馬曉剛

（上海浦東建筑設計研究院有限公司，上海市201204）

1 概 述

隨著我國城市建設的快速發(fā)展，城市核心區(qū)域可利用建設用地日益緊張，建設環(huán)境愈發(fā)復雜、敏感，建設者須對有限的空間資源進行高效整合利用，以獲得更好的城市開發(fā)綜合效益，因而軌道交通與市政交通、建筑等呈現出立體式、一體化發(fā)展的趨勢。

楊高路- 民生路立交位于浦東核心區(qū)域，采用楊高路跨線橋方式上跨民生路，工程范圍內地鐵9號線走向與地面道路楊高中路走向一致，且在民生路位置需設地鐵車站。經前期技術方案論證，采用跨線橋與地鐵車站同位合建、結合實施的方案，以節(jié)約建設用地、減少環(huán)境影響、降低建設費用[1]。相關地鐵盾構、地下車站與市政道路平面關系見圖1。

圖1 地鐵盾構、地下車站與道路關系平面圖

2 技術標準

（1）建設標準：城市主干路Ⅰ級，設計車速為60 km/h。

（2）荷載等級：汽車荷載為城—A 級。

（3）抗震標準：地震動加速度峰值0.1g，按地震基本烈度7 度設防。

（4）設計安全等級：一級，γ0＝1.1。

（5）設計基準期和使用年限：設計基準期100 a，使用年限100 a。

3 設計方案

3.1 設計原則

（1）地鐵車站上的橋梁跨徑布置應與地鐵車站柱網間距相對應；地鐵盾構區(qū)間的橋梁跨徑布置應考慮地下管線影響，并滿足地鐵管理部門意見。

（2）車站區(qū)間的橋梁上部結構形式和橋墩設置均需結合車站結構統一考慮，既要保證橋梁結構安全、可靠，又要使車站框架結構受力合理，并能減輕車站結構及其基礎所承受的外部荷載，減少運營階段地鐵車站發(fā)生的沉降。

（3）工程位于環(huán)境敏感區(qū)，在保證橋梁結構安全、實用的前提下，應力求造型簡潔、美觀，能適應周邊環(huán)境，滿足該地段的景觀要求。

（4）本項目為BT 工程，投資方對工程造價比較敏感，因此橋梁方案必須考慮對工程造價的影響。

（5）工程位于城市核心區(qū)的重要交通節(jié)點處，需采用簡便、快捷的預制拼裝施工方式，加快施工速度，縮短工期，盡量減少施工期間對地面道路、地下車站和地鐵的影響。

3.2 總體布置方案

3.2.1 跨徑布置

地鐵車站位于楊高中路下，整個站臺以民生路為界，大部分偏于民生路東側。結合地鐵車站結構在本工程范圍內的柱網間距布置、地面道路直行車道和左右轉向車道的布置需要，跨線橋跨地面道路主橋采用一聯（25.4+24+46.8+24+24）m 的連續(xù)梁方案，橋梁投影在車站部分的東側引橋分跨必須與車站結構相結合設計，采用一聯（24+22.5+22）m 的連續(xù)梁。該兩聯橋梁與地鐵車站合建，橋梁的橋墩以車站框架結構作為其基礎進行設計。

位于車站結構西側端部以西的一跨橋梁需一端作用在車站結構基礎上，一端作用在新建橋梁基礎上。為避免由于基礎結構不同而可能產生的不均勻沉降對上部結構的不利影響，同時考慮避讓地下管線，該跨采用19.5 m 的簡支梁結構。

橋梁投影在地鐵盾構區(qū)間的引橋結構，考慮避讓地下管線、樁基布置需要和降低臺后填土高度，采用了3×18 m 的一聯連續(xù)梁，需新建下部基礎。在立交縱坡設計上，該跨線橋在主跨滿足道路通行限界的要求下，采用4.5%的縱坡接兩端的地面道路，立面布置見圖2，滿足設計原則。為減輕對地鐵車站結構的不利影響，該區(qū)間橋梁上部結構考慮采用鋼結構形式。

圖2 橋梁立面布置圖

3.2.2 橫斷面布置

結合路線設計，橋梁橫斷面有分幅和整幅兩種布置形式可供比選。滿足雙向6 車道行車要求，分幅布置時單幅橋寬13.0 m，橋墩采用Y 型獨柱墩，見圖3。

圖3 分幅斷面布置圖

整幅布置時橋寬25.5 m，滿足車站結構受力需要，橋墩位置與分幅時一致，見圖4。

圖4 整幅斷面布置圖

本工程根據環(huán)評要求，跨線橋需設置聲屏障，同時考慮風荷載影響后，對兩種斷面布置形式進行了詳細計算比較。具體比較內容見表1。

表1 橫斷面方案綜合比較

與分幅斷面相比，整幅斷面時風荷載在墩底產生較小彎矩、車載不產生橫橋向彎矩，總的彎矩效應兩者相差約7 倍，整幅斷面有利于地鐵車站和其他下部結構的受力。采用整幅斷面后，下部結構相應采用雙柱墩形式，鋼梁支座間距拉大至15 m，上部結構不存在傾覆問題，整體穩(wěn)定性更好。

考慮到工程建設盡可能節(jié)約用地的方針政策，以及方案在投資、結構受力等方面的優(yōu)劣勢，整幅斷面的整體穩(wěn)定性好，風荷載作用下不會在墩底產生較大的橫橋向彎矩，墩底截面內力小，不會對已運營的地下車站結構產生不利影響，因此采用整幅斷面的方案。

3.3 地鐵車站區(qū)間橋梁結構方案

3.3.1 橋梁上部結構

三聯連續(xù)梁和一聯簡支梁上部結構采用結構重量輕、跨越能力大、承載能力強、對基礎變形有很好的適應性、施工靈活快速的鋼結構箱梁形式。

考慮景觀性，截面設計為魚腹式斷面，單箱八室全封閉結構。結構總寬25.2 m，腹板間距3 m。為使箱梁外形統一，三聯連續(xù)梁支座中心線處箱梁梁高均為1.90 m，箱梁每隔6 m 設一道厚12 mm 的大橫隔板，大隔板間每隔2.0 m 設有加強橋面系剛度的小橫隔板，小橫隔板間設有腹板豎向加勁肋；橋面板為正交異性板結構，頂板厚16 mm，用8 mm 厚U 型肋加勁，間距560～600 mm；底板采用板型加勁肋，間距360～375 mm；腹板最小厚12 mm，采用平鋼板進行縱橫向加勁，水平加勁肋設置根據計算確定；各箱室內的隔板上均開有人孔。橋面2%橫坡由箱梁頂板形成，底板水平，腹板鉛垂。每一橫梁處橫橋向設置2 個支座，支座間距15 m。

3.3.2 橋梁下部結構

橋墩立柱采用截面尺寸為2.4 m（寬）×1.5 m（厚）的直立柱形式。橋墩、橋臺與車站結構結合一起考慮，利用車站結構的頂板橫梁作為橋梁墩臺的基礎。車站結構的頂板橫梁和車站站廳、站臺內的立柱等組成框架來承受包括立柱以上的橋梁結構的反力。

根據橋梁設計提供的設計資料和計算結果，地鐵車站設計對車站結構進行了驗算，并根據該工程的特點和驗算結果對地鐵車站結構做了部分調整和重要節(jié)點的加強處理。具體處理思路和措施如下：

（1）在車站頂板上設轉換梁，通過轉換梁將跨線橋立柱荷載分配至車站主體框架和兩側的連續(xù)墻上。

（2）在車站頂板施工時預留跨線橋1.5 m 高范圍的橋墩立柱，待跨線橋施工時再接長成橋墩立柱。

（3）為承受跨線橋的荷載，轉換橫梁兩側一定范圍內的連續(xù)墻需加強。地下連續(xù)墻長度增加0.5～1.5 m，同時也增加了底板的厚度。

（4）為防止車站縱向的不均勻變形和沉降，對車站底板下壓縮性較大的土層進行高壓旋噴加固，并增加底板部分樁基以調整沉降。

3.4 地鐵盾構區(qū)間橋梁結構方案

3.4.1 橋梁上部結構

為保證該項目投資可控，同時為提高主干路上橋梁結構的耐久性、行車舒適性，經方案比較，盾構范圍內的跨線橋上部結構采用了簡支變連續(xù)小箱梁結構形式?？紤]景觀性，對小箱梁連續(xù)形式和相應的橋墩結構進行了有蓋梁多支撐（見圖5）和無蓋梁少支撐（見圖6）2 種結構方案比選。

圖5 有蓋梁多支撐結構圖

圖6 無蓋梁少支撐結構圖

有蓋梁多支撐結構為常規(guī)結構。無蓋梁雙支撐結構橫梁受力較復雜，設計難度稍大，但避免了大體量蓋梁結構對整體外形的不利影響，保證了全橋下部結構的一致性，使環(huán)境敏感地區(qū)、復雜建設條件下的橋梁結構能有較好的整體景觀效果，因此選為本工程推薦方案。

連續(xù)梁單孔跨徑18 m，每孔橫斷面上布置2 片預制小箱梁邊梁和5 片預制小箱梁中梁，各片小箱梁通過現澆鋼筋混凝土橋面板橫向連接成整體，通過墩頂處的后澆端橫梁和中橫梁使其縱向連成連續(xù)結構。端橫梁厚0.96 m，中橫梁厚1.6 m，邊梁頂板寬3.428 m，懸臂1m，中梁頂板寬2.576 m，底板寬均為1.5 m。每片小箱梁梁高1.4m ，每處橫梁底設置2 個支座，支座間距15 m。小箱梁和橫梁按A 類預應力混凝土構件進行設計，在最不利荷載效應作用下，持久狀況下的承載能力、抗裂性能、混凝土壓應力、結構剛度，以及短暫狀況下的混凝土正應力等，均滿足規(guī)范[2]要求。

3.4.2 橋梁下部結構橋墩立柱外形與車站區(qū)間結構保持一致。

盾構區(qū)間內西側引橋部分的橋墩基礎，采用φ800 mm 的鉆孔灌注樁，為減少沉降，滿足地鐵盾構結構對橋梁的沉降要求，以第⑦2 層粉砂層為樁端持力層，并進行樁底注漿；在樁位布置時考慮了樁與地鐵盾構間凈距不小于3 m 的地鐵保護要求。

受樁基布置限制，承臺采用“王”字形結構，系梁尺寸為2 800 mm×4 000 mm。由于承臺位于盾構上方并騎跨盾構，使承臺結構受力較為復雜，采用鋼筋混凝土結構設計計算。考慮到同一墩位處3 個承臺不均勻沉降會對系梁產生不利影響，在承臺頂、底緣處各設置通長預應力束，作為承臺系梁的抗裂措施，保證結構的耐久性。承臺構造尺寸見圖7。

圖7 承臺構造圖

為滿足地鐵運營單位對結構上方零增荷載的要求，橋頭采用EPS 路堤處理，避免臺后荷載增加和不均勻沉降，保證了主干路的行車舒適性。另外，對侵入輔道的橋梁承臺上方路面基層采用連續(xù)配筋混凝土結構的特殊設計，避免承臺周圍路基不均勻沉降。

3.5 抗震設計

在車站已處于運營的條件下，為保證結構能有較好的整體抗震性能，根據不同的抗震設防目標對延性抗震和減隔震抗震進行多方案比較。經過詳細的抗震分析，全橋采用了雙曲面球鋼減隔震支座，通過減隔震設計減小橋梁結構對車站結構的地震作用，以提高站橋合建工程的抗震安全性。

工程抗震設防水準和抗震措施均依據城市橋梁抗震設計規(guī)范，采用全橋抗震分析計算模型。樁基采用具有6 個自由度的彈簧對其進行模擬，剛度系數由m 法確定。與地鐵車站相連的墩柱邊界條件偏于保守地采用固結模擬。

工程的抗震設防烈度為7 度，地震動峰值加速度A 為0.1g，設計地震分組為第1 組，場地類型為Ⅳ類，場地特征周期Tg為0.65 s，橋梁結構阻尼比取0.05。在E1 地震作用下，橋梁結構尚處于彈性工作階段，其地震作用響應采用反應譜分析方法計算。在E2 地震作用下，支座抗剪銷被剪斷，其地震作用響應采用時程分析方法計算。經驗算，全橋橋墩立柱、支座、樁基在E1、E2 地震作用下均滿足規(guī)范[3]要求。

4 結 語

本工程采用橋梁與地鐵地下車站合建形式。雖然工程邊界條件不斷變化，使跨線橋設計周期長、設計難度較大，但因精心合理的設計方案和技術措施，工程僅用半年時間即建成通車，獲得了良好的社會效益。站橋合建設計方案有效節(jié)約了建設用地，降低了建設費用，為今后土地資源愈發(fā)緊張的類似城市基礎設施建設提供了較好的示范案例。