包海峰
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究(總院)集團(tuán)有限公司,上海市 200092)
寧波市軌道交通4號(hào)線(xiàn)橫貫寧波市中心城區(qū),連接中心城和慈城、東錢(qián)湖兩個(gè)規(guī)劃新城,將寧波市西北和東南區(qū)的大片住宅區(qū)、工業(yè)區(qū)、相應(yīng)的公共活動(dòng)中心與中心城核心區(qū)連接起來(lái)。線(xiàn)路基本走向?yàn)椋篠319(江北大道)—慈城連接線(xiàn)—北環(huán)西路—康莊南路—雙東路—翠柏路—蒼松路—長(zhǎng)春路—靈橋路—興寧路—滄海路—首南路—東錢(qián)湖外環(huán)路。
線(xiàn)路起點(diǎn)站為慈城站,終點(diǎn)站為東錢(qián)湖站,全長(zhǎng)36.1 km,其中地下線(xiàn)22.89 km,高架線(xiàn)12.6 km,過(guò)渡段0.61 km,見(jiàn)圖1。
圖1 寧波軌道交通4號(hào)線(xiàn)線(xiàn)路位置示意圖
北環(huán)路快速路是寧波市快速路系統(tǒng)“四橫五縱五聯(lián)”中重要“一橫”。西起前洋立交收費(fèi)站、東至世紀(jì)大道,全長(zhǎng)約15.78 km,走向沿現(xiàn)狀北環(huán)西路-北環(huán)中路。
軌道交通4號(hào)線(xiàn)高架段從慈城連接線(xiàn)至江北大道段與北環(huán)路快速路共通道,結(jié)合規(guī)劃和沿線(xiàn)現(xiàn)狀及用地情況,為減少后期建設(shè)的拆遷量,減少對(duì)道路交通的影響,根據(jù)相關(guān)部門(mén)意見(jiàn),該段軌道交通高架與北環(huán)路快速路一體化共建,土建工程先期實(shí)施,并與北環(huán)路快速路同步建成。區(qū)間橋梁高架段布置見(jiàn)圖2。
圖2 寧波軌道交通4號(hào)線(xiàn)區(qū)間橋梁位置示意圖
新建區(qū)間項(xiàng)目包括主要節(jié)點(diǎn)橋四座:跨人民路地道節(jié)點(diǎn)橋,上跨鐵路節(jié)點(diǎn)橋,夾田河大橋,上跨寧波繞城高速節(jié)點(diǎn)橋。
(1)設(shè)計(jì)最高行車(chē)速度V=80 km/h。
(2)雙線(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)間正線(xiàn)線(xiàn)間距均為4.2 m。
(3)橋面寬度標(biāo)準(zhǔn)段橋梁建筑總寬9.4 m,曲線(xiàn)地段按規(guī)范要求加寬并設(shè)置超高。
(4)車(chē)輛選型采用車(chē)型為B型車(chē),3動(dòng)3拖6輛編組形式,車(chē)輛軸重不大于14 t。
(5)抗震設(shè)防:高架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g,設(shè)防類(lèi)別為B類(lèi)。
(6)荷載標(biāo)準(zhǔn)
a.結(jié)構(gòu)自重:混凝土容重按25~26 kN/m3。
b.列車(chē)荷載:按本線(xiàn)列車(chē)的最大軸重、軸距及近、遠(yuǎn)期中最長(zhǎng)的列車(chē)編組確定。
(1)高架區(qū)間總體位于路中,沿江北大道路中,跨越鐵路后,往南繞行進(jìn)入慈城連接線(xiàn)路中。
(2)墩高較高,平均墩高15.77 m,跨越鐵路處墩高達(dá)23 m。
(3)跨越鐵路處曲率半徑僅為350 m,該值為目前軌道交通曲線(xiàn)半徑極值。
(4)城市環(huán)境及景觀要求較高。
(1)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足安全、美觀、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的要求。
(2)結(jié)構(gòu)必須保證在施工和運(yùn)營(yíng)階段具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
(3)城市高架選用的結(jié)構(gòu)型式和材料,應(yīng)符合減振、降噪的要求。
(4)構(gòu)件設(shè)計(jì)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化施工,以便控制整體質(zhì)量,縮短施工工期,利于維修保養(yǎng)。并推薦技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)、施工方案。
(5)橋梁跨徑和施工工藝的選擇需要適應(yīng)地面既有和規(guī)劃交通系統(tǒng)需求,盡量減小對(duì)交通和環(huán)境影響。
(6)高架結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮設(shè)置區(qū)間消防疏散平臺(tái)、電力通信等管線(xiàn)支承設(shè)備、防止列車(chē)掉道落橋設(shè)備和橋面防水及排水措施。
(7)高架結(jié)構(gòu)應(yīng)認(rèn)真考慮對(duì)城市景觀、環(huán)境的影響,結(jié)合規(guī)劃道路、路幅、周邊環(huán)境,選擇合理的結(jié)構(gòu)型式、梁的高跨比及跨徑,使高架結(jié)構(gòu)融于城市建筑風(fēng)格中。
(8)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限為100 a,鋼結(jié)構(gòu)防腐體系使用年限為20 a。
梁式體系一般有簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋及連續(xù)剛構(gòu)橋三種形式。簡(jiǎn)支梁橋是梁橋中應(yīng)用最為廣泛的一種橋型。連續(xù)梁橋線(xiàn)條流暢,于景觀有利。合理的力學(xué)特性使其運(yùn)用在較大跨度上能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性;此外,連續(xù)梁結(jié)構(gòu)整體剛度大,豎向變形小,動(dòng)力性能好,對(duì)行車(chē)有利。連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)的連續(xù)結(jié)構(gòu),減少了橋梁支座設(shè)置及支座養(yǎng)護(hù)的工作。高架區(qū)間梁式體系比較見(jiàn)表1。
表1 高架區(qū)間梁式體系比較
根據(jù)以上梁式體系比較,除特殊節(jié)點(diǎn)外,該工程選用簡(jiǎn)支梁橋。
標(biāo)準(zhǔn)跨徑主要是通過(guò)綜合考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、工法、景觀、沿線(xiàn)的既有道路和規(guī)劃道路等各方面的情況來(lái)確定的。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)主要城市軌道交通高架結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)跨徑主要是25 m、30 m兩種。兩種跨徑經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相近,施工難度差異較小,但30 m跨徑較25 m跨徑通透性強(qiáng)。綜合以上分析,采用30 m為標(biāo)準(zhǔn)跨徑。
一般講,軌道交通橋梁主梁形式主要有大(?。┫淞骸⒉坌土旱?,其各自的主要特點(diǎn)可見(jiàn)表2。
表2 橋梁結(jié)構(gòu)型式比選
從已建成的軌道交通工程看,標(biāo)準(zhǔn)高架區(qū)段中箱梁應(yīng)用的較多,槽型梁也逐漸出現(xiàn),因此主要針對(duì)這兩種梁型進(jìn)行比較。
梁式橋?qū)儆谏铣惺浇Y(jié)構(gòu),豎向剛度較大,變形易控制,施工容易;槽型梁屬下承式結(jié)構(gòu),剛度小變形較難控制,施工較難。從噪音控制比較,梁式橋優(yōu)于槽型梁。已建北環(huán)立交共建段梁型采用了箱型結(jié)構(gòu),考慮與已建工程結(jié)構(gòu)及外觀統(tǒng)一性,梁式結(jié)構(gòu)更能與已建工程匹配。通過(guò)上述綜合分析比較,箱型斷面結(jié)構(gòu)相對(duì)其他截面更適用于該工程。
高架橋墩型式的選定,除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性外,還應(yīng)結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的選型,使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致、輕巧美觀,與城市環(huán)境和諧、勻稱(chēng)、通透性好、盡量減少占地,保證橋下行車(chē)有較好的視線(xiàn),給行人一種舒適感。常用橋梁墩柱形式見(jiàn)圖3。
圖3 高架橋梁常用墩柱樣式
按照節(jié)省造價(jià)、施工方便的原則,同時(shí)考慮到橋墩與主梁的整體景觀效果,提出下面五種標(biāo)準(zhǔn)橋墩方案,見(jiàn)表3。
表3 橋梁結(jié)構(gòu)型式比選
通過(guò)綜合比選,方案四T型墩方案與上部小箱梁結(jié)構(gòu)型式最協(xié)調(diào),施工也較為方便。推薦方案在視覺(jué)上使整個(gè)橋墩更加輕巧、活潑、生動(dòng),最大程度地增加橋下凈空。同時(shí)在墩身側(cè)面配以凹槽(可內(nèi)置落水管或景觀照明),豐富墩身表面線(xiàn)條,使得整個(gè)橋墩更加美感。
該工程高架區(qū)間跨越了多處地面橫向道路、高架道路(寧波繞城高速)、河流及鐵路(蕭甬鐵路、杭甬客專(zhuān))等節(jié)點(diǎn)橋跨結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)須綜合考慮各種因素制約,因地制宜,選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的結(jié)構(gòu)型式。
該工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的橋跨布置匯總見(jiàn)表4。
表4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)橋跨布置匯總
以下對(duì)該工程主要節(jié)點(diǎn)橋梁做簡(jiǎn)單介紹??紤]篇幅,本文僅對(duì)上跨鐵路節(jié)點(diǎn)橋、上跨夾田大河及轉(zhuǎn)入慈城連接線(xiàn)路中節(jié)點(diǎn)橋及上跨寧波繞城高速節(jié)點(diǎn)橋做重點(diǎn)介紹。
4.1.1 概況
線(xiàn)路在江北大道路中前行約600 m后轉(zhuǎn)出,角度斜交上跨蕭甬鐵路、杭甬客專(zhuān)?,F(xiàn)狀蕭甬鐵路為雙線(xiàn)地面線(xiàn),接觸網(wǎng)供電,雙線(xiàn)線(xiàn)間距約4.6 m,軌面標(biāo)高3.61 m?,F(xiàn)狀杭甬客專(zhuān)為高架線(xiàn),雙線(xiàn)線(xiàn)間距約5 m,高架結(jié)構(gòu)總寬11 m,接觸網(wǎng)供電。蕭甬鐵路路基邊與杭甬客專(zhuān)高架地面投影邊線(xiàn)距離約6 m,杭甬客專(zhuān)南側(cè)為規(guī)劃預(yù)留高架線(xiàn)路。具體位置見(jiàn)圖4。
圖4 上跨鐵路節(jié)點(diǎn)橋址
4.1.2 橋型方案選擇制約因素
(1)梁底凈空滿(mǎn)足鐵路限界凈高要求;
(2)橋墩立柱內(nèi)側(cè)邊緣與既有鐵路中心線(xiàn)有足夠的安全距離;
(3)橋跨布置應(yīng)充分考慮杭甬客專(zhuān)南側(cè)規(guī)劃預(yù)留高架線(xiàn)路;
(4)結(jié)構(gòu)上跨鐵路,設(shè)計(jì)、施工協(xié)調(diào)難度大,施工窗口時(shí)間短。橋型方案應(yīng)選擇工藝成熟,設(shè)計(jì)施工難度小、工期短、現(xiàn)場(chǎng)施工量少的橋梁方案,減少施工對(duì)道路和鐵路交通的影響;
(5)節(jié)點(diǎn)處線(xiàn)路處于350 m的小半徑曲線(xiàn)上,可供選擇的橋型較少。當(dāng)若一跨跨越蕭甬鐵路和杭甬客專(zhuān),則單孔跨徑至少達(dá)120 m,不僅橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為困難,而且造成施工風(fēng)險(xiǎn)增高,工程投資加大;
4.1.3 方案比選
根據(jù)該節(jié)點(diǎn)橋的實(shí)際位置及需要考慮制約因素,方案設(shè)計(jì)可采用以下三個(gè)方案,列表匯總見(jiàn)表5。
表5 上跨鐵路節(jié)點(diǎn)橋梁方案比選表
綜合比選,方案一(推薦方案)雖然在蕭甬鐵路和杭甬客專(zhuān)通道內(nèi)設(shè)置橋墩,存在一定的協(xié)調(diào)難度和施工風(fēng)險(xiǎn)。但結(jié)合本線(xiàn)高架區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)梁的施工特點(diǎn)及其對(duì)工期的特殊要求,把結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理,降低線(xiàn)路標(biāo)高,施工速度快,質(zhì)量易保障等作為優(yōu)先考慮的因素,采用預(yù)制吊裝的45 m簡(jiǎn)支鋼混凝土疊合梁方案較其余兩個(gè)方案具有一定的優(yōu)勢(shì)。方案一橋梁布置見(jiàn)圖5。
圖5 上跨鐵路節(jié)點(diǎn)立面布置
線(xiàn)路在AK1+575與AK1+650處連續(xù)跨越夾田大河與太平橋路并拐入慈城連接線(xiàn)。夾田大河規(guī)劃藍(lán)線(xiàn)寬度60 m。太平橋路為規(guī)劃路,現(xiàn)狀路口已預(yù)留施工,規(guī)劃紅線(xiàn)寬度68 m。
該工程正線(xiàn)上跨夾田河后從慈城連接線(xiàn)和太平橋路路口轉(zhuǎn)入路中。受河道和路口交通組織限制,高架橋梁無(wú)法在河中和路中設(shè)墩,需一跨跨越河道和路口。設(shè)計(jì)擬采用56 m+90 m+90 m+56 m四跨一聯(lián)變截面連續(xù)梁,兩個(gè)90 m中跨分別跨越夾田河和橫向交叉路口。
出入場(chǎng)線(xiàn)采用45 m+65 m+65 m+45 m四跨一聯(lián)變截面連續(xù)梁,兩個(gè)65 m中跨分別跨越夾田河和太平橋路北半幅路。出入場(chǎng)線(xiàn)須在太平橋路路中設(shè)墩。
平面布置見(jiàn)圖6。
圖6 上跨夾田河節(jié)點(diǎn)橋梁平面布置圖
正線(xiàn)56 m+90 m+90 m+56 m四跨一聯(lián)變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,中支點(diǎn)處梁高為6.0 m,邊支點(diǎn)及跨中箱梁高3.0 m,梁高以二次拋物線(xiàn)變化。出入場(chǎng)線(xiàn)45 m+65 m+65 m+45 m四跨一聯(lián)變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,中支點(diǎn)處梁高為4.0 m,邊支點(diǎn)及跨中箱梁高2.0 m,梁高以二次拋物線(xiàn)變化。
施工方法:考慮到該節(jié)點(diǎn)橋梁跨河、跨路,采用懸臂澆筑法進(jìn)行施工。
寧波軌道交通4號(hào)線(xiàn)于里程AK3+600附近上跨寧波繞城高速。繞城高速采用兩跨20 m橋梁結(jié)構(gòu)上跨慈城連接線(xiàn),中墩設(shè)置于慈城連接線(xiàn)中央分隔帶內(nèi)。繞城高速跨線(xiàn)橋上下行分幅設(shè)置,橋面總寬約34 m,中央分隔帶寬1.5 m,橋上路面標(biāo)高約9.41 m??缇€(xiàn)橋上部采用裝配式簡(jiǎn)支空心板梁,跨徑約20 m。橋墩采用3柱排架墩。
由于跨線(xiàn)橋中央分隔帶寬僅1.5 m,該空間不足以滿(mǎn)足設(shè)置擬建4號(hào)線(xiàn)高架墩的施工條件。且橋下凈高僅5 m左右,無(wú)法進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施工。因此,該節(jié)點(diǎn)不考慮在繞城高速中央分隔帶內(nèi)布設(shè)橋墩,節(jié)點(diǎn)橋梁應(yīng)一跨跨越繞城高速。
橋型方案的選擇應(yīng)從如下方面考慮:
(1)寧波繞城高速是交通要道,車(chē)速快、交通繁忙,橋型方案的選擇以施工過(guò)程對(duì)相交路影響最小為第一原則;
(2)繞城高速跨線(xiàn)橋橋墩采用3柱排架墩,整體性稍差。擬建4號(hào)線(xiàn)基礎(chǔ)應(yīng)適當(dāng)與其遠(yuǎn)離,減小基礎(chǔ)開(kāi)挖施工對(duì)該跨線(xiàn)橋的影響;
(3)4號(hào)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段高架橋采用小箱梁方案,節(jié)點(diǎn)橋型方案選擇應(yīng)與之相適應(yīng),使高架外形和諧統(tǒng)一。
綜合考慮上述因素,軌道交通4號(hào)線(xiàn)跨寧波繞城高速設(shè)計(jì)為45 m簡(jiǎn)支鋼-混凝土疊合梁。墩柱分別立于繞城高速兩側(cè),承臺(tái)外邊距離繞城結(jié)構(gòu)投影邊線(xiàn)不小于3 m,確保承臺(tái)施工過(guò)程中繞城高速的安全運(yùn)營(yíng)。
平面布置見(jiàn)圖7。
圖7 跨繞城高速節(jié)點(diǎn)橋平面布置圖
主梁上部結(jié)構(gòu)為跨徑45 m鋼混疊合梁,采用雙箱單室斷面,鋼梁高2.4 m,橋面板厚度為0.3 m,總高度為2.7 m。
施工方法:工廠預(yù)制鋼梁,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后吊裝,再施工混凝土橋面板。
寧波市軌道交通4號(hào)線(xiàn)是寧波第四條軌道交通,規(guī)劃選址方案已與今年1月份由寧波相關(guān)部門(mén)公示。該工程是在現(xiàn)狀北環(huán)路快速路共建段基礎(chǔ)上擬建,故條件的特殊性,決定與其對(duì)接的軌道交通高架段具有特殊性;目前寧波軌道交通已建成兩條,即1號(hào)線(xiàn)和2號(hào)線(xiàn),1號(hào)線(xiàn)已投入使用,2號(hào)線(xiàn)正在調(diào)試中。1號(hào)線(xiàn)、2部分高架段的實(shí)施,對(duì)該工程具有重大參考意義。鑒于以上特殊性,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下:
(1)與已建寧波軌道交通工程的延續(xù)性。
已建寧波軌道交通1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn),高架段采用箱型截面,該斷面設(shè)計(jì)對(duì)寧波軌道交通4號(hào)線(xiàn)具有重大借鑒意義,包括對(duì)以后寧波軌道交通其余規(guī)劃線(xiàn)路的設(shè)計(jì)。
(2)特殊結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)橋設(shè)計(jì),除有特殊景觀有要求和施工要求,常規(guī)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足要求和功能條件下,可采用較特殊結(jié)構(gòu)。
(3)已建北環(huán)路快速路共建段工程的延續(xù)性。已建北環(huán)路快速路共建段標(biāo)準(zhǔn)段采用箱梁結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)30 m跨徑,該條件對(duì)4號(hào)線(xiàn)設(shè)計(jì)具有重要意義。
(4)關(guān)于對(duì)軌道交通區(qū)間橋梁設(shè)計(jì)的個(gè)人理解和建議。
a.區(qū)間橋梁與線(xiàn)路的關(guān)系。線(xiàn)路的方案直接影響橋梁結(jié)構(gòu)方案,線(xiàn)路的曲線(xiàn)半徑的選擇,直接影響橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。線(xiàn)路路中方案和路側(cè)方案的過(guò)渡段設(shè)置,將直接影響橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難易程度及美觀性。故在前期方案設(shè)計(jì)中,節(jié)點(diǎn)橋梁的方案可行性直接影響到線(xiàn)路方案可行性,橋梁設(shè)計(jì)在方案設(shè)計(jì)前期的介入很有必要。
b.橋梁和車(chē)站的關(guān)系。島式車(chē)站和側(cè)式車(chē)站的方案設(shè)計(jì),將影響到橋梁與車(chē)站接入端的橋梁方案的設(shè)計(jì)。側(cè)式車(chē)站對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較小,島式車(chē)站影響較大。過(guò)渡段橋梁梁型的設(shè)計(jì),將影響到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。過(guò)渡段橋梁斷面設(shè)計(jì),對(duì)車(chē)站方案的選擇具有一定的影響。
c.軌道交通高架跨路段(口)方案選擇。一般在滿(mǎn)足凈高要求,現(xiàn)有道路施工條件允許的情況下,優(yōu)先考慮采用混凝土梁結(jié)構(gòu),同時(shí)為滿(mǎn)足地面交通功能,跨徑宜大,采用混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。
d.遇上跨鐵路和高速公路,橋梁設(shè)計(jì)須與鐵路和公路相關(guān)部門(mén)協(xié)商以確定方案可實(shí)施性。
e.橋梁設(shè)計(jì)與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)一致性,同時(shí)考慮環(huán)保要求,以滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)日益發(fā)展的經(jīng)濟(jì)要求,社會(huì)要求,人文要求。
以上系寧波軌道交通4號(hào)線(xiàn)工程總體設(shè)計(jì)階段性成果及作者體會(huì),該成果對(duì)該工程下一階段開(kāi)展具有重大指導(dǎo)意義,對(duì)類(lèi)似工程也具參考價(jià)值。因工程特殊性及作者資歷,方案設(shè)計(jì)難免與同行有所差別,故請(qǐng)同行不吝批準(zhǔn)指正交流。
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