重慶軌道交通9號(hào)線工程高架區(qū)間總體設(shè)計(jì)方案

孫譚勇，劉永丹，李金陽(yáng)

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120）

1 工程背景

重慶軌道交通9號(hào)線（地鐵）一期工程，全長(zhǎng)33 km，設(shè)23座地下站、2座高架站、1處車(chē)輛段、2處停車(chē)場(chǎng)。在橋式方案設(shè)計(jì)中，綜合考慮到現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范、建設(shè)要求、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等，確定32 m、24 m系列雙線并置組合簡(jiǎn)支箱梁，共構(gòu)段設(shè)兩墩柱和四墩柱橋墩。

2 關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

雙線，線間距0.5 m；設(shè)計(jì)荷載方面，車(chē)輛型式為市域型車(chē)；設(shè)計(jì)速度100 km/h；列車(chē)編組為8輛，軸重80～170 kN不等；軌道采用高度為600 mm的無(wú)砟軌道；25 kV架空接觸網(wǎng)供電；抗震設(shè)防烈度為8度；聯(lián)合應(yīng)用半封閉式和直立式聲屏障等。

3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 橋式的選擇

3.1.1 梁型的選擇

標(biāo)準(zhǔn)化、流程化均是城市軌道交通高架橋設(shè)計(jì)中的重要目標(biāo)，在此目標(biāo)下，以簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)、預(yù)制架設(shè)的方式為宜。在高架橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工中，T梁、箱梁等均要具有結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定可靠、外形美觀等特點(diǎn)。以箱梁結(jié)構(gòu)為例，包含整孔箱梁、雙線并置小箱梁兩類(lèi)主要的結(jié)構(gòu)形式，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形特征、線間距等合理選擇。具體至本線，高架范圍內(nèi)有10條待遷改的高壓線，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工期間面臨諸多不確定因素。例如，上部結(jié)構(gòu)采用重5 800 kN（580 t）、寬11.4 m的整孔箱梁，運(yùn)輸和吊裝的難度較大，宜采取在橋上運(yùn)輸架設(shè)的作業(yè)方案，但高壓線遷改的不確定性較強(qiáng)，可能會(huì)對(duì)運(yùn)架梁作業(yè)造成干擾。若采取雙線及小箱梁的方案，結(jié)構(gòu)規(guī)格得到優(yōu)化，單片最大梁重2 590 kN（259 t）、梁寬5.2 m，作業(yè)難度明顯降低，可削弱高壓線遷改對(duì)施工的制約作用。綜合考慮到施工可行性、質(zhì)量可靠性、高效性的要求，上部結(jié)構(gòu)采用雙線并置小箱梁的方案。

3.1.2 跨度的設(shè)計(jì)

橋梁跨度設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的因素較多，包含設(shè)計(jì)時(shí)速、荷載、跨越能力等。經(jīng)驗(yàn)表明，軌道交通橋梁普遍為30 m的跨度，梁高以1.8 m居多。具體至本線工程環(huán)境中，提出30 m、32 m兩種跨度方案，在此基礎(chǔ)上做多角度的比選，最終采用32 m的跨度，原因如下：

1）根據(jù)DB11/995—2013《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]可知，在30 m、32 m的跨度設(shè)計(jì)方式下，橋墩墩頂縱向水平線剛度限值分別為260 kN/cm、265 kN/cm，可見(jiàn)兩者的線剛度僅存在較小的差別，不會(huì)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)造成顯著的影響，允許使用32 m的跨度。

2）在32 m的跨度下，可提升橋梁的跨越能力，減少下部基礎(chǔ)的數(shù)量，減少施工量、降低建設(shè)成本。

3）根據(jù)規(guī)劃，本線與高速鐵路共走廊，因此，在跨度設(shè)計(jì)時(shí)需考慮該鐵路的設(shè)計(jì)方案，在選擇與之一致的跨度模數(shù)后，可增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，橋墩的布置具有秩序井然的特點(diǎn)，整體觀感較佳。

4）在32 m的跨度設(shè)計(jì)方式下，橋梁動(dòng)力響應(yīng)處于許可范圍內(nèi)，列車(chē)的振動(dòng)加速度也合理。從乘客角度來(lái)看，列車(chē)運(yùn)行具有平穩(wěn)性與順暢性，可以給乘客提供更加舒適的乘坐體驗(yàn)。

3.2 橋面布置

橋面布置是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，需要考慮功能適用性、空間利用高效性、節(jié)能環(huán)保性等要求，確保配套的軌道、供電設(shè)施、通信設(shè)施等均可正常使用。在不影響正常使用的前提下盡可能減小橋面的寬度，以降低橋梁自重和二期恒載。以橋面的疏散通道的布置為例，提出多種布置方案，對(duì)比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表1。

表1 疏散通道布置方式及其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.3 標(biāo)準(zhǔn)段的設(shè)計(jì)

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩榀預(yù)制單箱單室箱梁并置組合方式，梁跨類(lèi)型包含32.7 m、24.7 m兩類(lèi)，共構(gòu)段、非共構(gòu)段的橋面寬度分別為11.0 m、11.4 m。箱梁外形采用斜率為1∶4.35的斜腹板，腹板與翼緣板形成交接部位，該處設(shè)置為圓弧過(guò)渡的結(jié)構(gòu)形式，以構(gòu)成線形流暢的結(jié)構(gòu)，并且此時(shí)的受力也更具合理性。

3.3.2 預(yù)應(yīng)力體系的設(shè)計(jì)

鋼絞線選用高強(qiáng)度低松弛φ15.20 mm鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa。橫向布置梁體預(yù)應(yīng)力筋。

3.3.3 吊點(diǎn)布置

吊梁環(huán)節(jié)，梁端截面內(nèi)側(cè)混凝土可能有開(kāi)裂的現(xiàn)象，為保證吊裝時(shí)該部分的完整性，合理控制吊孔的數(shù)量，優(yōu)化其布設(shè)位置。經(jīng)分析，認(rèn)為8吊孔方案具有可行性，按照對(duì)稱(chēng)的原則布置吊孔，于吊孔處頂板底部設(shè)楔塊，目的在于形成穩(wěn)定可靠的吊裝鋼板工作平臺(tái)。在8吊孔的作業(yè)方案下，箱梁頂板及腹板內(nèi)側(cè)在吊裝時(shí)的受力條件均良好，各自的橫、豎向應(yīng)力得到有效的控制，且吊裝具有可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，便于高效施工。

3.4 獨(dú)柱墩的設(shè)計(jì)

非共構(gòu)段橋墩選型時(shí)的考慮因素主要有：結(jié)構(gòu)安全，要求受力條件合理，功能可靠；施工便捷，且施工期間可高效采取質(zhì)量控制措施；具備美感，與周邊結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，美化城市形象。根據(jù)現(xiàn)階段的工程建設(shè)狀況可知，高架橋墩的墩形多樣化，常見(jiàn)有花籃形、鉆石形、流線型等，墩截面則有矩形、圓形等形式。

在本線的施工中，采用獨(dú)柱墩、矩形截面，視墩高對(duì)截面尺寸靈活調(diào)整，截面四角分別設(shè)置圓弧倒角，起到平順過(guò)渡的作用。橋墩正面有凹槽，可在該處設(shè)置排水管。墩頂寬度控制在7.7 m，墩頂側(cè)面設(shè)高度為1.0 m的斜坡段。頂帽底面設(shè)置為圓弧形，此部分的高度控制在3.0 m。視上部簡(jiǎn)支梁的曲線半徑、墩高靈活調(diào)整縱向尺寸，考慮到橫向支座間距偏大的特點(diǎn)，于墩頂設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，并對(duì)該部分做交錯(cuò)單端張拉處理。預(yù)應(yīng)力布置示意圖，如圖1所示。

圖1 墩頂預(yù)應(yīng)力布置（單位：mm）

3.5 路－軌共構(gòu)段設(shè)計(jì)

3.5.1 節(jié)點(diǎn)橋的設(shè)計(jì)

路-軌共構(gòu)段以40 m主跨跨越，下部橫梁高度保持一致，以保證橋下凈空和本線凈空兩項(xiàng)指標(biāo)的合理性；節(jié)點(diǎn)橋跨越規(guī)劃道路，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)公路設(shè)施規(guī)劃情況，用三跨一聯(lián)連續(xù)鋼混結(jié)構(gòu)梁跨越，主跨、邊跨分別為40 m、24～35 m。通過(guò)剪力釘?shù)膽?yīng)用實(shí)現(xiàn)箱梁上翼緣與混凝土橋面板的穩(wěn)定連接。鋼梁設(shè)置為等高結(jié)構(gòu)，高度均按1.7 m的要求控制。

兩箱間設(shè)橫梁，鋼梁按1.7～4.5 m的距離在箱內(nèi)設(shè)隔板，經(jīng)細(xì)微的調(diào)整后使橫梁和隔板共處相同的位置。混凝土橋面板的施工采取現(xiàn)場(chǎng)澆筑成型的方法，寬度11.0 m，板厚0.3 m。

3.5.2 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

按照高速公路的寬度，分兩墩柱、四墩柱設(shè)置共構(gòu)墩，各自均有特定的適用范圍，前者應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)段，后者應(yīng)用于匝道區(qū)。

3.5.3 兩墩柱共構(gòu)墩的設(shè)計(jì)

兩墩柱共構(gòu)墩高度約為22 m，上、中橫梁的寬度分別為36.5 m、17 m，上、中橫梁的凈空均為10.5 m，中橫梁下凈空不小于5.0 m。接觸網(wǎng)布設(shè)在上橫梁底部，橋墩設(shè)置為1.8 m×2.4 m的矩形截面形式，側(cè)面開(kāi)設(shè)凹槽，以便高效排水。中橫梁設(shè)置為2.2 m×2.4 m的矩形截面形式，與橋墩存在相接部位，在該處的中橫梁底面設(shè)倒角。上橫梁采取變高設(shè)計(jì)方式，頂面設(shè)2%排水坡，底部設(shè)接觸網(wǎng)吊柱，類(lèi)似的，在與橋墩連接的部位設(shè)倒角。上橫梁懸臂根部與橋墩存在相接的情況，該部分采取圓弧過(guò)渡的結(jié)構(gòu)形式。上橫梁和中橫梁的制作均采用C50混凝土，形成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，橋墩處用C45混凝土施工。預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)，上橫梁兩端張拉，中橫梁?jiǎn)味藦埨?/p>

按流程有序施工共構(gòu)墩：設(shè)置樁基和承臺(tái)→現(xiàn)澆共構(gòu)橋墩→預(yù)應(yīng)力張拉（依次張拉中橫梁、上蓋梁各自的第一批預(yù)應(yīng)力鋼束）→架設(shè)軌道梁→張拉中橫梁第二批預(yù)應(yīng)力鋼束→架設(shè)公路梁→張拉上蓋梁第二批預(yù)應(yīng)力鋼束→軌道梁、公路梁橋面施工。

3.5.4 四墩柱共構(gòu)墩的設(shè)計(jì)

高速公路匝道區(qū)設(shè)四墩柱共構(gòu)墩，上橫梁的寬度控制在52.0～58.5 m。按照與雙主墩一致的方法控制中立柱和中橫梁的尺寸，同時(shí)將中立柱兩側(cè)的凹槽調(diào)整至邊立柱。按照截面尺寸1.8 m×2.4 m、高度20.0 m的要求設(shè)置邊立柱，凈高12.6 m，與中立柱相同，設(shè)置適量上橫梁，起到連接的作用。上橫梁呈矩形截面的結(jié)構(gòu)形式，為避免積水問(wèn)題，頂面設(shè)2%的排水坡。按照前述提及的兩墩柱共構(gòu)柱的預(yù)應(yīng)力施工方法，將此處四墩柱共構(gòu)柱的預(yù)應(yīng)力鋼束布置到位，并完成張拉作業(yè)。

3.5.5 共構(gòu)結(jié)構(gòu)的抗震分析

共構(gòu)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布無(wú)明顯的均勻性，主要集中在兩處，同時(shí)結(jié)構(gòu)荷載作用較強(qiáng)，建筑高度較大，有較多的塑性鉸區(qū)，若方法不當(dāng)或控制不合理，潛在橫橋向抗震危險(xiǎn)性。為提高共構(gòu)結(jié)構(gòu)的抗震性能，以能力保護(hù)原理為指導(dǎo)，建立延性抗震體系。按重點(diǎn)設(shè)防的抗震設(shè)防類(lèi)別組織設(shè)計(jì)，采用三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.5倍，多遇地震重現(xiàn)期、罕遇地震重現(xiàn)期分別取50 a、75 a。此外，為切實(shí)提高抗震設(shè)計(jì)水平，確定明確的抗震設(shè)防目標(biāo)，即考慮多遇地震、罕遇地震兩項(xiàng)條件，要求前者的結(jié)構(gòu)保持彈性，后者允許結(jié)構(gòu)有限彈塑性變形現(xiàn)象。基于共構(gòu)墩上、下柱頂及底部設(shè)塑性鉸區(qū)域，共8個(gè)。

4 結(jié)語(yǔ)

在城市建設(shè)進(jìn)程中，軌道交通成為緩解交通壓力的重要途徑，但城市既有建（構(gòu)）筑物豐富，對(duì)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)水平提出較高的要求，例如，高架橋的設(shè)計(jì)是重難點(diǎn)內(nèi)容，安全、質(zhì)量、耐久性、與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性等均不容忽視。本文以重慶軌道交通9號(hào)線工程為例，充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)橋面布置、簡(jiǎn)支梁體系、橋墩、共構(gòu)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，提出一些思路與方法，對(duì)類(lèi)似的軌道交通高架區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。