姜玲超

摘 要：市域鐵路與快速路合建，通常地面層為普通市政道路、二層為市域鐵路、三層為快速路。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，合建存在以下問題，一是由于市域鐵路與快速路的縱坡規(guī)范要求不同，市域鐵路區(qū)間正線最大坡度不宜大于30‰，快速路最大縱坡可達(dá)到甚至超過6%，當(dāng)需要合建短距離上跨或下穿道路時(shí)，市域鐵路往往縱坡受限;二是高架區(qū)間合建段快速路路面與地面的相對標(biāo)高較大，快速路匝道與地面市政道路連接時(shí)匝道延展距離過長。鑒于以上兩個(gè)問題，本文研究在合建段實(shí)行U型梁替代箱梁方案，通過減小梁厚，降低合建段結(jié)構(gòu)高，實(shí)現(xiàn)短距離上跨既有道路和縮短快速路匝道下落延展長度。本文以溫州市域鐵路S3線與快速路合建段為例，經(jīng)分析比選后，采用U型梁能較好的解決上述問題，對類似工程的設(shè)計(jì)提供了有效的借鑒。

關(guān)鍵詞：市域鐵路;U型梁;快速路;合建

1 合建的應(yīng)用

交通廊道對于每一個(gè)城市都至關(guān)重要和稀缺，共廊道建設(shè)可高效利用緊缺的土地資源，減少征地拆遷和節(jié)省大量土建工程費(fèi)用[1]。市域鐵路與快速路共廊道合建，對紅線內(nèi)的交通廊道充分利用，已成為市域鐵路主管單位和市政道路管理部門重要的關(guān)注點(diǎn)。合建優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)境影響小，用地拆遷少，景觀效果佳、工程造價(jià)低、且一般不會突破道路紅線，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯[2]。盡管合建的建設(shè)時(shí)序和管理協(xié)調(diào)難度較大，但從城市總體發(fā)展的角度來看，合建優(yōu)勢明顯。從技術(shù)角度看，市域鐵路與快速路合建的主要設(shè)計(jì)原則有如下幾點(diǎn)：

（1）公路與市域鐵路合用的下部結(jié)構(gòu)應(yīng)同時(shí)滿足公路橋梁和市域鐵路相關(guān)規(guī)范的要求;

（2）橋墩上下層蓋梁間距、左右墩柱間距應(yīng)能滿足市域鐵路的限界要求;

（3）橋墩上下層蓋梁間距、左右墩柱間距應(yīng)能滿足市域鐵路接觸網(wǎng)、信號機(jī)、聲屏障、電纜槽、欄桿等橋面附屬結(jié)構(gòu)的布置要求;

（4）橋梁下部結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)充分考慮公路荷載與鐵路荷載的最不利組合形式。

2 U型梁應(yīng)用概況

U型梁起源于槽型梁，最早的槽型梁于1952年應(yīng)用于跨度48.6 m的鐵路橋梁—羅什爾漢，從八十年代開始逐漸在我國的鐵路行業(yè)中應(yīng)用[3]。槽型梁腹板和底板均較厚，隨后對其改進(jìn)成為當(dāng)今的U型梁。U型梁最大的特點(diǎn)是其腹板、底板較薄，屬于薄壁構(gòu)件[4]。優(yōu)點(diǎn)是橋面結(jié)構(gòu)建筑高度可以降低，從而為橋下提供更高凈空，且U梁側(cè)腹板可起到聲屏障的效果，降低輪軌噪聲對周邊環(huán)境的影響[5-6]，如果考慮橋上聲屏障設(shè)備更換等因素，從橋上設(shè)備的全壽命周期來計(jì)算，采用U型梁性價(jià)比更高，在U型梁和箱梁的對比中，其抗扭性、剛度、以及變形都是對比的重要部分，按照設(shè)計(jì)時(shí)速相同、跨徑相同的標(biāo)準(zhǔn)梁進(jìn)行對比，U型梁的抗扭性和剛度稍差，變形大[7]。但在U型梁結(jié)構(gòu)抗彎扭剪分析、跨中翹曲正應(yīng)力影響分析和結(jié)構(gòu)抵抗彎剪扭截面檢算中[8]，均符合規(guī)范要求。U型梁在國外已有迪拜、阿聯(lián)酋等國建成使用，國內(nèi)第一次在軌道交通中使用U型梁是在上海地鐵八號線，速度目標(biāo)值為80 km/h。近年來，U型梁的價(jià)值在工程中逐漸凸顯，國內(nèi)U型梁得到大量應(yīng)用[9]，上海、北京、天津、南京、青島等地均已實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

3 U型梁在合建中的價(jià)值研究

3.1 工程概況

溫州市域鐵路S3線一期工程縱貫?zāi)媳?，在溫瑞大道段，S3線與快速路沿既有道路路中合建[10]。本文通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對箱梁和U型梁對比研究。第一個(gè)節(jié)點(diǎn)由于合建段快速路匝道與高速公路的互通相接駁，導(dǎo)致位于地上二層的上蔡站標(biāo)高受控，出站后，S3線與快速路需要以短距離合建上跨越南環(huán)線;第二個(gè)節(jié)點(diǎn)受到鵝湖錦園小區(qū)影響，快速路在大學(xué)城站匝道落地允許水平距離僅有350 m。

3.2 滿足短距離抬升標(biāo)高要求

第一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，上蔡站軌面標(biāo)高h(yuǎn)1為13.7 m，南環(huán)線路面標(biāo)高h(yuǎn)2為16.2 m。根據(jù)規(guī)范要求，豎曲線不能進(jìn)入站臺端[11]，故市域鐵路S3線從上蔡站臺南側(cè)端部以限坡29.5‰（通常不取極值30‰）與快速路合建爬坡，上蔡站站臺南端至南環(huán)線北側(cè)邊緣的爬坡水平距離d為302 m。

S3線爬坡至南環(huán)線時(shí)可達(dá)到的軌面標(biāo)高：

S3線跨越南環(huán)線需要達(dá)到的軌面標(biāo)高：

其中：

s：箱梁梁底至南環(huán)線路面凈空，取5 m;

a：梁厚;

j：軌道結(jié)構(gòu)高，軌道板結(jié)構(gòu)厚度與鋼軌高度的和，取0.7 m;

i：橋梁沉降富余量，取0.2 m。

該處快速路在三層，跨越南環(huán)線只需要位于二層的市域鐵路滿足跨越條件即可，故s3線爬坡至南環(huán)線可達(dá)到的軌面標(biāo)高大于等于需要的軌面標(biāo)高時(shí)，滿足跨越條件，有：

得：

故當(dāng)梁厚小于等于0.5 m時(shí)，該節(jié)點(diǎn)才具備跨越可能性，方案才有可行性。

溫州市域鐵路S3線標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁梁厚2.25 m，在該處明顯大于0.5 m，不滿足跨越條件;和箱梁相比，U型梁橋梁結(jié)構(gòu)高可節(jié)省1.5 m～2 m，目前30 m跨單線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支U型梁底板厚可做到0.26 m，一般簡支U型梁梁厚在0.3 m～0.4 m之間，小于0.5 m，該節(jié)點(diǎn)在采用U型梁后縱斷面滿足條件，能夠在302 m的短距離下迅速抬升市域鐵路標(biāo)高，跨越南環(huán)線。

采用U型梁，無需調(diào)整上蔡站標(biāo)高也不需要對南環(huán)線進(jìn)行改造，工程實(shí)施難度和費(fèi)用以及溝通協(xié)調(diào)工作量大大降低。滿足在較短距離迅速抬升標(biāo)高到需要的控制標(biāo)高、滿足爬坡高度的要求。

3.3 縮短快速路匝道落地長度

快速路與市域鐵路合建，U型梁較標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁可以降低結(jié)構(gòu)高1.5 m～2 m。溫州市域S3線與快速合建段局部地段廊道狹窄，既有鵝湖小區(qū)房屋平行布置緊鄰快速路。目前快速路路面與地面凈高差，快速路在該處需要按照5.9%的縱坡設(shè)置下坡匝道[12]，下坡起始點(diǎn)距離匝道終點(diǎn)水平距離，意味著該節(jié)點(diǎn)必須在水平長度的條件下達(dá)到下降21.65 m的高度，否則只能對高層小區(qū)房屋進(jìn)行拆除。

合建段采用箱梁時(shí)的下坡匝道水平長度：

由于，合建段采用箱梁時(shí)的下坡匝道水平長度大于匝道水平長度350 m的極限允許長度，故箱梁方案匝道無法落地，否則只能對小區(qū)進(jìn)行拆除，代價(jià)大。

采用U型梁時(shí)，快速路路面標(biāo)高降低值：

快速路與地面凈高差：

快速路匝道落地所需水平長度：

其中：

a1：箱梁梁厚，取2.25 m;

a2：U型梁梁厚，取0.4 m。

當(dāng)采用U型梁時(shí)的匝道水平長度，故采用U型梁方案能夠滿足匝道延展長度受限的情況下快速路與地面市政道路通過匝道接駁落地的要求。該方案不需對小區(qū)房屋進(jìn)行拆除，且降低結(jié)構(gòu)高后工程費(fèi)降低，對節(jié)省工程投資效果明顯。

市域鐵路等城市軌道交通與市政道路對于城市的發(fā)展至關(guān)重要，城市土地供應(yīng)日趨緊張，土地價(jià)值也逐年增大，對城市軌道交通和市政道路的設(shè)計(jì)提出更高的要求。在市域鐵路等軌道交通與市政道路合建中采用U型梁取代傳統(tǒng)箱梁對市域鐵路和快速路縱斷面優(yōu)化具有重要意義，在跨越重要控制節(jié)點(diǎn)時(shí)U型梁替代箱梁往往能對整個(gè)方案可行性起到?jīng)Q定性的作用。

4 結(jié)語

標(biāo)準(zhǔn)U型梁相比于箱梁，其結(jié)構(gòu)高的大幅降低，在需要較短距離達(dá)到迅速抬升或降低標(biāo)高，且采用箱梁標(biāo)高嚴(yán)重受限時(shí)，可考慮U型梁替代箱梁的方案。其次，市域鐵路等軌道交通與快速路合建，引起快速路路面標(biāo)高過高，且快速路需要與普通市政道路通過匝道相連，匝道下落延展長度受限情況下，同樣可考慮市域鐵路采用U型梁，達(dá)到降低市域鐵路與快速路合建引起快速路路面標(biāo)高過高的問題。除在工程應(yīng)用上的價(jià)值，其在降噪和改善景觀、沿線土地增值等方面的價(jià)值同樣突出。在類似工程設(shè)計(jì)中當(dāng)需要短距離抬升、降低標(biāo)高，或縮短快速路匝道落地長度，采用U型梁替代箱梁的方案具有一定的借鑒意義，能為其他項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

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