魯雪冬，周永禮，許志艷

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610031)

0 引 言

深圳地鐵6號線1期起于深圳北站，途經(jīng)龍華、石巖、光明、公明和松崗等片區(qū)，線路總長37.621 km，高架段長24.454 km，其中U形梁區(qū)段長20.697 km，是深圳地鐵所有線路中高架線路最長、景觀要求最高、環(huán)境適應(yīng)性最好的高架線路.本線高架線路所占比重較大，對全線工程規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性有著較大影響.高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從受力、經(jīng)濟(jì)、適用、施工及美觀等方面綜合考慮.一方面，要求結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)高效、美觀適用，滿足高架交通功能要求等；另一方面，要結(jié)合工程場地特點(diǎn)，采用經(jīng)濟(jì)、成熟和方便的施工方法；此外，還需要滿足無砟、整體道床及長鋼軌結(jié)構(gòu)對高架橋梁結(jié)構(gòu)的特殊要求[1-5].

1 一般橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，比較適合城市軌道交通高架橋梁的結(jié)構(gòu)形式有U形梁結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁結(jié)構(gòu)等.針對以上幾種常用梁形結(jié)構(gòu)，本文從受力、經(jīng)濟(jì)、適用、施工及美觀各方面進(jìn)行綜合比較分析，見表1，相關(guān)結(jié)構(gòu)圖如圖1～圖3所示.

表1 各梁形的特點(diǎn)及適用性情況比較表

圖1 U形梁結(jié)構(gòu)圖

圖2 箱梁結(jié)構(gòu)圖

圖3 T形梁結(jié)構(gòu)圖

從圖1～圖3可知，單線并置U形梁方案應(yīng)用于城市軌道交通高架線路具有較明顯適應(yīng)性優(yōu)點(diǎn)，如：

1)降低結(jié)構(gòu)高度.軌道交通高架橋梁的結(jié)構(gòu)高度在很大程度上取決于高架結(jié)構(gòu)下方的道路交通凈空要求.通常軌道標(biāo)高是在這一凈空高度的基礎(chǔ)上增加結(jié)構(gòu)底面和軌頂面之間的高度.對于箱梁結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)底面至軌頂面之間的高度約為1.6～2.0 m.而對于U形梁高架結(jié)構(gòu)來說，這一高度約為0.25～0.5 m.因此，通過采用U形梁結(jié)構(gòu)可以降低軌道標(biāo)高約1.05～1.75 m，如圖4和圖5所示.

圖4 降低線路標(biāo)高效果圖

圖5 減少視覺沖擊效果圖

2)降噪效果好.軌道交通車輛行駛于U形梁斷面中， 其輪軌走行系統(tǒng)的噪聲受到兩側(cè)主梁上腹板的阻隔， 在一定程度上減少了車輛噪聲對周圍環(huán)境的影響.U形梁相對箱梁無箱體共鳴噪音.

3)斷面空間結(jié)合利用率高.兩側(cè)腹板除了滿足結(jié)構(gòu)受力需要，同時(shí)還能提供其他方面的用途.由于腹板靠近列車，可以有效地起到隔聲擋板的作用，從而避免額外設(shè)置擋板.腹板上方的翼緣基本與列車車廂地板處于同一水平位置，可以被用作緊急疏散和維修通道，下部空間可布置通信、信號和電力電纜等管線.

4)兩側(cè)主梁可防止脫軌車輛傾覆下落，給行車安全提供了可靠的保障.在脫軌或強(qiáng)烈地震的情況下，腹板還可以將列車攔在梁體內(nèi).

因此，基于美觀性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性統(tǒng)一的原則，最終采用單線U形梁作為工程的基本梁型.

2 橋梁孔跨設(shè)計(jì)

根據(jù)鐵路和城市軌道交通橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，高架橋的經(jīng)濟(jì)跨度一般都在40 m以下，特別是U形梁.由于其結(jié)構(gòu)受力特殊性，主要以30 m和25 m為主型跨度.根據(jù)國內(nèi)幾條線路調(diào)研數(shù)據(jù)(分別為35 m、30 m和25 m)，進(jìn)行估算比較，綜合上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的工程數(shù)量，30 m和25 m跨度無論在梁體主要材料平米指標(biāo)還是綜合造價(jià)平米指標(biāo)都要優(yōu)于35 m跨度；30 m和25 m跨度在梁體主要材料指標(biāo)上基本相當(dāng).6號線全線墩高平均在12 m左右，基巖埋深基本在35 m左右，綜合考慮橋梁下部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)后，橋梁每平米造價(jià)指標(biāo)30 m跨度優(yōu)于25 m跨度，同時(shí)30 m跨度比25 m跨度具有更好的跨越能力，能更好地滿足規(guī)劃要求，并使橋下視野更為通透.此外，全線高架線路墩高大部分均在10～12 m左右，當(dāng)高跨比為1/4～1/3時(shí)，比較符合橋下行人視覺美學(xué)規(guī)律的要求.依據(jù)上述比較結(jié)果可知，跨度30 m梁較35 m梁與25 m梁經(jīng)濟(jì)合理，綜合造價(jià)最低，且景觀效果較好，因此推薦跨度30 m梁為本線U形梁高架區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)梁跨，并根據(jù)區(qū)間布跨需要，輔以20～35 m跨進(jìn)行配跨.采用的國內(nèi)最大跨度35 m簡支U形梁，有效減少了路口連續(xù)梁數(shù)量，節(jié)省了大量投資[1].

3 橋墩形式設(shè)計(jì)

橋墩設(shè)計(jì)除必須考慮其功能、經(jīng)濟(jì)及施工技術(shù)等因素外，還必須考慮與上部構(gòu)造中的梁及周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，特別是城市內(nèi)高架橋，橋墩比梁更靠近人的視點(diǎn)，墩的形狀、體量及表面處理等均是美學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn).城市中橋墩應(yīng)結(jié)構(gòu)輕盈、線條流暢，避免出現(xiàn)給人雜亂與笨重的印象；橫向的墩柱數(shù)量過多，容易在多角度的觀察中給人雜亂無章的感覺，凌亂的混凝土結(jié)構(gòu)，甚至?xí)茐闹車恼w景觀效果，如圖6所示.

圖6 不同造型的高架橋橋墩

國內(nèi)軌道交通高架橋橋墩設(shè)計(jì)一般為單柱式和雙柱式2種，雙柱式橋墩墩柱均為豎直型，城市軌道交通更多的是使用單柱式橋墩，如圖7所示.

圖7 單柱式墩和雙柱式墩效果示意圖

由于本線高架線路大多敷設(shè)在道路中央分隔帶內(nèi)，隨著兩側(cè)行車視角的變化，單柱式橋墩僅引起視覺上橋墩外形的變化，而雙柱式則不僅引起視覺上外形的變化，還會引起視覺上橫向橋墩個(gè)數(shù)的變化，容易在多角度的觀察中給人雜亂無章的感覺.因此，根據(jù)本線的工程環(huán)境特點(diǎn)，其區(qū)間高架宜采用單柱式橋墩，如圖8所示.

圖8 不同橋墩身截面和飾條搭配視覺效果

綜上，結(jié)合本項(xiàng)目的工程環(huán)境特點(diǎn)，本線高架橋墩采用單柱式T形橋墩，截面形式采用矩形截面并輔以倒角和立面增設(shè)凹槽飾條手段，橋墩立面可采用上下寬度變化處理，由墩頭往下采用內(nèi)收的線條，與梁部、蓋梁的變化趨勢形成順暢的曲線，梁部采用30 m跨度作為標(biāo)準(zhǔn)橋跨的單線并置U形梁，滿足跨高比1/3的黃金比例協(xié)調(diào)性[1]，如圖9所示.

4 橋梁景觀設(shè)計(jì)

本線高架橋設(shè)計(jì)從上至下采用弧線元素，避免直線元素的生硬與強(qiáng)大視覺沖擊力造成的不適，在結(jié)構(gòu)安全的前提下最大化減小體量，使行人有好的視覺感受，避免過去“笨、粗、大、壯”的視覺形象.以樹的外形為設(shè)計(jì)靈感，整個(gè)橋墩線條流暢，橋墩的上大下小，中間倒圓弧線，好似一個(gè)含苞開放的花蕊，花瓣式造型猶如生機(jī)勃勃的樹向上生長，連續(xù)的高架線形成了富有生命的“綠色軌跡”.橋墩設(shè)計(jì)上使用花瓣墩，在橋梁細(xì)部造型上使用弧線元素，外立面采用弧線元素隨著線間距加大，標(biāo)準(zhǔn)橋墩自然過渡到Y(jié)形橋墩，過渡自然，整體非常和諧[3-7]，如圖9和圖10所示.

圖9 橋墩景觀設(shè)計(jì)

圖10 高架橋橋墩建成后實(shí)景圖

5 特殊橋梁設(shè)計(jì)

本線沿線多次跨越立交、路口和河流，因此跨越立交、路口和河流的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本線高架橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[1].

5.1 特殊梁橋跨布置原則

通過對全線高架結(jié)構(gòu)跨立交、道口和河流工程條件分析，對跨越路口和立交等橋梁盡量采用大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁(剛構(gòu))體系一跨跨越；跨越河流時(shí)，在滿足橋下通航和泄洪前提下盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨度布置，采用大跨結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量選用大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu).沿線跨越立交和道口寬度主要為40～80 m路幅，高架橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需分別對立交和道口按照不同路幅寬度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，然后進(jìn)行統(tǒng)一性設(shè)計(jì)，盡量減少橋梁結(jié)構(gòu)類型，利于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和施工，減少重復(fù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)備的采購，節(jié)約資源.

5.2 一般連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于U形梁結(jié)構(gòu)受力的特殊性，跨越能力較小，在跨越立交和路口時(shí)，需要采取特殊措施.一種是加高主梁尺寸，滿足受力要求；另一種是與其他結(jié)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)大的跨越能力.為適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)梁設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)備布置集成化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，主梁側(cè)面和頂面均有附屬設(shè)施安裝，不適宜加高主梁.大跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)按照橋面以上標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的原則，采用U形梁底板組合箱梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大跨度跨越功能，截面采用箱梁+U形梁，梁高變化主要由箱高變化實(shí)現(xiàn)，到邊墩附近由空心過渡到實(shí)心梁，然后與簡支U形梁銜接，實(shí)現(xiàn)同截面順接，避免橋梁構(gòu)造尺寸出現(xiàn)突變，結(jié)構(gòu)輕盈、簡潔，解決了傳統(tǒng)箱梁與簡支U形梁端部順接的難題，如圖11所示.

圖11 U+箱連續(xù)梁結(jié)構(gòu)效果圖及實(shí)景圖

5.3 大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本線3次跨越深圳地鐵4號線，2次上跨龍大高速，1次上跨南光高速，橋墩托換下穿福龍路，小角度斜交上跨公明排洪渠，28次跨越城市道路路口.除了部分路口或道路采用一般連續(xù)梁能跨越的外，部分橋梁必須采用較為特殊的梁形跨越.

樓南區(qū)間線路與龍大高速公路斜交78°，平面曲線半徑1 200 m，縱坡為23.8‰，軌面與龍大高速路面最小距離約6.44 m，上跨龍大高速采用了主跨為65 m頂推預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)U形梁，是鐵路及軌道交通領(lǐng)域首次對位于曲線、大縱坡、大跨度和大斷面U形預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁實(shí)施頂推施工工藝的橋梁，如圖12所示.

圖12 上跨龍大高速頂推U形連續(xù)梁施工過程圖

合薯區(qū)間跨越公明排洪渠，線路平面位于半徑為550 m的曲線上，采用主跨150 m的V形剛構(gòu)，是國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域最大跨度的V形U+箱剛構(gòu)連續(xù)梁，橋梁整體造型美觀，結(jié)構(gòu)輕盈，投資經(jīng)濟(jì)，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是城市軌道交通橋梁建造理念的一種創(chuàng)新，如圖13所示.

圖13 合薯區(qū)間V形剛構(gòu)連續(xù)梁建成圖

6 本線高架橋創(chuàng)新技術(shù)

U形梁綜合了造型美觀、節(jié)約空間、降噪良好與斷面空間利用率高等優(yōu)點(diǎn).本項(xiàng)目U形梁采用了工廠化集中預(yù)制，由專用架橋機(jī)通過線路通道架設(shè)，進(jìn)一步減小了對周邊環(huán)境的影響和干擾，同時(shí)還采用以下5大集成技術(shù)創(chuàng)新：

1)U形梁成套技術(shù)的研究與應(yīng)用.通過對U形梁的斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和運(yùn)、架技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，提高結(jié)構(gòu)景觀效果，結(jié)合工程施工條件，綜合采用整孔預(yù)制，橋上運(yùn)架和橋下運(yùn)吊施工方法，降低施工對城市的影響，達(dá)到地鐵建設(shè)與城市發(fā)展的和諧統(tǒng)一.

2)全面預(yù)制預(yù)埋技術(shù)的應(yīng)用.高架橋梁U形梁結(jié)構(gòu)采用工廠集中預(yù)制，提高橋梁施工質(zhì)量，同時(shí)橋上附屬設(shè)備全面采用預(yù)埋絕緣套筒技術(shù)，既能有效保證施工質(zhì)量，又可避免后期對結(jié)構(gòu)鉆孔造成破壞.

3)引入綠色走廊設(shè)計(jì)理念.綜合利用墩身和橋下空間進(jìn)行綠化景觀設(shè)計(jì)，將地鐵高架線路建設(shè)成為景觀綠色走廊，弱化高架橋梁結(jié)構(gòu)對城市環(huán)境的視覺沖擊，實(shí)現(xiàn)地鐵高架結(jié)構(gòu)與城市景觀協(xié)調(diào)發(fā)展.

4)高架橋首次采用了U形梁+浮置板道床+軌旁吸音板+居民區(qū)全包聲屏障的綜合減振降噪設(shè)計(jì).最大限度地減少了深圳地鐵6號線高架橋?qū)χ苓叚h(huán)境的噪聲污染，全力打造了“安靜”的軌道交通示范線.

5)軌道交通領(lǐng)域首個(gè)采用運(yùn)架施工通過島式“站橋合一”高架車站的U形梁高架線路.在車站的設(shè)計(jì)中通過設(shè)置“輔助梁”方式，預(yù)留運(yùn)梁車的運(yùn)輸通道.確保了“島式車站”前后U形梁的預(yù)制運(yùn)架順利實(shí)施.

7 結(jié) 論

通過對深圳地鐵6號線高架橋梁總體設(shè)計(jì)研究和分析，城市軌道交通高架橋設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從受力、經(jīng)濟(jì)、適用、施工及美觀等方面綜合考慮進(jìn)行高架橋梁型選擇.

2)城市軌道交通高架結(jié)構(gòu)應(yīng)重點(diǎn)考慮高架景觀與城市景觀融合及協(xié)調(diào)，達(dá)到地鐵建設(shè)與城市發(fā)展的和諧統(tǒng)一.

3)創(chuàng)新技術(shù)在高架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，是滿足城市軌道交通高架結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)高效、美觀適用及交通功能要求的可靠保證.

深圳地鐵6號線在滿足功能需求的前提下，著力對景觀和降噪進(jìn)行了用心打造，實(shí)現(xiàn)了高架橋梁與城市景觀協(xié)調(diào)發(fā)展，本項(xiàng)目不僅是“一條地鐵高架線”，更是“一道安靜風(fēng)景線”“一條綠色環(huán)保示范線”.其設(shè)計(jì)理念及創(chuàng)新技術(shù)對后續(xù)城市軌道高架橋梁的建設(shè)具有重要借鑒意義.