥高和跨度比例为１：３左右时景观效果最佳¨ｏ。标准化施工：满足标准化施工的需要，采用较大跨度时，可减少桥跨数量，缩短工期。经济性：标准跨径与结构受力、地质情况和标准化施工等有关，应具有较好的经济性。根据国内城市轨道交通的工程实践，高架桥的标准跨径为２５～３０”ｍ』。上述跨径范围均满足结构受力合理和标准化施工的要求，从经济性和景观效果考虑，前川线高架区间桥梁的标准跨径确定为３０Ｅｌ＿。３梁部结构比选高架桥的梁部结构形式一般可采用箱梁、槽形梁、Ｔ梁和空心板梁等。考虑到Ｔ梁的经济跨径在２０～２５ｍ之间，空心板梁的经济跨径在１６～２０ｍ∞之间ｏ。且上述两种结构的整体性较差，Ｔ梁底部呈网格状，景观性较差。因此，对于梁部结构，主要１０铁道建筑技术对箱梁和槽形梁进行综合比选。箱形梁有单箱单室、双箱单室和组合箱梁三种截面形式。单箱单室截面箱梁通常与独柱墩配合设计，结构整体轻巧，占用空间小，通透性好、适用性强，在区间的直线、曲线段均可采用。双箱单室截面箱梁可根据线间距灵活调整其翼缘板宽度，对于高架桥梁线路变宽区段适应性强。但横向支座较多，桥墩一般需设置成Ｔ形结构，梁底景观效果较差。组合箱梁桥面板需待双槽梁吊装就位后现浇施工，施工工艺复杂，对运输、吊装设备要求较高。因此，推荐采用单箱单室的截面形式。槽形梁的优点在于总建筑高度低，与其他梁式结构相比，可有效地降低线路标高，在桥下净空受限的地方有显著的优势。结构本身可兼作护栏和隔声屏，侧向视觉总高度较小，降噪效果好＂。８１。缺点在于受力不合理且开口截面的整体性不如箱梁，抗扭刚度和腹板稳定性相对较弱。若标准段采用槽形梁，与节点连续箱梁断面难以顺接，线形不够流畅，景观效果较差。箱形梁和槽形梁的综合比较见表２。表２箱形粱和槽形梁的综合比较项目箱形梁槽形梁竖向刚度易满足；受力特点整体性能好，刚度大横向和扭转刚度较小现浇、整孔预制架设、施工方法现浇、节段预制拼装节段预制拼装净空易满足，外观及功能外形顺畅，美观侧壁兼具隔音效果技术难易程度相对成熟，难度小相对较大经济性较好一般景观效果较好较差桥下净空受限的适用范围中、小跨径桥梁中小跨径桥梁根据上述分析，综合考虑技术可行、经济美观、满足功用、环境影响、施工快捷等因素，并结合国内轨道桥的工程实践，梁部结构推荐采用单箱单室截面箱梁。４桥墩造型比选桥墩造型的选择除满足上部结构受力要求，以及桥墩自身的强度、刚度和稳定性外，桥墩外形应尽量透空，确保桥下行车有较好的视线。同时，桥墩造型应与上部结构及周边环境和谐统一【９Ｊ。ＰＬＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｆ增２）万方数据・科技研究・高架桥的桥墩形式主要有独柱墩、Ｔ形墩、Ｈ形Ⅱ墩和形墩等。Ｈ形墩和ｎ形墩的墩底宽度较大，不利于既有道路的渠化和道路总体规划。考虑到粱部结构采用单箱单室箱形截面，综合考虑视觉效果、景观效果和技术经济性等因素，高架桥桥墩推荐采用独柱墩。４．１“”傲雪梅花方案以武汉市花梅花的形态作为设计元素，运用分解、引入、切分等设计手法对桥梁形态加以整合，使墩身曲线与箱梁的弧形外轮廓自然结合，浑然一体，给人以流“”畅舒适的视觉感受。傲雪梅花方案演化见图１。本桥墩方案通过对曲线的合理运用，有效降低了“”建筑结构物的视觉重量，使建筑物看起来更加轻巧灵动，很大程度改善了高架桥给周围行人车辆带来“”的压抑感。傲雪梅花方案整体效果见图２。甲＿甲节“图２傲雪梅花方案效果图“”４．２华表型方案本方案桥墩墩柱采用圆形截面，墩形简洁，设计及施工均较为便利。圆形墩柱有助于减小桥墩体量感，同时满足各视角桥墩体量的统一。圆柱形体在通常的自然光条件下，阴影一侧轮廓与周围景物对比不甚鲜明，降低因视线阻碍而给人带来的逼仄感，使高架区间桥梁的整体视觉效果更加通透。圆形墩柱与墩顶托盘的组合，恰似中国大型古“”“”建筑群中常见的华表，华表是中华名族精神与气节的象征，桥墩方案蕴含了一层积极向上的精神寓“”意。华表型方案整体效果见图３。“”４．３清凉油纸伞方案“”武汉素有四大火炉之称。本方案以一把撑开的油纸伞作为设计元素，运用分解、引入、切分等设计手法对桥梁形态加以整合，在墩顶部分进行镂空处理，减小了桥墩的体量感，整体外形端庄又包含轻盈之美。弧线形主“”图３华表型方案效果图铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｒＶＶ盏“’图４清凉油纸伞方案演化“图５清凉油纸伞方案效果图“”４．４飞檐斗拱方案“”黄鹤楼享有天下江山第一楼的美誉，是武汉“”市标志性建筑。本方案从黄鹤楼的飞檐斗拱吸取灵感，运用分解、引入、切分等设计手法对桥梁形态加以整合，设计了具有浓郁武汉特色的桥墩造型。整体看上去桥墩形态刚劲有力，兼具古典与现代之美，彰显了飞速发展中的武汉对中国古代优秀文化的一脉相承与尊重，渗透出武汉市深厚的文化底蕴。“”本方案的墩形由斗棋造型化繁为简演化而来，采用简洁的直线轮廓和立方体造型，将古典元素自然的融入到现代轨道交通工程中，在建筑美学和文化韵味上都有着很好的表现。同时该墩形摒弃了古典建筑的繁琐，兼顾了工程技术与经济指标，完全满足现代化的“”施工要求。飞檐斗拱方案整体效果见图６。综合考虑桥墩的受力特点、与箱梁匹配效“果以及景观效果，傲雪“”图６飞檐斗拱方案效果图”梅花方案与箱梁搭配交相辉映、浑然天成、受力明确、施工简单，方案整体效果最优。因此，前川线高“”架桥桥墩推荐采用傲雪梅花方案。对于桥跨３０ｍ简支梁结构，施工方法主要有支架现浇法、整孔预制架设法、节段预制拼装法和移”动模架法等１０。１２ｊ。考虑到移动模架法存在施工工序复杂，施工总体组织、协调难度大，且施工工期受制于模架系统数量的影响，对线路半径的适应性较差等问题，下面仅对前三种施工方法进行比较。支架现浇法的设计、施工技术成熟，可多工作面同步施工，且不需要大型的运输、吊装及架设设备。缺点在于现浇梁的施工质量不如预制梁容易控制，对城市交通和环境有一定的影响。相对于支架现浇法，整孑Ｌ预制架设法和节段预２０７８ｆ增２Ｊ１１万方数据・科技研究・制拼装法的施工总体组织、协调工作难度较大。梁体（梁段）均在制梁场地预制，施工质量易于保证；下部结构与上部结构预制同步进行，可缩短工期。缺点在于需征地用于预制场地建设，以及采用大型的运输、吊装及架设设备，对线路的适应性较差。相对于整孔预制架设法，节段预制拼装法对施工工艺的要求更加严格。不同施工方法的综合比较见表３。表３不同施工方法的综合比较比较项目支架现浇法整孔预制架设法节段预制拼装法对环境的影响相对较大较小较小工期每２０ｄ施工１孔，可多工作面同步施工每１ｄ架设１．５孔，架设速度快每１～２ｄ架设１孔，工期较短工作面多时，设备周转次数少，≥桥长１０ｋｍ时，桥长／＞２．５ｋｍ时，工程造价施工措施费用高有规模效应，可降低施工造价有规模效应，可降低施工造价线路的适应性线路半径无特殊限制≥线路半径１０００ｍ线路半径Ｉ＞２００ｍ大跨结构适应性适应性强适应性差适应性较好施工精度要求较低较高严格施工质量现场施工，离散性较大工厂化预制，质量有保证工厂化预制，质量有保证对运输、吊装、架设设备的要求较低高相对较高围挡面积大、时间长，需对地面硬化处理；下部结构施工期间需围挡，下部结构施工期间需围挡，沿线用地要求跨池塘、农田等区域，硬化成本、复耕成本较高硬化面积小，需征地用作制梁场地硬化面积小，需征地用作制梁场地５施工方法比选结合轨道交通前川线的特点，高架区间节点桥梁较多，分别上跨武汉北编组站、绕城高速公路、汉孝高速公路、汉孝城际铁路、机场高速二通道等道路和既有线，以及后湖、府河等河流。线上运梁通道受阻，线下运梁需绕行后湖、府河等河流且运距远。同时，线路在多处与高压线并行或者相交。结合在建和已建成通车的多条武汉市轨道交通建设实施中高压电线拆迁难度大的实际情况，一旦不能按时解决高压线迁改问题，将会严重影响后续工期。而支架现浇法可多工作面同时施工，各施工部分相对独立，更有利于全线高架桥梁施工组织的合理安排。对施工方法进行综合比选，前川线高架区间标准段桥梁推荐采用支架现浇法施工。６结束语（１）对于城市轨道高架桥，梁部结构体系宜优先采用简支结构体系。武汉轨道交通前川线高架桥采用桥跨３０ｍ简支梁体系。（２）通过对技术功能、景观效果、标准化施工和经济性等因素进行综合比选，梁部结构采用预应力混凝土单箱单室截面箱梁。（３）经过多种桥墩方案比选，结合武汉市文化特“”色，推荐采用景观效果较好的梅花形桥墩方案。（４）综合考虑施工组织难度、经济性及施工工１２铁道建笳技术期等因素，并结合本工程的实际情况，确定采用支架现浇法施工。通过合理施工组织，可确保施工质量和施工工期。参考文献［１］仲建华．城市轨道交通桥梁创新设计及策略［Ｊ］．都市快轨交通，２０１１（２）：１４一１８．［２］姚亚茹．轨道交通高架区间桥梁形式比选与经济比较—［Ｊ］．铁路工程造价管理，２００６（２）：４１４４．［３］杨宏林．城市轨道交通高架桥的选型［Ｊ］．甘肃科技，—２００６（６）：１４１１４３．［４］陈建华．城市高架桥结构方案关键因素分析及发展构—想［Ｊ］．桥梁建设，２０１３（４）：９９１０４．［５］中国土木工程学会．２０１４中国青岛城市轨道交通管理和技术创新研讨会论文集［ｃ］．北京：世界轨道交—通，２０１４：２００２０１．［６］余凤翔．城市轨道交通高架桥选型的探讨［Ｊ］．铁道—工程学报，２００１（３）：７１７５．［７］张吉，陆元春，吴定俊．槽形梁结构在轨道交通中的应—用与发展［Ｊ］．铁道标准设计，２０１３（１０）：７８８２．［８］谢炯．上海轨道交通高架桥ｕ形梁的技术特点［Ｊ］．—城市轨道交通研究，２０１２（３）：５３５７．［９］范征，赵启儒．轨道交通高架区间桥梁结构选型的探—讨［Ｊ］．铁道标准设计，２００６（１２）：３０３３．［１０］熊伟，蒋建设，廖宇峰城市轨道交通高架桥整孔箱梁架设—施工技术［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００７（３）：７３７８．［１１］刘安双，马振栋．预制节段拼装桥梁在城市轨道交通—中的应用［Ｊ］．公路交通技术，２０１４（５）：７７８０．［１２］张立青．铁路节段预制胶接拼装法建造桥梁技术与应—用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１）：８１１．ＲＡＩＩ＿ＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴ｜０ＮＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ２０１８ｌ增２１万方数据