城市軌道交通高架橋結構設計研究

文/屈東洋

1 城市軌道交通高架橋結構的概述

1.1 城市軌道交通高架橋的基本介紹

近幾年來，隨著社會經濟水平的不斷提升，我國城市軌道交通高架橋的數量、規模以及建設水平都得到了前所未有的快速發展。所謂城市軌道交通高架橋，就是在城市內建立起具有獨立權屬且指向性明確的跨越路口、河流的構筑物。相較于市政高架橋而言，城市軌道交通高架橋在橋梁結構后期變形程度、水平力等方面有著更高的要求標準。從形式上看，城市軌道交通高架橋屬于軌道交通，要求其整體結構剛度高于市政橋梁，結構變形小，且具有一般鐵路橋梁的基本特點，主要采用混凝土結構，易于維修且乘坐舒適感良好。與普通鐵路橋梁工程不同的是，城市軌道交通往往在景觀要求等方面有著更高的需求[1]。

1.2 城市軌道交通高架橋的主要特點

城市軌道交通高架橋的結構特點主要表現：首先，城市軌道交通高架橋與市政高架橋相似之處在于建設工期通常比較短，從設計到通車所需時間一般在3～4年內，但工程整體橋梁長度遠超市政橋梁，最多可達幾十公里；與此同時，現期的軌道交通建設多依附于城市發展的核心區域，需要穿越大量的城市道路、居民區等人口密集區域，建設難度大，環保要求高。此外，隨著人民日益增長的美好生活的需要，人們對軌道交通高架橋的景觀需求也更高；其次，城市軌道交通高架橋與鐵路橋梁在橋面寬度、后期形變要求以及受力情況等方面也存在著一定的相似度。總之，城市軌道交通高架橋是市政橋與鐵路橋的有機結合，能夠為人們的日常出行提供便利。

2 國內城市軌道交通高架結構的影響因素分析

2.1 周圍景觀環境因素對城軌高架橋結構的影響

城市軌道交通高架橋高于現狀地形，與周圍環境、建筑物形成立體交叉，其突出的外部形象將在未來很長一段時間成為所在城市的一道景觀。因此，在城市軌道交通高架橋結構的方案設計過程中，設計人員需要充分考慮工程的占地情況，避免對周圍城市景觀產生不協調的影響。一般情況下，由于城市軌道交通高架橋的整體結構比較特殊，其通常都具有寬度較窄、總長較長的特點，因此想要將其與城市環境有機融合起來，具有一定的難度。與此同時，鑒于我國歷史文化源遠流長，各座城市都具有其自身的人文特點及地域性特征，因此在城市軌道交通高架橋的設計過程中，設計人員還應綜合考慮該方面的影響因素，設計出符合城市特色的城市軌道交通高架橋結構。

2.2 經濟指標因素對城軌高架橋結構設計的影響

在城市軌道交通高架橋工程的實際設計及建設過程中，相關人員還需要仔細做好相關經濟指標的核算工作。這里所謂的經濟指標，指的是對橋梁跨度進行合理控制，從而達到降低工程造價、提升結構整體美觀的效果。具體來看，城市軌道交通高架橋工程中的經濟指標問題可以從以下幾個方面考慮：首先，在結構體系方面，簡支結構受力形式通常劣于連續結構，但綜合考慮其建設條件、施工工法、后期的保養維護等方面，簡支結構又優于連續結構；其次，在梁型的選擇方面，直斜腹板梁體工程造價往往要低于弧形外腹板，但同時造價偏低的梁型往往在美觀程度上也處于偏低水平，因此需要工程設計人員及時做好結構選型和設計工作，對性價比及美觀情況進行全面綜合的考量；最后，經濟跨度方面受生產規模及區域地質情況等因素的影響，不同城市中所帶來的經濟跨度影響往往各不相同，因此設計人員需要充分結合本城市的環境情況以及生產條件等因素，科學選用適宜的梁型及施工方法。

2.3 施工水平對城市軌道交通高架橋的影響

工程施工水平的高低、選用施工方法是否合理，都將在極大程度上對城市軌道交通高架橋結構產生影響。就現階段國內軌道交通高架橋工程的實際發展情況來看，大多數城市軌道交通高架橋工程所采用的施工方法為現場澆筑法。此類施工方法占地面積大、操作耗時長、施工噪音大、施工現場環境差等，且與現行綠色、生態、環保的理念相悖。相較于現場澆筑法施工，通過合理運用預制吊裝法，不僅能更好地滿足軌道結構建設的具體要求，還能有效減少由于梁體結構的徐變收縮帶來不利影響，從而進一步提高工程施工的質量和效率，減少對周邊居民生活的影響。由于現場建設條件受限，預制吊裝無法在實際工程中進行大面積的推廣應用。但隨著近年來國內科技水平的不斷提高，在不遠的將來，城市軌道交通高架橋結構施工水平必然會邁向更高的臺階。

2.4 結構體系選擇對城市軌道交通高架橋的影響

一般情況下，城市軌道交通高架橋的整體設計方案可分為3 種形式，即連續剛構型、連續梁型以及簡支梁型。其中，連續剛構通常對下部結構的剛度要求較低，而無縫線路對結構剛度的要求普遍偏高。由于在軌道交通中墩柱普遍在5～8m，平均墩柱高度偏低，這就導致該類結構在剛度要求方面產生了一定的矛盾，因此該類結構通常應用于部分跨度較小的高架工程中。連續梁結構通常應用于一些橋梁長度較短、墩臺不均勻沉降小的工程中，該類結構的施工期限往往比較長，并且基本采用現澆的方式進行作業。由于簡支梁具有良好的適應性，通常應用于施工期限較短且橋梁總體長的工程中，該類結構受力比較明確，能夠為工程預制架設以及工程的建設質量提供保障。

3 加強城市軌道交通高架橋優化設計的有效策略

3.1 梁型及結構體系的科學選擇

在城市軌道交通高架橋工程結構的選擇過程中，常見的梁型主要包括空心板梁、箱梁以及槽形梁等。其中，空心板梁在工程施工周期以及成本方面具有一定的優勢，它可以采用預制安裝的形式進行施工；然而該類梁型在結構剛度以及跨徑方面并不占優勢，且無法與現代化城市的景觀要求相適應。槽形梁的應用優勢主要表現在其隔音效果上，且其整體結構高度也相對偏低，但該類結構的經濟性相對偏低，整體視覺效果不佳，因此在城市軌道交通高架橋工程中的應用相對較少。箱梁的結構形式為閉合截面型，其整體的動力穩定性及受力性能較高，且具有一定的可觀賞性，因此建議應用于城市高架橋工程建設中。

3.2 不斷提高對整體景觀設計效果的重視程度

城市軌道交通高架橋結構設計工作要求設計人員在保證工程結構合理、性能良好且經濟性相對較高的前提下，應盡可能提升工程整體的美觀程度，做到與城市主題相吻合，與地區發展相協調。在實際設計過程中，設計人員需要從梁部、橋墩以及整體協調性三個角度著手，對整體景觀進行優化設計。首先，要注重對墩高、梁高以及跨度的比例進行合理調整，一般情況下，梁體跨度可控制在30m；與此同時，在梁高的設置過程中，設計人員需要依據梁體的剛度、受力情況來確定具體梁高，避免因梁高設置不合理而導致橋體發生形變；其次，在梁部的景觀設計階段，應盡可能將梁部的體量縮小，避免給周邊環境造成擁擠感；同時，想要進一步提升景觀效果，可以通過對腹板斜率合理調整優化梁部外形。此外，在高架橋下部結構的設計環節中，設計人員還應注重墩頂形狀以及墩柱截面的設計，單柱橋墩立面的形狀可根據梁底寬的實際情況進行調整，一般情況下為花瓣型；最后，在梁墩整體景觀協調性的處理過程中，設計人員需要確保橋梁各個部分的機構保持一致，整體結構線條連貫，從而提升城市軌道交通高架橋的整體景觀效果。

3.3 注重加強以人為本的設計理念

城市軌道交通高架橋工程的建設施工以及后期的投入應用，必然會帶來一定的噪音問題，并對附近交通造成阻礙，給周邊居民的工作生活帶來不同程度的影響。因此，為了避免給普通居民的生活帶來不必要的影響，在工程初設階段，工作人員需要全面考慮該方面的問題。針對噪聲問題，設計人員可以從源頭及傳播途徑等各個方面著手，通過鋪設橡膠減震墊、設置聲音屏障等方式，將噪聲影響降到最低[2]。

3.4 加大對基礎沉降及橋梁形變設計的關注

由于軌道交通高架橋工程對結構后期變位有著較高的要求，因此在基礎設計過程中，設計人員需要全面考慮橋墩基礎承載力、墩頂位移、墩身剛度及強度等多方面因素帶來的影響，并對工程基礎沉降、橋梁變形以及軌道力作用情況進行準確把握。在工程實際設計過程中，設計人員應積極采用減小基礎沉降的方案，依據工程所在地區的地質情況對基礎形式進行優化設計，通常情況下采用樁基礎形式進行施工。總而言之，在工程結構形式的具體選擇過程中，設計人員務必須嚴格把控好軌道交通高架橋后期的形變，確保工程整體水平能夠得到提升，從而進一步為人們的生命財產安全提供保障。

4 結語

綜上所述，在城市軌道交通高架橋結構的設計及應用過程中，設計者應始終貫徹以人為本的設計理念，首先要考慮橋身結構的穩定性與合理性，確保整體強度能夠達到標準水平，為人們的出行安全提供絕對的保障；其次，在此基礎上，綜合考慮工程造價及整體的景觀效果，注重提升與周邊環境的協調性，通過對梁體、橋墩等部位的比例和形狀進行調整，突出對橋梁結構的美化設計，從而進一步提升城市軌道交通高架橋的整體實用性和觀賞性。