李凱

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線路站場設(shè)計(jì)研究處，湖北武漢 430063）

1 研究背景

根據(jù)市域鐵路建設(shè)規(guī)劃和運(yùn)營情況，未來全國23 個(gè)省市規(guī)劃建設(shè)市域鐵路1.53 萬km （新建1.06 萬km），利用既有線0.47 萬km，市域鐵路將迎來全面建設(shè)熱潮。市域鐵路多位于城市與郊區(qū)、中心城市與衛(wèi)星城、重點(diǎn)城鎮(zhèn)間等，敷設(shè)方式以高架為主。隨著城市總體規(guī)劃和綜合交通規(guī)劃的進(jìn)一步發(fā)展，市域鐵路與城市快速路共廊道的情況會(huì)愈發(fā)常見［1-10］。

市域鐵路與城市快速路共廊道分為與快速路合建方案和與快速路分建方案（見圖1、圖2）。市域鐵路與快速路合建與分建方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)分析，從節(jié)約用地、減少拆遷成本、城市景觀需求考慮，市域鐵路與城市快速路共廊道地段建議采用合建方案。

圖2 市域鐵路與城市快速路分建示意圖

表1 合建、分建方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

2 市域鐵路與城市快速路共建橋梁結(jié)構(gòu)方案

2.1 基礎(chǔ)研究資料

市域鐵路以高架為主，線路走向與城市快速路基本一致時(shí)，一般在城市主干道路中敷設(shè)。為減少橋梁下部結(jié)構(gòu)占用的道路路幅，降低工程總投資，采用市域鐵路橋梁與快速路橋梁上下疊層的合建方案。

2.1.1 市域鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)速度100～160 km/h，車輛選型采用市域動(dòng)車組，AC 25 kV交流供電方式。

2.1.2 城市快速路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級：主路為城市快速路，輔路為城市主干道；設(shè)計(jì)車速：主路80 km/h，輔路50 km/h，立交匝道40 km/h，平行匝道40 km/h。

2.1.3 合建段橋梁的主要設(shè)計(jì)原則

（1）合用下部結(jié)構(gòu)應(yīng)同時(shí)滿足公路和市域鐵路相關(guān)規(guī)范；（2）橋墩上下層蓋梁間距、左右墩柱間距應(yīng)滿足市域鐵路限界要求；（3）橋墩上下層蓋梁間距、左右墩柱間距應(yīng)滿足市域鐵路接觸網(wǎng)、信號(hào)機(jī)、聲屏障、電纜槽、欄桿等橋面附屬結(jié)構(gòu)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。

2.1.4 共建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

（1）市域鐵路采用ZS 活載（見圖3），城市快速路荷載為城-A 級，對于同時(shí)承受市域鐵路與城市快速路活載的構(gòu)件按照最不利組合進(jìn)行取值。

圖3 ZS活載標(biāo)準(zhǔn)圖式

（2）抗震設(shè)防烈度為6級，類別為乙類，措施等級為7級。

（3）市域鐵路與城市快速路共建雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用以下3種：

①共建橋墩上立柱、單層高架橋墩立柱及樁基按公路極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算，同時(shí)滿足城市道路及橋梁相關(guān)規(guī)范中構(gòu)造、工藝要求；

②共建橋墩下橫梁主要承受軌道梁荷載，按照市域鐵路相關(guān)規(guī)范，采用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

③共建橋墩下立柱及基礎(chǔ)按照現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用市域鐵路容許應(yīng)力法進(jìn)行校驗(yàn)。

2.2 合建段橋梁結(jié)構(gòu)型式比選

2.2.1 方案簡述

市域鐵路橋梁與城市快速路橋梁上下疊層的合建方案考慮采用以下3種：

（1）方案一：雙層門式墩+鐵路箱梁方案。方案縱向跨度35 m，公路橋采用預(yù)制式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，下層市域鐵路采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，橋墩采用雙層門式橋墩，上層公路橋小箱梁支點(diǎn)設(shè)于門式墩上層蓋梁上，下層鐵路橋箱梁支點(diǎn)設(shè)在門式墩下層蓋梁上，結(jié)構(gòu)型式見圖4。

（2）方案二：雙層門式墩+鐵路U梁方案。方案縱向跨度35 m，雙層門架式橋墩與上層公路橋小箱梁結(jié)構(gòu)與方案一相同，下層市域鐵路采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支U梁（單線U梁或雙線U梁），結(jié)構(gòu)型式見圖5、圖6。

（3）方案三：公鐵兩用大箱梁方案。方案將上層公路橋面與下層市域鐵路橋面合并為簡支箱型梁的整體結(jié)構(gòu)（見圖7）。箱梁采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，頂板作為公路橋面，底板作為市域鐵路橋面，腹板則成為上下2層橋面間的支撐結(jié)構(gòu)。箱梁縱向跨度確定為50 m，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圖4 方案一：雙層門式墩+鐵路箱梁方案示意圖

圖5 方案二：雙層門式墩+鐵路U梁（雙線U梁）方案示意圖

圖6 方案二：雙層門式墩+鐵路U梁方案（單線U梁）示意圖

圖7 方案三：公鐵兩用大箱梁方案示意圖

曲線地段梁型按曲梁布置，梁體輪廓、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束及管道均為沿線路左線中心線的展開尺寸，施工放樣時(shí)須特別注意根據(jù)線路曲線要素進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。支座按曲線徑向布置。每個(gè)支點(diǎn)設(shè)3個(gè)支座，支座橫向中心線距離5.10 m。公鐵兩用大箱梁方案截面見圖8。

2.2.2 主要技術(shù)特點(diǎn)比較

3種方案技術(shù)特點(diǎn)對比見表2。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

3 種方案每公里造價(jià)對比見表3。由表3 可知，方案一與方案二每公里造價(jià)相差不大；U梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性略差，導(dǎo)致方案二造價(jià)最高（比方案一每公里多548 萬元，比方案三多775 萬元）。但對于環(huán)境敏感地段，由于方案三在聲屏障和軌道減振措施上的工程支出大幅小于另外2 個(gè)方案，每公里造價(jià)約比另2 個(gè)方案均約低3 000萬元。

表2 3種方案的主要技術(shù)特點(diǎn)對比

表3 3種方案每公里造價(jià)對比 萬元

2.2.4 小結(jié)

前2種方案中方案一最為成熟，適用于多種施工工法，經(jīng)濟(jì)性尚可。需結(jié)合市域鐵路與城市快速路共建段的實(shí)際情況，若共建段橋下凈空較為富余，此方案結(jié)構(gòu)高度較大的缺點(diǎn)并不突出，故推薦采用方案一。對于部分橋下凈空不足的立交節(jié)點(diǎn)可局部考慮采用方案二。

方案三可有效降低城市快速路的路面高度，減少地面道路的占用寬度。同時(shí)可降低市域鐵路運(yùn)營階段的車致振動(dòng)、結(jié)構(gòu)噪聲和輪軌噪聲，可在滿足環(huán)評要求的前提下，大幅節(jié)約環(huán)保工程投入，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但考慮到該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、無可借鑒工程案例，需進(jìn)一步開展相關(guān)研究，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低結(jié)構(gòu)體量，可作為后續(xù)設(shè)計(jì)的備選結(jié)構(gòu)方案。

3 市域鐵路與城市快速路共建車站方案

3.1 建筑方案

市域鐵路與城市快速路共建典型車站主要有3 種：路中2層高架站、路中3層高架站（標(biāo)準(zhǔn)站）、路中3層高架站（越行站）。

（1）路中2層高架站。本類型車站為路中高架2層側(cè)式站，公鐵合建。由于軌面標(biāo)高控制，車站路中落地布置，所需中央綠化帶寬度較大。車站主體為地上2層，地下1層。兩側(cè)為地下出入口通道，方便乘客進(jìn)出。地下1層局部設(shè)有設(shè)備用房，地面1層為站廳層及主要的設(shè)備管理用房，2層為站臺(tái)層，3層為公路橋（見圖9）。

圖9 路中2層高架站橫斷面

（2）路中3 層高架站（標(biāo)準(zhǔn)站）。本類型車站為路中高架3層側(cè)式站，公鐵合建，雙柱結(jié)構(gòu)型式，兩側(cè)懸挑，凈空高度不小于5.5 m，保證行車需要。主體為地上3層，兩側(cè)通過出入口天橋連接，方便乘客進(jìn)出。地面1 層為少量設(shè)備用房，2 層為站廳層，3 層為站臺(tái)層，4層為公路橋（見圖10）。

圖10 路中3層高架站橫斷面（標(biāo)準(zhǔn)站）

（3）路中3 層高架站（越行站）。本類型車站為路中高架3層越行站，公鐵合建。因車站較寬，需采用四柱三跨結(jié)構(gòu)型式。主體為地上3層，兩側(cè)通過出入口天橋連接，方便乘客進(jìn)出站。地面1 層為架空層，2 層為站廳層，3層為站臺(tái)層，4層為公路橋（見圖11）。

圖11 路中3層高架站橫斷面（越行站）

3.2 高架共建車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高架車站上部結(jié)構(gòu)型式一般為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。直接承受列車荷載的軌道梁可采用鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)，大跨度的可采用預(yù)應(yīng)力箱梁或槽形梁結(jié)構(gòu)。車站結(jié)構(gòu)根據(jù)框架橫梁與橋道梁的結(jié)合情況可分為2種：

第1 種：“橋、建”合一純框架結(jié)構(gòu)。該方案采用純框架結(jié)構(gòu)，建筑布置較為方便，建筑高度?。蝗秉c(diǎn)在于列車行駛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)效應(yīng)明顯，結(jié)構(gòu)分析較為復(fù)雜。

第2 種：“橋、建”分離型式。該方案結(jié)構(gòu)受力明確，減少振動(dòng)。對于側(cè)式站臺(tái)車站，橫向柱子較多，且橋墩柱子尺寸較大，給車站的用房布置、使用帶來了較大難度。本結(jié)構(gòu)方案比較適用于島式站臺(tái)車站。

目前公鐵合建車站一般采用側(cè)式站，對公鐵合建車站進(jìn)行3種方案比選研究：

（1）方案一：鐵路軌道梁采用箱梁，擱置在橫向蓋梁上，公路梁及鐵路梁均采用支座與蓋梁連接（見圖12）。

圖12 公鐵合建車站方案一

（2）方案二：鐵路承軌梁與橫向框架梁剛接，公路梁采用支座與蓋梁連接（見圖13）。

（3）方案三：鐵路承軌梁、公路縱向梁都與橫向框架梁剛接，完全合一（見圖14）。

圖13 公鐵合建車站方案二

圖14 公鐵合建車站方案三

公鐵合建車站3 種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表4。綜上分析，考慮方案一造價(jià)高，方案三結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，推薦采用方案二：鐵路承軌梁與橫向框架梁剛接，公路梁采用支座與蓋梁連接。

表4 公鐵合建車站3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

共建車站采用“橋、建”合一、橫向多跨框架結(jié)構(gòu)，工法為支架現(xiàn)澆施工。共建車站基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁方案，樁基的持力層為黏土層。目前城市軌道交通已有較多長度100 m以內(nèi)的車站，考慮溫度作用采取相應(yīng)的施工措施，中間可以不設(shè)縫；若120 m左右的車站中間不設(shè)縫，則兩端跨需采用滑動(dòng)支座。市域鐵路6 輛編組高架車站長度約140 m，車站長度較城市軌道交通車站長，根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求，推薦中間設(shè)1道抗震縫。

4 市域鐵路與城市快速路共建實(shí)施方案

4.1 產(chǎn)權(quán)分割方案

共建工程很多結(jié)構(gòu)均采用共建形式，產(chǎn)權(quán)歸屬不明確，建議產(chǎn)權(quán)劃分按照共建投資進(jìn)行劃分。標(biāo)準(zhǔn)合建段投資分?jǐn)傊饕腥棵娣e分?jǐn)?、部分面積分?jǐn)?、有無對比法3種方案，對比見表5。

由表5 可知，方案二對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)劃分后計(jì)算，分?jǐn)偡椒ㄏ鄬唵吻逸^為合理。建議合建段采用部分面積法進(jìn)行劃分投資，其中：

表5 投資分?jǐn)偡桨笇Ρ?/p>

（1）高架區(qū)間僅按照橋面面積比例拆分一體化高架下部結(jié)構(gòu)，其余可分開構(gòu)件各自統(tǒng)計(jì)。

（2）車站共建部分僅拆分共建車站主體范圍，市域鐵路承擔(dān)費(fèi)用=合建時(shí)費(fèi)用×（1-快速路面積占比）。其中，快速路面積占比=快速路橋面面積÷（快速路橋面面積＋市域鐵路車站主體建筑總面積）。

4.2 建設(shè)及實(shí)施主體方案

共建技術(shù)復(fù)雜，審批、建設(shè)、監(jiān)管以及驗(yàn)收等程序不同，涉及部門多，協(xié)調(diào)問題多，所以2個(gè)項(xiàng)目必須要做到同步設(shè)計(jì)、同步實(shí)施。建議共建工程在設(shè)計(jì)階段要做深做細(xì)，充分對接和協(xié)調(diào)，方案穩(wěn)定后按照2個(gè)項(xiàng)目建設(shè)程序開展立項(xiàng)報(bào)批工作。明確一方作為牽頭建設(shè)實(shí)施主體，并成立由地方市區(qū)發(fā)改、財(cái)政、交通、住建等部門組成的協(xié)調(diào)管理機(jī)構(gòu)，共同推進(jìn)共建段工程建設(shè)。

（1）方案一：由地方政府明確一家單位作為共建主體，實(shí)施共建土建工程，涉及市域鐵路報(bào)批、技術(shù)審查等相關(guān)由市域軌道公司負(fù)責(zé)。

（2）方案二：由市域軌道公司作為共建主體，地方政府明確一家單位做好快速路建設(shè)工作，涉及快速路報(bào)批、與地面道路銜接、政策處理、外部協(xié)調(diào)等工作由地方政府負(fù)責(zé)。

由于市域鐵路設(shè)計(jì)、施工、審批標(biāo)準(zhǔn)均較城市快速路高，建議采用方案二。

4.3 運(yùn)營維護(hù)方案

由于按照4.1 中產(chǎn)權(quán)劃分方法，共建段梁部、橫蓋梁及橋面系、車站梁部結(jié)構(gòu)均有明確，建議按照該產(chǎn)權(quán)劃分進(jìn)行資產(chǎn)管理以及維護(hù)和檢修。對于合用結(jié)構(gòu)建議委托其中一家運(yùn)營單位進(jìn)行維護(hù)，另一家運(yùn)營單位按照產(chǎn)權(quán)比例提供相應(yīng)比例的運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。

5 結(jié)束語

隨著城市發(fā)展，土地資源越來越緊張，市域鐵路與城市快速路共建具有重要意義。共建可采用雙層共建，市域鐵路在下，城市快速路在上，橋梁結(jié)構(gòu)采用雙層門式墩和鐵路箱梁結(jié)構(gòu)方案。共建結(jié)構(gòu)位于市政道路用地紅線范圍內(nèi)，用地較省。標(biāo)準(zhǔn)共建車站結(jié)構(gòu)推薦采用底層架空，滿足地下道路車輛通行，2層為市域鐵路站廳層，3 層為市域鐵路站臺(tái)層，4 層城市快速路。合建高架車站結(jié)構(gòu)采用鐵路承軌梁與橫向框架梁剛接，公路梁采用支座與蓋梁連接的方案。共建車站可最大程度地節(jié)約土地資源，實(shí)現(xiàn)了路中布置，對兩側(cè)的環(huán)境影響較小，景觀效果好。市域鐵路與城市快速路共建將成為未來城市綜合交通發(fā)展的新趨勢。