城市軌道交通高架橋梁型及工法研究

胥民堯

（中國中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

城市軌道交通高架橋梁型及工法研究

胥民堯

（中國中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

城市軌道交通以其快捷、安全、節能、環保等諸多優勢為越來越多的城市所倚重?；谀壳皣鴥缺姸喑鞘熊壍澜煌ǜ呒軜蚪ㄔO現狀，該文從結構體系、標準梁截面形式和標準跨徑等多個層次，研究了城市軌道交通高架橋上部結構選型；從結構受力、景觀效果等角度，探討了各類上部結構對應的下部結構造型；針對施工難度、施工質量、工期長度、環境影響、建設成本等方面，對各種工法進行了對比性分析。研究結果表明：一般情況下，高架區間標準梁跨推薦采用30m簡支箱梁結構，下部結構可采用柱式墩、花瓶墩等；標準梁工廠化、規?；谱魇前l展趨勢，應加快相關設備研制開發。

軌道交通；高架橋；梁型選擇；工法研究；簡支梁；連續梁；T形梁；箱梁；槽形梁

近年來我國城市軌道交通發展迅猛，軌道高架橋的建設需求有了較高的增長。高架橋結構除滿足功能要求外，同時也是城市的重要建筑，選擇外形美觀、結構經濟、施工方便、環境和諧的橋梁結構是經濟建設的需要，也是設計、施工技術發展的需要。

高架橋標準梁型的選擇在高架橋設計中起著極其重要的作用，不僅展現著市政橋梁的力度和建筑美學，而且還控制著工程的總投資[1]。

本文擬通過橋梁結構體系、標準梁跨截面及與之配合的墩型、標準跨徑及施工方案等多方面對城市軌道交通高架橋的梁型及工法進行探討。

1 上部結構選型

國內外軌道交通高架區間橋梁建設的實踐中，除少數控制節點外，其余大部分采用標準跨徑橋梁。標準跨橋梁的橋式、跨度關系到工程的總投資和可實施性。標準梁跨選擇應結合城市規劃、水文、地形、地質、周圍景觀、道路交通、鄰近建筑、地下管線及構筑物，按照安全、適用、經濟、美觀等原則，進行多方案比選[2]。

1.1 區間橋梁結構體系

一般的中小跨橋梁常采用的結構體系有簡支梁、連續梁等形式。

1.1.1 簡支梁

簡支梁橋被國內軌道交通廣泛采用，構造簡單，最易設計為標準跨徑的預制裝配式結構；施工簡單，工序少；可標準化、工廠化、機械化施工，易控制整體質量，縮短施工工期。尤其是簡支結構對無縫線路長鋼軌縱向力的適應性好。

缺點是橋梁伸縮縫、支座較多，景觀稍差，后期養護維修工作量大。

1.1.2 連續梁

連續梁橋線條流暢，效果好，在較大跨度上經濟性好。結構整體剛度大，豎向變形小，動力性能好，有利于改善行車條件及舒適性，減小列車運行產生的噪音和振動。

但軌道交通高架一般采用無縫線路，且為無碴（剛性）軌道結構。這樣，軌、梁成為整體，梁體結構在溫度變化、豎向活載及制動力作用下出現的位移和變形會使鋼軌產生縱向水平力，而該縱向水平力的大小和分配很大程度上取決于橋梁下部結構的縱向剛度、上部結構的跨度、豎向剛度及橋全長。通常一聯連續梁橋設置一個固定墩，從而造成固定墩控制墩的截面設計，而城市高架結構必須考慮墩型一致以達到景觀協調，完全按固定墩型進行設計造價自然有所提高。

連續梁構造較復雜，建造技術要求高，一般采用現場澆筑，對地面交通影響大，不利于工廠化施工，工期較簡支梁長，且經濟指標略高。

一般高架區間標準梁跨推薦采用簡支梁結構，局部小半徑曲線、跨越路口、道岔區等地段采用連續梁結構。

1.2 標準梁跨截面形式

根據國內外軌道交通高架橋建設經驗及各種上部結構的受力特性，可供選擇的結構形式主要有T形梁或工形組合梁、箱梁、槽形梁等幾種。

1.2.1 T形梁或工形組合梁

T形梁的經濟指標優越，其設計、施工方法經驗成熟，是國內鐵路及公路橋梁廣泛采用的梁型。對于鐵路橋梁采用一片梁對一根軌的形式，結構的受力明確。需設置橫向連接，整體性較差，不利于無砟軌道鋪設，且景觀效果較差。T梁在國內軌道交通幾乎沒有應用，國外則在加拿大多倫多市、美國邁阿密市輕軌高架橋采用了雙T形梁。

工形組合截面混凝土梁將預制預應力混凝土梁與現澆混凝土橋面板結合在一起，形成組合結構共同參與受力。工形組合梁相比T梁增強了橫向剛度和結構的整體性，且有效地解決了T梁徐變上拱問題，縮短了土建工程的施工周期。北京地鐵八通線高架橋采用了25m跨度的預應力混凝土工形組合梁作為標準梁，并于2003年底順利通車。如圖1。

圖1 北京地鐵八通線25m工形組合梁

1.2.2 箱梁

常見的箱梁斷面形式有雙箱單室箱梁和單箱單室箱梁兩種。如圖2、圖3。

圖3 單箱單室箱梁

雙箱單室箱梁（小箱梁）采用受力明確的雙線雙梁結構，對道岔區等線間距變化區段通過調整現澆濕接縫寬度適應梁寬，對島式車站的適應性極強。由于可分片制作，而對吊裝設備的需求明顯降低，但后期需現場澆筑橫隔板和濕接縫，工序繁瑣，結構的整體性相對較差，相比單箱單室箱梁由于梁底寬度較大導致橋墩寬度增加、占地面積大、景觀效果不佳。

上海地鐵9號線高架橋梁首次在國內采用預應力混凝土雙箱單室箱梁，預制架設采用雙柱式橋墩，箱梁底部直接支撐于柱頂之上。

上海地鐵6號線、重慶軌道交通6號線也使用小箱梁作為高架結構的梁部形式，箱梁主體在預制廠集中制造，架橋機架梁。

單箱單室箱梁截面整體性好，抗扭剛度大，結構動力特性優越，對經常受活載偏載作用的軌道高架結構尤顯突出。特別是其適應性強，對直線段、曲線段、道岔段等處均可采用，提高了高架結構的標準化程度，又增加了美感，在國內軌道交通中得到廣泛應用。

1.2.3 槽形梁

槽形梁具有建筑高度低、降噪效果好、斷面空間利用率高、易于實現橋梁與站后設備的系統集成、能阻止車輛出軌及傾覆下落等優點。但槽形梁為開口截面，抗扭剛度相對較小，受力復雜且施工難度大，工程造價高。

國外最早的預應力混凝土槽形梁是英國1952年建造的羅什爾漢橋，此后，日本、德國、澳大利亞相繼在鐵路橋梁中應用。在軌道交通工程中法國的里爾建造了雙線跨度為50m的預應力槽形梁；智利的圣地亞哥地鐵3號線采用雙U形式槽形梁，已運行多年，情況良好[3]。

國內而言，1999年起廣州地鐵、上海地鐵開始對槽形梁進行了較為深入的研究。上海地鐵6號線中采用了34孔槽形梁，實橋測試結果表明橋梁的各項指標均滿足規范要求，積累了一定的設計經驗和工程實踐。

近年來槽形梁在國內軌道交通開始大面積使用，如上海地鐵6、11、16號線、南京地鐵2號線、深圳地鐵5號線、重慶軌道1號線等線路。如圖4、圖5。

圖4 重慶軌道1號線

圖5 深圳地鐵5號線

因單線槽形梁一般重達150t或更重，故對地面交通運輸、吊機要求甚高，而且架設時往往需要封閉地面交通，加固道路結構工程，現國內部分線路已開始研究適應性更強的節段預制拼裝的設計、施工方法。但由于槽形梁為開口截面，抗扭性能較差，節段預制拼裝精度要求高，拼裝施工時間較長，投資較整孔預制吊裝高20%左右，因此槽形梁節段預制拼裝較少采用。

1.3 橋梁標準跨徑

國內已建成運營的軌道交通高架橋標準跨多采用25m和30m，上海、廣州等城市多采用30m標準跨度，而南京、武漢等地多采用25m為標準跨度，軌道梁跨度及梁型等具體情況詳見表1[4]。

表1 國內主要城市軌道交通高架形式一覽表

從國內同類工程的建造經驗來看，下部結構的工程數量隨跨度的變化較上部結構更為敏感，所以25m梁的綜合經濟指標略高于30m梁；從景觀而言，較大跨度使結構顯得輕盈與通透，有利于景觀效果改善。

2 下部結構選型

軌道高架橋梁一般行走于道路分隔帶，橋墩型式的選擇應以視覺感好、結構外輪廓流線舒暢、結構受力合理為原則。綜合考慮與梁部的協調、美觀，有如下墩型方案構思。

2.1 雙箱單室箱梁

該梁型梁底寬度大，一般采用雙柱式橋墩，箱梁底部直接支撐于柱頂之上，如圖6、圖7所示[5]。

2.2 單箱單室箱梁

該梁型一般采用景觀效果更好的斜腹板，行走于城市道路綠化帶，橋墩往往選用與斜腹板協調的花瓶墩或Y形墩，如圖8、圖9所示[6]。

圖6 雙柱式花瓶墩 圖7雙柱式矩形墩

圖8 板式花瓶墩

圖9 Y形墩

2.3 槽形梁

該梁型底板很寬，單線梁一般寬4m，故需選用獨柱接長懸臂蓋梁或Y型墩接蓋梁形式的墩型[7]，如圖10所示。

圖10 獨柱型長懸臂蓋梁和Y型墩蓋梁

3 工法研究

3.1 支架現澆方案

支架現澆施工在地鐵施工中被大范圍應用，其優勢在于可實現多工作面同時開工，綜合施工速度快；缺點在于其橋梁質量和外觀與預制相比有一定的差距，施工現場占地大、時間長，對城市環境和交通影響較大。

3.2 移動模架施工方案

移動模架工法以移動式桁架為主要支承結構的整體模板支架，可一次完成一聯梁體混凝土的澆筑，適用于跨度小于50m的多跨簡支梁和連續梁的施工。昆明地鐵首期工程高架區間采用移動模架施工。

移動模架施工軌道梁其現場梁體澆筑、就位時間較長，為避開車站、道岔區需重新組裝；對線間距較小的分修段無法脫模而不能采用。

3.3 節段拼裝方案

該工法將梁體沿縱橋向劃分為若干個節段，在工廠預制后分段運到橋位處，通過施加預應力使之拼裝成整體橋梁（如圖11）。廣州地鐵4號線采用節段拼裝30m簡支箱梁取得了很好的效果[2]。由于節段施工運輸架設方便靈活，施工對交通環境影響較小，該施工方法已越來越受到重視，也制定了相關設計施工規程，但還需進一步完善。

圖11 節段拼裝施工過程

3.4 整孔預制方案

該方案在國內外橋梁施工中應用較廣，廣州地鐵4號線30m箱梁架橋機預制架設方案的成功應用，表明該技術為未來軌道交通高架橋建設發展的方向之一[5]。

該方案是保證橋梁外觀質量、縮短工期、降低總成本、減少施工對社會負效應的最佳方式之一；其缺點在于前期設備投入較多，受線路平面半徑、縱斷面坡度限制，特別是預制場建設的用地較多。因此，該方案需要合理梁片數量，根據國內外經驗，本類專設預制場預制經濟梁片規模應不小于300榀。

4 結論

本文通過對城市軌道交通高架橋標準梁跨截面、標準跨徑及施工方案等多方面進行了認真的分析及比較，結論如下。

（1）城市軌道高架的選型除了滿足使用功能及景觀的需求外，必須認真研究工法的選擇，預制場地、運輸方式、吊裝能力等因素決定了施工工法，并控制著梁型的選擇。應盡量將預制場地與車輛段用地結合，節約用地、投資，實現了資源共享。

（2）標準梁型的工廠化、規?；a是大勢所趨，應加快大噸位運輸、吊裝設備的研制和開發，同時還需盡早完善節段拼裝及體外預應力等相關的規范。

（3）大江、大河分布較多的城市，前期規劃應重視軌道交通與市政交通公軌合建橋梁方案的研究，滿足節約資源、環保的設計要求。

[1]何宗華.城市輕軌交通工程設計指南[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.

[2]施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].西安：陜西科學技術出版社，1997.

[3]賀恩懷.槽形梁在城市軌道交通工程中的應用 [J].鐵道工程學報，2003，2:13-16.

[4]范征，趙啟儒.軌道交通高架區間橋梁結構選型的探討[J].鐵道標準設計，2006(12):30-33.

[5]楊宏林.城市軌道交通高架橋的選型[J].甘肅科技，2006，22(6):141-143.

[6]張曉林.國內軌道交通高架橋標準設計的回顧及探討[J].都市快軌交通，2004，17(6):49-53.

[7]胡匡璋.槽形梁[M].北京：人民交通出版社，1986.

Research on Construction Type and Construction Method of Viaduct in Urban Rail Transit

With the superiorities like quickness,safety,energy conservation,environmental protection and so on,the urban rail transit is relied on by more and more cities.Based on domestic urban rail transit construction,the selection of urban rail transit viaduct's superstructure is analyzed from the structural system,standard forms and standard span,etc.From the force structure and landscape effects,the author discusses the corresponding substructure modeling to the various types of superstructure.For the construction difficulties,construction quality,schedule length,environmental impacts,construction costs,etc.,comparative analysis is used among various engineering method.The results showed that:simply supported box-girder is recommended to be used in standard span that is 30m,column pier and vase pier are suitable for the superstructure and large-scale production of standard beam is the development trend,so engineering industry should pay attention to the research and development of related equipment.

urban rail transit;viaduct;construction type;construction method;simply supported beam;T-shaped girder;box girder;beam channel

U239.5

A

1671-9107（2014）05-0030-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.05.030

2014-02-11

胥民堯（1981-），男，江蘇鹽城人，研究生，工程師，主要從事軌道交通、鐵路及市政橋梁設計。

孫蘇，李紅