津?yàn)I輕軌高架橋總體設(shè)計(jì)

　　摘　要:全面介紹津?yàn)I輕軌工程高架橋的設(shè)計(jì)情況,常規(guī)梁跨采用3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,節(jié)點(diǎn)橋除30～40 m 主跨連續(xù)梁外尚有異形箱梁、框架墩橋、50 m 簡(jiǎn)支結(jié)合梁及中跨連續(xù)剛構(gòu)橋等;同時(shí)對(duì)津?yàn)I輕軌高架橋橋型選定、快速施工、徐變及軟基沉降控制、框架墩、結(jié)合梁、剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)研究介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞:城市輕軌; 快速軌道交通; 高架橋; 建設(shè)條件; 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn); 設(shè)計(jì)原則
　 1. 1 　津?yàn)I輕軌項(xiàng)目總概況一線路位于天津市區(qū)及濱海新區(qū)城區(qū)。
由于本線是快天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程(簡(jiǎn)稱津速軌道交通線,車流密度大,車速快,為保證安全,設(shè)計(jì)濱輕軌) 是天津市城市總體規(guī)劃布局的重要組成部分。為全封閉。在兩端城區(qū)及中間沿疏港公路地段由于沿該工程起于天津市區(qū)中心廣場(chǎng),終到經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)線道路、工廠、村莊密集,為減少分隔作用,給將來(lái)發(fā)展第八大街,線路全長(zhǎng)約52. 5 km , 設(shè)胡家園車輛段和新創(chuàng)造條件,該部分線路均采用高架形式。中間一部分立鎮(zhèn)停車場(chǎng)兩個(gè)車輛基地,在終點(diǎn)處設(shè)置控制中心1 線路在跨過(guò)京山鐵路線至胡家園地段,線路緊靠京山座。該線設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km , 是兼有城區(qū)間快速線路線,是尚未進(jìn)行開(kāi)發(fā)的地段。為降低工程投資,該部分性質(zhì)的城市軌道交通工程。該工程的建設(shè)對(duì)天津市可線路采用地面形式,共有3 段,總長(zhǎng)為4. 3 km , 終點(diǎn)1. 1 持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)21 世紀(jì)戰(zhàn)略具有十分重要的意義。km 長(zhǎng)線路由于沒(méi)有立交要求,亦采用地面線路。該項(xiàng)目一期工程由市區(qū)中山門至經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)津?yàn)I輕軌一期工程線路平面示意圖見(jiàn)圖1 。

圖1 　津?yàn)I輕軌一期工程線路平面示意

1. 2 　橋梁工程概況
津?yàn)I輕軌一期工程高架線路為40 km , 考慮停車為無(wú)碴軌道,2 號(hào)、3 號(hào)橋?yàn)橛胁贶壍?。橋上線路有場(chǎng)、車輛段及聯(lián)絡(luò)線高架并扣除高架車站范圍,橋梁總雙線、單線、多線及橋上出岔和橋上設(shè)置單渡線、交長(zhǎng)度為39. 7 km , 占線路總長(zhǎng)的87 % 。全線共設(shè)置4 叉渡線、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器等。沿線橋上主要線路情座高架橋,其分布及長(zhǎng)度詳見(jiàn)圖1 。
沿線橋梁結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種:
(1) 全線普遍采用的常規(guī)梁跨為單、雙線3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和3 20 m 鋼筋混凝土連續(xù)箱梁;
(2) 跨越主要道路等采用30 、35 、40 m 主跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁;
(3) 在橋上出岔、變線間距、多線橋處采用鋼筋混凝土連續(xù)整孔異形箱梁;
(4) 在小角度跨越道路、重要管線時(shí),采用各種形式框架墩、倒L 形墩及簡(jiǎn)支或連續(xù)的鋼混結(jié)合梁;
(5) 跨越鐵路及重要道路采用50 m 跨簡(jiǎn)支鋼混結(jié)合梁,共3 處;
(6) 跨越重要公路采用了主跨分別為56. 8 m 和62 m 的2 座4 跨連續(xù)剛構(gòu)橋。
2 　建設(shè)條件
2. 1 　地形地貌
津?yàn)I輕軌經(jīng)過(guò)地區(qū)處于海河沖積平原與濱海相銜接處,按大的地貌單元可分為沖積平原和濱海平原。地形平坦,地勢(shì)低平,溝渠縱橫,絕對(duì)高程一般為0～ 3. 5 m 。沿線河流屬海河水系,沿途跨越河流主要有月牙河、西減河、煤河、袁家河、黑潴河等,沿線人工開(kāi)挖的溝渠縱橫交錯(cuò)。上述河渠均受人工調(diào)控,大都只有河槽,無(wú)灘地,河床平順。
2. 2 　工程地質(zhì)
沿線地層較簡(jiǎn)單,第四系地層廣泛發(fā)育,厚度巨大。地層分布從上到下依次為人工堆積層、新近沉積層、上部陸相層、第一海相層、中上部陸相層、上部及中上部地層廣泛沉積有十幾米厚的軟土,各土層物理力學(xué)性質(zhì)、固結(jié)度較差,強(qiáng)度較低。沿線地下水位埋深較淺,一般為地表下0～3 m 。
2. 3 　地震
根據(jù)《津?yàn)I輕軌工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》, 工程場(chǎng)地類別為Ⅲ 類,對(duì)應(yīng)50 年超越概率10 % 的地震烈度,即基本烈度為Ⅶ 度。沿線地層軟土較厚,但大部分地段軟土震陷問(wèn)題較小,僅終點(diǎn)約10 km 線路存在較明顯的軟土震陷。沿線雖分布了較多的粉砂、細(xì)砂、粉土地層,但工程場(chǎng)地地震液化問(wèn)題不明顯。
3 　主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
(1) 線路類別　輕軌;
(2) 正線數(shù)目　雙線;
(3) 最小曲線半徑　區(qū)間正線: 一般600 m , 困難條件400 m ; 車場(chǎng)線及輔助線:150 m ;
(4) 最大坡度　區(qū)間正線30 ‰,輔助線40 ‰;
(5) 軌距　1 435 mm , 采用60 kg/m 鋼軌、無(wú)縫線路、無(wú)碴軌道(地面線路部分為有碴軌道);
(6) 電動(dòng)車組　選用B 型4 軸電動(dòng)車組, 軸重≤14 t ;
(7) 編組　初期、近期列車編組為4 輛,遠(yuǎn)期列車編組為6 輛;
(8) 牽引種類　電力;
(9) 線網(wǎng)電壓　DC1 500 V 、架空接觸網(wǎng)供電;
(10) 設(shè)計(jì)最高行車速度　100 km/h ;
(11) 地震烈度　按Ⅶ 度設(shè)計(jì)。
4 　橋梁設(shè)計(jì)總體指導(dǎo)原則
(1) 橋梁設(shè)計(jì)必須符合安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則,并盡可能采用成熟、先進(jìn)技術(shù)。
(2) 全線橋梁設(shè)計(jì)要力求統(tǒng)一風(fēng)格、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一材料。
(3) 由于全線常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)跨占橋梁工程投資的95 % 以上,因此要充分做好常規(guī)梁跨的設(shè)計(jì)比選和優(yōu)化工作。
(4) 高架橋梁梁式、墩型的選擇要遵循結(jié)構(gòu)受力合理、外形美觀、梁墩配合協(xié)調(diào)、與周圍環(huán)境和諧的原則。
(5) 橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、力求標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、并盡量減少結(jié)構(gòu)類型,便于設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)維修。
(6) 橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,作為永久性建筑物,要有良好的耐久性。
(7) 橋梁跨徑應(yīng)根據(jù)城市的景觀、經(jīng)濟(jì)、方便施工等因素進(jìn)行優(yōu)化比選,一般區(qū)間采用經(jīng)濟(jì)跨徑20～30 m 為宜,特殊地段根據(jù)實(shí)際情況確定。
(8) 高架橋梁設(shè)計(jì)要研究確定合理的橋面結(jié)構(gòu)布置形式,滿足各相關(guān)專業(yè)要求。
(9) 由于采用無(wú)碴軌道,且沿線多為軟土地基,因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制橋梁徐變及基礎(chǔ)沉降,以滿足鋪設(shè)無(wú)縫線路、設(shè)置無(wú)碴軌道的要求。
(10) 梁部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有足夠的剛度和自振頻率,要盡可能減少梁部結(jié)構(gòu)振動(dòng)或共鳴等產(chǎn)生的噪聲污染。
(11) 高架橋梁除滿足行車功能的要求外,尚需考慮人員緊急疏散、電力及通訊等管線的支撐設(shè)備和防止列車脫軌落梁的設(shè)備。
(12) 橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)滿足限界、抗震、防迷流、環(huán)保、施工工藝等方面的要求。
(13) 跨越河流、溝渠時(shí),應(yīng)盡量減少河中橋墩數(shù)量,且宜采用圓柱墩、圓端型墩以減少阻水面積。
(14) 跨越鐵路、公路或城市道路時(shí),橋下凈空需滿足有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求并征得相關(guān)部門同意,設(shè)計(jì)方案應(yīng)盡可能減小對(duì)現(xiàn)有公路、鐵路交通的影響。
(15) 橋梁設(shè)計(jì)要充分考慮地面或地下已有或規(guī)劃建筑物,盡量避免或減少對(duì)建筑物的不利影響。
(16) 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合橋跨結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)類型、支座布置等綜合考慮梁軌相互作用力的影響,并根據(jù)受力特點(diǎn)進(jìn)行合理的荷載組合。
(17) 為提高線路運(yùn)營(yíng)條件,減少道岔及溫度伸縮調(diào)節(jié)器的養(yǎng)護(hù)維修工作量,橋梁孔跨布置時(shí)要盡可能避免梁縫設(shè)在道岔區(qū)和溫度伸縮調(diào)節(jié)器前后。
(18) 為滿足橋上線間距變化及設(shè)置單開(kāi)道岔或交叉渡線等的需要,要選取合理的梁部結(jié)構(gòu)及孔跨布置形式。
5 　重點(diǎn)研究解決的技術(shù)方案和問(wèn)題
(1) 一般跨度橋梁合理型式的選定
由于一般梁跨是該橋的主體,因此選定經(jīng)濟(jì)、美觀、合理的梁跨結(jié)構(gòu)型式是至關(guān)重要的。梁部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中分別對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、鋼筋混凝土箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土雙肋板梁、鋼管混凝土結(jié)合梁、鋼混凝土結(jié)合梁、小跨度鋼筋混凝土連續(xù)剛架、槽形梁、簡(jiǎn)支梁與連續(xù)梁等進(jìn)行了分析,結(jié)合預(yù)制架設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)滿布支架現(xiàn)澆、滑移模架施工、節(jié)段預(yù)制拼裝等不同施工方案進(jìn)行了綜合比選,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、工程建設(shè)進(jìn)度計(jì)劃及前期建設(shè)準(zhǔn)備情況最終選定采用現(xiàn)澆整孔連續(xù)箱梁。其經(jīng)濟(jì)跨度為25 m , 跨度小于25 m 時(shí)采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,25～40 m 跨度選用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。根據(jù)不同橋?qū)挕⑶€半徑等組合,40 m 以下跨度梁種類全線達(dá)100 余種。
(2) 適用于長(zhǎng)橋優(yōu)質(zhì)快速施工的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目高架橋長(zhǎng)40 km , 工程量巨大,而建設(shè)工期包含征地、拆遷等各項(xiàng)建設(shè)準(zhǔn)備工作要求不到2 年,因此工程量大而周期短的矛盾較為突出。為解決這一主要矛盾,設(shè)計(jì)中研究解決了預(yù)應(yīng)力混凝土梁同時(shí)施工時(shí)預(yù)應(yīng)力束的張拉問(wèn)題,并在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了A 、B 型兩種梁端設(shè)計(jì)及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要的互換原則。為加快梁部支架的周轉(zhuǎn),縮短施工周期,在A 型梁端設(shè)置了硫磺砂漿臨時(shí)支座。對(duì)于鋼筋混凝土連續(xù)梁,為加速施工,根據(jù)試驗(yàn)段施工反饋意見(jiàn)對(duì)箱梁腹板厚度及鋼筋布置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)后全線推廣采用。
(3) 橋梁徐變及軟基沉降的控制
根據(jù)本線技術(shù)特點(diǎn),無(wú)碴軌道橋梁工后總變形量要求不得大于2 cm , 在總變形量中包括橋梁徐變變形和基礎(chǔ)沉降兩部分。在設(shè)計(jì)中研究分析了變形產(chǎn)生的原因,結(jié)合國(guó)內(nèi)其他類似項(xiàng)目的研究成果采取了多種設(shè)計(jì)措施,包括確保梁部有足夠的豎向剛度、適宜的預(yù)應(yīng)力度、合適的預(yù)應(yīng)力束布置以及合理的樁基選型和樁基布置方式,在樁基設(shè)計(jì)中保證樁尖置于穩(wěn)固的第二持力層即埋深30～35 m 以下的第Ⅳ 陸相層之中。
(4) 墩臺(tái)設(shè)計(jì)中減小橋上無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌作用力作用的對(duì)策
橋上無(wú)縫線路梁軌相互作用機(jī)理比較復(fù)雜,設(shè)計(jì)繁瑣,在橋梁孔跨布置、橋梁結(jié)構(gòu)選擇時(shí)考慮盡可能減小長(zhǎng)鋼軌作用力對(duì)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響,在一般橋跨設(shè)計(jì)中分析歸納了不同梁跨、不同支座布置、無(wú)縫線路固定區(qū)及伸縮區(qū)不同位置對(duì)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響,根據(jù)其影響大小進(jìn)行墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
(5) 小角度跨越鐵路、公路時(shí)合理橋梁結(jié)構(gòu)選型
受場(chǎng)地條件控制,在跨越部分鐵路、公路時(shí),平面交叉條件較差,一是夾角較小,二是線路位于小半徑曲線上,根據(jù)所需跨度基本分為50～62 m 跨和大于100 m 跨兩類。對(duì)于兩跨京山鐵路,為了確保鐵路運(yùn)輸安全,最大限度降低對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響,橋梁結(jié)構(gòu)均選用1 50 m 跨簡(jiǎn)支鋼混結(jié)合梁,采用吊裝或拖拉法施工。對(duì)于跨越塘沽區(qū)河北路,由于其位于無(wú)縫線路伸縮區(qū),為克服長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁在伸縮區(qū)較大的梁軌相互作用,亦選用1 50 m 簡(jiǎn)支鋼混結(jié)合梁設(shè)計(jì)。對(duì)于兩處跨越疏港公路,其跨度要求分別為(42 + 62 + 62 + 42)m 和(36 + 56. 8 + 56. 8 + 36)m。對(duì)于這樣的4 孔連續(xù)梁,其梁軌相互作用力是很大的,路中分隔帶上橋墩尺寸將滿足不了道路斷面要求,而選用連續(xù)剛構(gòu)橋則較好地解決了這一矛盾。對(duì)于所需跨度大于100 m 的工點(diǎn),設(shè)計(jì)中對(duì)斜拉橋、拱橋、大跨連續(xù)梁、一般小跨梁結(jié)合框架墩等方案進(jìn)行了論證分析,最終研究確定了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的小跨梁配框架墩方案。
(6) 框架式橋墩設(shè)計(jì)
全線運(yùn)用了較多的框架式橋墩,根據(jù)框架墩的跨度大小分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼橫梁混凝土立柱組合框架墩3 種類型。設(shè)計(jì)中重點(diǎn)研究解決了墩與橫梁的剛度匹配、墩梁固接處的局部應(yīng)力分析及加強(qiáng)措施、結(jié)構(gòu)中合理的普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋的布置及混凝土立柱與鋼橫梁的最佳連接方式等問(wèn)題。
(7) 鋼混結(jié)合梁設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目中共設(shè)計(jì)了3 類鋼混結(jié)合梁,分別為25 m 跨連續(xù)鋼混結(jié)合梁、22 m 跨簡(jiǎn)支鋼混結(jié)合梁和50 m 跨簡(jiǎn)支鋼混結(jié)合梁。設(shè)計(jì)中重點(diǎn)研究解決了結(jié)構(gòu)型式及材質(zhì)的選型、剪力傳剪器的選型與設(shè)計(jì)、連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)裂縫控制、混凝土收縮、徐變對(duì)組合截面的內(nèi)力影響和施工階段的穩(wěn)定性分析等。

原作者：孫衍福,李小江