北京地鐵八通線高架橋設(shè)計(jì)

【摘要】北京地鐵八通線是國內(nèi)第一條以預(yù)制工法為主導(dǎo)的軌道交通地上線路,文章簡要介紹了八通線高架橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn),為今后軌道交通高架橋(特別是郊區(qū)線路的橋式) 選型提供了借鑒。
【關(guān)鍵詞】地鐵八通線　高架橋　設(shè)計(jì)
1 　工程概況
地鐵八通線是北京地鐵一號線的東延線。八通線的起點(diǎn)為朝陽區(qū)四惠站(原稱作八王墳站),終點(diǎn)為通州區(qū)土橋站, 線路全長18.964 km , 其中高架線長11.053 km , 地面線長7.911 km 。線路走向?yàn)樽运幕菡窘?jīng)四惠東站出站,下穿鐵路環(huán)線,從路北斜跨京通快速路,進(jìn)入快速路上、下行道之間寬20 m 的預(yù)留帶,向東先后跨越高碑店路口、雙橋路口、會村路口及通惠河, 到八里橋站以后,斜跨跨出京通快速路至快速路輔路南側(cè),再跨過京承鐵路至北苑環(huán)島右轉(zhuǎn),沿京津公路一側(cè)向東南方向到達(dá)土橋站,其間跨越京秦鐵路及通州區(qū)十多條規(guī)劃路口。
2 　橋上線路條件
2.1 　線路平面
正線為雙線, 線間距為3.8 m , 最小曲線半徑為300 m 。
2.2 　線路縱斷面
一般地段線路縱坡不超過18 ‰,困難地段(上跨京通快速路處) 最大縱坡為23.5 ‰ 。
2.3 　橋面軌道
(1) 鋼軌:正線為60 kg/m 鋼軌。
(2) 軌距:1 435 mm 。
(3) 線路:無縫線路。
(4) 軌道對橋跨結(jié)構(gòu)的要求: 整體道床施工完畢后,由于扣件對軌道升降的調(diào)節(jié)量有限,故各種因素引起的軌面后期彈性豎向變形總量不超過30 mm 。
2.4 　道床:整體道床。
3 　主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
3.1 　設(shè)計(jì)荷載
(1) 恒載:包括結(jié)構(gòu)自重及橋面二期恒載,其中橋面二期恒載包括線路設(shè)施、電纜、欄桿等,其重量按55 kN/m 計(jì)。
(2) 列車活載:車輛按6 節(jié)編組,單列縱向最大軸重按“ 列車荷載圖示”( 圖1) 取值, 輕載按軸重67.5 kN 計(jì)。

圖1 　列車荷載圖示(單位:m)
　

(3) 列車橫向搖擺力作用在軌頂面處, 其值為4.25 kN/m。
(4) 車輛荷載的沖擊系數(shù): 1 + μ =1 + 33/(80 + 2L ),L 以m 計(jì),除承受局部活載桿件為影響線加載長度外,其余均為橋梁跨度。
(5) 無縫線路縱向力:伸縮力T1 、撓曲力T2 、斷軌力T3 均根據(jù)梁軌相互作用原理計(jì)算。
(6) 無縫線路伸縮區(qū)一般不設(shè)在橋梁上,僅在道岔區(qū)和橋梁連續(xù)長度大于120 m 的區(qū)段設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)器,此時(shí)無縫線路縱向力按伸縮區(qū)考慮。
(7) 地震力:設(shè)計(jì)烈度8 度,水平地震系數(shù)取012 。
(8) 離心力率C = V2/(127 R ),式中: R 為曲線半徑(m) , V = 80 km/h 。
3.2 　建筑限界區(qū)間正線線間距為3.8 m , 橋面限界的建筑寬度為8.5 m(欄桿內(nèi)至內(nèi)) 。
4 　橋梁結(jié)構(gòu)形式
4.1 　標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)形式地鐵八通線高架橋全長為9.7 km , 其中85 % 的橋
梁采用了預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁。區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)梁的選型主要出于三方面考慮:
其一,線路西段位于朝陽區(qū)京通快速路上下行分隔帶內(nèi),東段位于京津公路一側(cè),預(yù)制梁的運(yùn)輸和架設(shè)條件十分優(yōu)越;
其二,梁在工廠預(yù)制,可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn), 橋梁產(chǎn)品在出廠前進(jìn)行嚴(yán)格、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)收,品質(zhì)可以得到有效保證。
其三,梁的制作可與墩臺、基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行,有利于工程組織和工期安排。從工程實(shí)際進(jìn)展看,區(qū)間橋梁主體結(jié)構(gòu)的施工多在半年內(nèi)完成,梁的質(zhì)量和工程進(jìn)度令人滿意。
根據(jù)工程需要,工型組合梁系列共采用五種跨度: 20 m 、22 m 、25 m 、27 m 、30 m, 布跨以25 m 梁為主,25 m 標(biāo)準(zhǔn)梁的橫斷面見圖2。

圖2　25 m 標(biāo)準(zhǔn)梁橫斷面(單位:mm)
　　工型組合梁橋面板采用現(xiàn)澆方式,這對整體道床鋼筋鉤沿線路方向的準(zhǔn)確定位預(yù)埋十分有利,同時(shí)橋面板接縫做成等寬也使型鋼伸縮縫的安裝十分方便。另外,由于預(yù)制主梁為直線梁,曲線橋采用平分中矢法折線方式布置梁跨(見圖3) ,后澆橋面板可沿線路走向做成曲線,橋梁外觀較為和諧順暢。
4.2 　特殊節(jié)點(diǎn)橋梁結(jié)構(gòu)形式
4.2.1　跨既有路口立交
為與京通快速路高碑店立交橋、會村立交橋孔跨一致,地鐵八通線在跨越這兩處路口時(shí),均采用2 ×20 m+27 m+2×20 m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。
4.2.2　通惠河橋
通惠河河道底寬40 m, 邊坡為1∶2, 京通快速路通惠河橋?yàn)?×30 m 斜交工字梁,交角在45°左右。為滿足行車需要,八通線通惠河橋采用了斜橋正做方式,橋式為2 ×36 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,中墩與京通路通惠河橋?qū)R,邊墩立在邊坡上。
4.2.3　斜跨京通快速路橋
線路在四惠東站站后及八里橋站站后兩次跨過京通快速路,因斜交角度很小,如一跨跨越,最大跨度達(dá)150 m 左右。在初步設(shè)計(jì)階段對此節(jié)點(diǎn)方案進(jìn)行了專門比較和討論,認(rèn)為排架墩形式跨越較為簡便易行。施工設(shè)計(jì)的實(shí)施方案為:垂直于線路方向設(shè)門式排架墩,排架間距22 m, 為預(yù)制架設(shè)的鋼橫梁與現(xiàn)澆施工的鋼筋混凝土立柱固結(jié)形成。鋼橫梁為單箱單室箱形截面,梁高為2.248 m, 寬2 m, 最大跨度為20 m(圖4) , 鋼橫梁兩側(cè)伸出牛腿用以支撐行車主梁。行車主梁為22 m 鋼—混凝土結(jié)合梁,橫斷面為雙箱單室分離式截面,梁高為1.5 m 。鋼主梁通過橡膠支座簡支于鋼橫梁的牛腿上。此方案施工簡單,可利用夜間完成吊裝作業(yè),對快速路的交通干擾較小。
4.2.4　跨京承鐵路橋
跨京承鐵路橋跨越5條既有鐵路線和1條預(yù)留鐵路線,要求跨度≥50 m, 橋下凈空≥8.1 m 。從盡量減小施工對鐵路運(yùn)營的影響和降低中跨梁高兩方面考慮,采用了35 m+50 m+35 m 鋼—混凝土結(jié)合梁,梁高2.5 m 。鋼梁為四片工型鋼板梁,梁高2.2 m, 施工

圖3　曲線上梁平面布置示意圖

中鋼梁沿縱向分為五段,采用單面焊接雙面成型技術(shù)形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。
4.2.5 　跨京秦鐵路橋
該處跨京秦鐵路雙線,橋下凈空要求≥719 m , 采用1 孔35 m 鋼—混凝土結(jié)合梁,梁高2.25 m 。4.2.6 　跨通州區(qū)規(guī)劃道路
由于京津公路沿西北—東南走向,地鐵八通線沿其而行,故通州區(qū)與之相交的東西向道路,多與八通線斜交,根據(jù)規(guī)劃道路情況,選擇了不同的結(jié)構(gòu)形式。

圖4 　跨京通快速路橋的布置　
外環(huán)西路橋: 45 m 鋼—混凝土結(jié)合梁, 梁高2.7 m 。楊莊路橋:30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土工型組合梁,梁高210 m 。玉帶河大街橋:25 m + 32 m + 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,梁高1.5 m 。京秦南側(cè)路橋:42.964 m 鋼—混凝土結(jié)合梁,梁高2.7 m 。通環(huán)西路橋、運(yùn)河西大街橋、通環(huán)南路橋:40.5 m
+ 50 m + 40.5 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,中支點(diǎn)梁高3.2 m , 跨中和邊支點(diǎn)梁高1.7 m 。通馬路橋:25 m + 27 m + 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,梁高1.5 m 。九棵樹大街橋:3 ×25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁, 梁高1.5 m 。車?yán)锫窐?25 m + 22 m + 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,梁高1.5 m 。公莊大街橋:25 m + 19 m + 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,梁高1.5 m 。規(guī)劃二路橋:191.9 m 框構(gòu),頂板厚1.0 m 。
4.3 　下部結(jié)構(gòu)形式
工程沿線全部為第四紀(jì)地層,巖性基本為粘性土, 僅局部有砂卵礫石存在。地層屬于中軟場地土,建筑場地類別為Ⅲ 類,土壤最大凍結(jié)深度0.8 m 。根據(jù)地質(zhì)情況,標(biāo)準(zhǔn)梁每個(gè)橋墩采用4 根<1.0 m 鉆孔灌注樁,樁間距3.2 m , 選擇⑧1 中粗砂層作為持力層,一般地段樁長30～35 m , 單樁承載力2 600 kN 。
標(biāo)準(zhǔn)梁橋墩一般采用T 型單柱墩,當(dāng)墩柱較高時(shí)采用雙柱墩,通惠河橋中墩及通州區(qū)跨部分規(guī)劃道路橋梁的中墩采用圓柱墩。

5 　主要材料
5.1 　混凝土
預(yù)制工型梁、現(xiàn)澆橫隔板、橋面板均采用C50 混凝土;封錨混凝土采用C40 微膨脹混凝土;蓋梁、墩柱、承臺采用C30 混凝土;樁基采用C25 混凝土。
5.2 　鋼材
預(yù)應(yīng)力鋼筋:采用公稱直徑為15.20 mm 的高強(qiáng)低松弛鋼絞線,其技術(shù)條件應(yīng)符合GB/T5224 —1995 的要求, f pk = 1 860 MPa , Ep = 1.95 ×105 MPa 。
普通鋼筋: 采用Q345 、Q235 , 其技術(shù)條件應(yīng)符合GB1499 —1998 和GB13013 —91 的要求。鋼—混凝土結(jié)合梁主梁采用16 Mnq 鋼。
6 　結(jié)束語
八通線是國內(nèi)第一條以預(yù)制工法為主導(dǎo)的軌道交通地上線路,近10 km 長的高架橋主體結(jié)構(gòu)已于2002 年底順利完工,2003 年底將迎來全線通車試運(yùn)行,屆時(shí)我們將進(jìn)一步關(guān)注橋梁的使用情況,為今后類似工程積累更多的經(jīng)驗(yàn)。