摘要：城市軌道高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到?jīng)Q策者和建設者的青睞，正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。本文即重點論述了高架結(jié)構(gòu)型式選擇的因素及高架結(jié)構(gòu)設計應注意的。
關(guān)鍵詞：軌道交通；設計；高架結(jié)構(gòu)
1高架城市軌道交通建設現(xiàn)狀
眾所周知，伴隨著新世紀的到來，的城市軌道交通建設也翻開了嶄新的一頁。中國人口過百萬的三十四個城市中，有二十個超大城市和特大城市正在建設和籌建自己的軌道交通。目前在建的線路長度近400公里，這其中高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到?jīng)Q策者和設計者的青睞。據(jù)統(tǒng)計，在已建成通車的8條146.94公里的線路中，僅有一條高架線，長度占17%，而正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。表1為已建項目高架線路情況統(tǒng)計。
城市快速軌道交通高架橋梁與一般城市高架道路橋梁不同，雖與鐵路橋近似，但也有其特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
①橋上鋪設無縫線路無碴軌道結(jié)構(gòu)，因而對結(jié)構(gòu)型式的選擇及上、下部結(jié)構(gòu)的設計造成特別的影響；
②城市軌道交通特有的橋面系布置及接口關(guān)系；
③列車的運行最高速度為80km/h，運行密度大，維修時間短；
④建設地點一般位于城區(qū)或近郊區(qū)，對景觀要求、施工工期及環(huán)保要求較高。
目前，正在建設高架軌道交通項目的北京、上海、武漢等地，業(yè)主和設計者已充分認識到了上述特點，并積極開展了工作，為高架結(jié)構(gòu)的選擇和設計積累了一定的經(jīng)驗，正在修編的《地下鐵道設計規(guī)范》也特別加入了高架結(jié)構(gòu)這一章。本文重點論述了高架結(jié)構(gòu)型式選擇的影響因素及高架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題，供大家探討交流。
3高架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題
3.1特殊荷載
軌道交通高架橋因橋上鋪設無縫線路，引起了一些特殊力。橋上鋪設無縫線路因溫度變化、列車荷載的作用以及冬季鋼軌折斷致使梁軌之間產(chǎn)生相對位移，因扣件縱向阻力的作用，梁軌相對位移受到約束，因此梁軌間產(chǎn)生大小相等、方向相反的縱向力。它們分別是：伸縮力、撓曲力、斷軌力，制動力與鐵路橋也不同。
3.2變形控制
由于城市軌道高架橋采用無渣無枕軌道結(jié)構(gòu)，鋼軌扣件調(diào)高量僅為40mm，即橋梁的后期變形不能大于40mm.橋梁設計時必須考慮變形控制。主要的變形包括予應力混凝土梁的徐變變形和基礎的后期沉降。從1997年開始，筆者有幸參加了國內(nèi)第一條高架城市軌道交通線路-上海明珠一期工程的設計及該工程對橋梁的徐變控制和基礎沉降的課題，課題從設計、施工監(jiān)測、到運營階段對橋梁的徐變和沉降進行了深入研究，課題歷時4年多。正在建設的北京城市鐵路，也對橋梁的徐變進行了測試，工程實踐表明，在設計和施工過程中采取一些適當措施，其變形是可以得到有效控制的。
控制徐變變形的措施：
1．設計時適當增加梁的剛度，減少彈性變形，從而減少徐變變形基數(shù)；
2．優(yōu)化予應力鋼束布置，控制張拉應力。
3．提高張拉時混凝土的齡期。
4．梁體設計預拱度時考慮徐變變形的。
5．施工加強對混凝土的養(yǎng)護，減低水灰比。
6．梁澆注完成后，要做好施工組織，盡量延遲承軌臺開始澆注的時間。
7．加強監(jiān)測，將測量信息及時反饋給設計。
基礎變形控制
1．盡量采用樁基礎；
2．增加樁長；
3．增加樁數(shù)；
4．選擇持力層。
3.3橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇
長距離的高架橋結(jié)構(gòu)形式的選擇應遵循安全、、美觀、便于施工，滿足橋下道路交通及環(huán)保要求，因此，高架橋區(qū)間標準段橋式選擇的成功與否，是高架線路建設能否成功的關(guān)鍵因素之一。
3.3.1合理跨徑：從景觀、經(jīng)濟和施工技術(shù)等各方面綜合考慮確定。區(qū)間標準梁的合理跨度以25m-30m為宜。
3.3.2結(jié)構(gòu)體系：城市中小跨度橋多采用簡支梁體系或連續(xù)梁體系。簡支梁結(jié)構(gòu)簡單,受力明確，容易做到設計標準化、制造工廠化、施工機械化，安裝架設方便，施工速度較快。連續(xù)梁橋為超靜定體系，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)剛度大，變形小，動力性能好，有利于改善行車條件，減小列車運行產(chǎn)生的噪音和振動。優(yōu)先推薦簡支梁體系。
3.3.3梁型
根據(jù)幾條線的建設經(jīng)驗，區(qū)間標準梁的結(jié)構(gòu)型式重點應考慮預應力混凝土箱梁、預應力混凝土槽形梁和預應力混凝土T形梁。
箱梁能適應各類條件，是國內(nèi)廣泛采用的高架結(jié)構(gòu)形式之一，它具有閉合薄壁截面，抗扭剛度大，整體受力性能好、動力穩(wěn)定性好。箱梁外觀簡潔、適應性強，在區(qū)間直線段、曲線段、折返線及渡線段等處均可采用，對于斜彎橋尤為有利。
Ｔ形梁屬肋梁式結(jié)構(gòu)的一種，其抗彎性能好。由于主梁為工廠或現(xiàn)場預制，故質(zhì)量較高。橋梁上部結(jié)構(gòu)由四片Ｔ梁相互聯(lián)結(jié)而成，吊裝重量輕，施工方便，且構(gòu)件容易修復或更換。
槽形梁為下承式梁，與上承式梁相比，其最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)高度相對較低，且兩側(cè)的主梁可起到隔音作用。
表2列出了各種型式梁特性的綜合比較。
3.4施工方式選擇
對于標準區(qū)間橋梁，其施工主要有整孔預制方案、節(jié)段拼裝和現(xiàn)澆三種方式。從表1可以看出，在目前國內(nèi)建成和在建的線路中，橋梁施工方法多采用現(xiàn)澆，這是由于當時國內(nèi)橋梁運輸和吊裝設備的限制及標段劃分較小的原因造成的。但是，世界上橋梁技術(shù)迅速，橋梁的結(jié)構(gòu)也在多樣化，特別是由于橋梁架設施工技術(shù)的發(fā)展，促使各類橋梁的架設質(zhì)量與進度不斷提高。由于高速鐵路橋梁和輕軌交通高架橋梁發(fā)展的需要，也使架橋設備與技術(shù)日新月異。修建城市輕軌高架橋，應采用預制簡支梁吊運架設法，利用橋梁施工設備與技術(shù)，以流水作業(yè)方式進行建設施工。這種方法已在意大利、法國、南韓、墨西哥等國家被證明是保證橋梁外觀質(zhì)量、縮短工期、降低總成本、減少施工對的負效應的最佳方式。
預制施工方案的特點：
1)在現(xiàn)場預制箱梁，通過運輸機械將箱梁運到橋位，再利用架橋機械將箱梁安裝就位。
2)對施工現(xiàn)場周邊的城市環(huán)境影響較小。由于采用預制、吊裝的施工方法，在橋墩及基礎施工完成后即可對施工沿線現(xiàn)場進行清理，并在線上完成橋梁架設，可有效減小拆遷量，減少施工場地占用面積和時間以及對城市交通的影響。
3)橋梁上部結(jié)構(gòu)為工廠化生產(chǎn)，施工工藝簡單易行，技術(shù)成熟，橋梁的內(nèi)部質(zhì)量及外觀都能得到保障，可有效避免全線現(xiàn)澆作業(yè)中橋梁質(zhì)量參差不一，外觀相差較大的現(xiàn)象。
4)整孔預制、運輸、架設方案單工作面施工速度遠遠快于其他施工方案。如采取恰當運梁方式，更有利于減少施工對城市環(huán)境及城市交通的影響。
5)預制施工的發(fā)展-階段拼裝法：分段箱梁的運輸、安裝方便，采用跨越式架橋桁機，對交通和社區(qū)的干擾最小。此外橋梁跨度較大并可靈活調(diào)整。
3.5車站結(jié)構(gòu)型式及減振措施
從結(jié)構(gòu)形式上高架車站主要分三類：站橋分離式，橋從車站穿過，與車站的構(gòu)件不發(fā)生任何關(guān)系；站、橋結(jié)合式，即行車道處設行車道梁，該梁簡支在車站框架橫梁上，支承點采取減振措施；站、橋合一式，即車站部分框架結(jié)構(gòu)作為行車道，列車直接在框架梁板上行走。這三種結(jié)構(gòu)形式有如下的優(yōu)缺點：
高架車站結(jié)構(gòu)型式比較表 表3
4需進一步研究的課題
雖然城市軌道交通高架橋的建設已有一些經(jīng)驗，但仍需解決以下：
1)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性及100年設計基準期的設計參數(shù)選擇。
2)施工方法研究，如整孔預制運架技術(shù)、階段拼裝技術(shù)、先張預應力技術(shù)等。
3)車站型式及規(guī)模優(yōu)化。
4)減振降噪技術(shù)。
5結(jié)語
綜上所述，城市軌道交通高架型式的設計有其自身的特點，它涉及了線路、橋梁、軌道、建筑景觀、建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護、施工等多個領(lǐng)域，是一個綜合的設計系統(tǒng)。作者在這里只是拋磚引玉，希望的高架城市軌道交通系統(tǒng)建設不斷完善、持續(xù)創(chuàng)新。
[1]馮愛軍,“軌道交通高架橋的特殊荷載及變形控制”，第二屆全國城市橋梁青年學術(shù)會議，1999.12。
[2]“北京地鐵5號線投標文件”，北京城建設計研究院。2002.4