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        云巴膠輪有軌電車橋梁總體設(shè)計(jì)

        2022-12-27 00:13:22延力強(qiáng)陳繼太林兆宗
        現(xiàn)代城市軌道交通 2022年12期
        關(guān)鍵詞:橋梁設(shè)計(jì)

        延力強(qiáng),陳繼太,林兆宗

        (中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津 300308)

        1 概述

        云巴膠輪有軌電車(簡(jiǎn)稱云巴”)是隨著新技術(shù)的發(fā)展而涌現(xiàn)出的新型軌道交通出行方式,是通過對(duì)傳統(tǒng)膠輪導(dǎo)軌系統(tǒng)進(jìn)行小型化研發(fā)而產(chǎn)生的低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。列車最大長(zhǎng)度為75 m,運(yùn)輸能力為5 000~12 000 人次/h,路權(quán)型式為全封閉,敷設(shè)方式以高架為主,設(shè)計(jì)最高速度為60~80 km/h。

        云巴車輛搭載無人駕駛系統(tǒng)、深度集成的綜合調(diào)度系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)等高科技配置,具有建設(shè)成本低、建造周期短等諸多優(yōu)勢(shì),可廣泛應(yīng)用于大中城市主要交通線路、超大型城市交通加密線,為居民提供更智能、舒適、便捷的出行服務(wù),助力城市公共交通系統(tǒng)升級(jí)。目前,國(guó)內(nèi)的云巴項(xiàng)目主要集中在深圳、重慶、天津、長(zhǎng)沙、貴陽、西安等城市。文章將結(jié)合深圳市某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目,系統(tǒng)介紹云巴膠輪有軌電車橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及創(chuàng)新。

        2 工程概況

        深圳市某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目線路全長(zhǎng)8.8 km,采用高架敷設(shè)方式,設(shè)站11座,其中換乘站3座;最大站間距1.35 km,最小站間距0.45 km,平均站間距0.81 km,橋梁占比95%,平面示意圖見圖1。

        圖1 云巴膠輪有軌電車線路平面圖

        2.1 自然條件

        (1)地形與地貌。深圳市位于廣東省中南部沿海珠江三角洲平原。全境地勢(shì)東南高,西北低。大片區(qū)域地形以低山丘陵為主,間以平緩的臺(tái)地,西部為濱海平原。

        (2)氣候條件。深圳市氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)氣候,熱量豐富,日照時(shí)間長(zhǎng),雨量充沛。年平均氣溫22.5℃,月平均氣溫1月最低,為14.9℃,7月最高,為28.3℃。年平均風(fēng)速2.6 m/s,極端條件下最大風(fēng)速40 m/s。

        (3)工程地質(zhì)。沿線表層為第四系覆蓋層,主要分布有素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、中砂、粗砂、礫砂、圓礫土卵石土。基巖主要為花崗巖、砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等。

        2.2 建設(shè)條件

        該項(xiàng)目分別跨越坪山河、赤坳河。線路主要沿坪山區(qū)路中敷設(shè),路網(wǎng)密集,與龍坪路、丹梓西路、坪山大道、蘭竹路、東縱路等市政道路交叉約35處。

        跨越的城市軌道交通線路主要有深圳市軌道交通14號(hào)、16號(hào)、21號(hào)線。

        與線路交叉的市政管線種類較多,主要有給(排)水管道、燃?xì)夤艿?、電力管線等。

        2.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)線路等級(jí):云巴交通系統(tǒng)。

        (2)列車最高行駛速度:80 km/h。

        (3)列車編組:比亞迪4輛編組。

        (4)線路標(biāo)準(zhǔn):雙線,標(biāo)準(zhǔn)線間距為3.2 m,平面最小曲線半徑30 m,最大坡度80‰。

        (5)抗震設(shè)防烈度:Ⅶ度,動(dòng)峰值加速度0.1g。

        (6)設(shè)計(jì)使用年限:橋梁主體結(jié)構(gòu)為100 年,鋼結(jié)構(gòu)防腐體系為15 年。

        (7)車輛設(shè)計(jì)荷載:超載軸重70 kN,車輛設(shè)計(jì)荷載見圖2,圖中P代表車輛軸重。

        圖2 云巴車輛設(shè)計(jì)荷載圖示(單位:kN)

        3 常規(guī)軌道梁設(shè)計(jì)

        云巴橋梁及軌道合二為一,車輛采用內(nèi)嵌式走行模式,走行輪位于導(dǎo)軌梁兩側(cè)窄箱梁頂面,導(dǎo)向輪位于箱梁內(nèi)側(cè),箱梁頂板向內(nèi)側(cè)伸出130 mm,可阻擋導(dǎo)向輪,防止列車傾覆。在2個(gè)窄箱之間橫梁上敷設(shè)鋼網(wǎng)片作為疏散通道。走行輪、導(dǎo)向輪與軌道梁相對(duì)關(guān)系見圖3。

        圖3 轉(zhuǎn)向架與軌道梁相對(duì)關(guān)系圖

        常規(guī)軌道梁從材料方面考慮,可采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu),從結(jié)構(gòu)體系方面考慮,則可選擇簡(jiǎn)支梁體系和連續(xù)剛構(gòu)體系。選擇合理的材料和結(jié)構(gòu)體系,有利于縮減施工工期,降低施工難度、造價(jià),減小對(duì)環(huán)境的影響。2組標(biāo)準(zhǔn)梁材料與結(jié)構(gòu)體系具體對(duì)比結(jié)果見表1、表2。

        表1 標(biāo)準(zhǔn)梁材料比選

        表2 標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)體系比選

        3.1 標(biāo)準(zhǔn)梁材料比選

        由表1可知,鋼結(jié)構(gòu)橋梁重量輕,便于運(yùn)輸?shù)跹b,現(xiàn)場(chǎng)施工步驟簡(jiǎn)單,容易控制結(jié)構(gòu)精度,沿線橋墩較矮,且能降低運(yùn)營(yíng)期間的鋼梁維護(hù)難度。因此,推薦采用鋼結(jié)構(gòu)軌道梁。

        3.2 標(biāo)準(zhǔn)梁結(jié)構(gòu)體系比選

        從優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力,增大跨徑,減少支座、伸縮縫工程量及維護(hù)工作等方面出發(fā),該項(xiàng)目采用連續(xù)體系橋梁。又考慮到連續(xù)剛構(gòu)存在聯(lián)間墩景觀效果一般、梁體線形調(diào)整較難等問題,該項(xiàng)目最終采用連續(xù)梁方案。

        3.3 墩型設(shè)計(jì)

        橋墩應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。就設(shè)計(jì)目標(biāo)而言,橋墩造型的設(shè)計(jì)應(yīng)不但能避免荷載作用下的過大位移,還能使上、下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致,輕巧美觀,以和諧融入城市環(huán)境。橋墩類型通常有T形墩、Y形墩、花瓶墩等基本型式,墩柱主要有矩形,圓形等截面。各方案橋墩設(shè)計(jì)見圖4、圖5、圖6。

        圖5 橋墩方案2

        圖6 橋墩方案3

        從結(jié)構(gòu)受力、景觀效果等角度考慮,結(jié)合深圳當(dāng)?shù)靥厣?,該?xiàng)目決定采用圖4所示的橋墩設(shè)計(jì)方案,即六面T型墩方案。

        圖4 橋墩方案1

        4 特殊大跨橋梁設(shè)計(jì)

        4.1 大跨連續(xù)鋼梁

        為跨越市政道路、高速公路、河流,采用主跨為40~60 m的三跨連續(xù)鋼梁,采用單箱單室截面,箱寬為1.7 m,箱梁上設(shè)置走行板及導(dǎo)向板??缍萀在滿足40 m≤L<60 m時(shí),主跨為等高截面,邊跨沿縱向?yàn)榫€性變高截面;跨度L= 60 m時(shí),梁高沿縱向按二次拋物線變化。梁體實(shí)景見圖7。

        圖7 連續(xù)鋼梁橋?qū)嵕?/p>

        鋼梁在梁廠分節(jié)段加工預(yù)制,運(yùn)到橋位處進(jìn)行吊裝拼裝,以減小對(duì)市政交通的影響,縮短施工周期。鋼梁的橋面即車輛的走行面,鋼梁的線型除滿足線路平面曲線、豎曲線、超高等要求,還應(yīng)滿足預(yù)拱度要求。因此,鋼梁制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量要求較高。不同跨度連續(xù)鋼梁主要指標(biāo)見表3。

        表3 連續(xù)鋼梁主要指標(biāo)

        4.2 65 m 簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋

        線路沿荔景南路跨越蘭竹西路,雙向六車道,路面寬47.5 m。結(jié)合橋梁景觀及受力行為,采用65 m簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋方案。

        65 m拱橋采用縱橫梁、整體橋面板體系。縱梁梁高1.6 m,在縱梁端部局部加高至2.5 m;縱梁橫斷面為倒梯形,上部寬1.7 m,下部寬1.4 m,上方設(shè)鋼軌道梁,鋼軌道梁通過支座與主梁連接。全橋共設(shè)12道橫梁,兩端橫梁梁高1.7 m,寬4.4 m;中橫梁共10道,高0.5 m,寬2.0 m。橋面板采用整體橋面板,板厚0.25 m。

        主梁現(xiàn)澆完成后,在梁上搭支架安裝鋼拱肋。拱肋采用獨(dú)拱(1片拱肋),布置于橫截面中心處。拱肋矢高7.9 m,矢跨比為1 : 8,采用二次拋物線。拱肋橫斷面采用圓端形鋼管混凝土截面,截面高度為1.2 m,寬度為0.8 m,由24 mm的鋼板卷制而成。拱橋?qū)嵕皥D見圖8。

        圖865 m獨(dú)肋拱橋?qū)嵕皥D

        4.3 98 m 簡(jiǎn)支雙肋拱橋

        線路沿行政一街延伸跨越規(guī)劃坪山大道,坪山大道雙向12車道,路面寬100 m,坪山大道地下敷設(shè)深圳市軌道交通14號(hào)線及城市綜合管廊,拱橋橋墩分別設(shè)置于坪山大道的側(cè)分隔帶處。綜合考慮橋梁景觀及受力行為,采用98 m簡(jiǎn)支雙肋拱橋方案。

        98 m拱橋橫橋向共設(shè)2道縱梁,橫向中心間距為9.8 m,采用橫梁和平聯(lián)聯(lián)結(jié)。單個(gè)縱梁采用單箱單室結(jié)構(gòu),箱高1.8 m。在縱梁之間間隔8 m設(shè)置箱形橫梁,縱梁之間設(shè)交叉形平聯(lián)。

        橫橋向設(shè)置相互平行的2個(gè)拱片,橫向間距為9.8 m。立面上每個(gè)拱片設(shè)上、下2道拱肋,上、下拱肋均采用箱形截面,高0.8 m,寬0.9 m,二次拋物線線形,上拱肋矢跨比為1 : 5,下拱肋矢跨比為1 : 5.6。

        上拱肋每個(gè)吊桿的兩隔板之間設(shè)置吊桿錨箱,錨箱設(shè)在拱肋內(nèi)。吊桿間距為8 m。

        拱肋沿順橋向設(shè)5道橫撐,橫撐桿間距16 m。下拱肋間均為一字橫撐,上拱肋除拱頂設(shè)一字撐外,另外4道為K形撐,對(duì)稱設(shè)置。拱橋?qū)嵕皥D見圖9。

        圖998 m雙肋拱橋?qū)嵕皥D

        5 結(jié)論

        本文依托某云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目,通過從標(biāo)準(zhǔn)梁材料、結(jié)構(gòu)體系、橋墩造型等方面進(jìn)行比選,分別提出推薦的方案。為跨越城市主干路、高速公路、鐵路、河流等特殊工點(diǎn),提出主跨為40~60 m的三跨連續(xù)鋼梁、65 m簡(jiǎn)支獨(dú)肋拱橋、98 m簡(jiǎn)支雙肋拱橋等多種橋梁方案。涉及的多種特殊橋梁方案在國(guó)內(nèi)均是首次嘗試,攻破多項(xiàng)技術(shù)難關(guān),為云巴膠輪有軌電車項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)的推廣鋪平道路。下階段將主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)制加工工法開展研究,研發(fā)出通用性預(yù)制模板,從而降低工程造價(jià),為常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。

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