結合津濱輕軌淺談城市輕軌橋梁設計特點
摘 要:通過津濱輕軌橋梁設計,提出了城市輕軌橋梁設計的特點,介紹設計人員針對這些特點所做的大量工作,采用先進技術,使橋梁設計滿足了技術標準高、景觀效果好的要求,為城市軌道交通的橋梁設計提供有益的經驗。關鍵詞:津濱輕軌; 城市輕軌橋梁; 設計特點近年來,城市輕軌作為現代城市交通工具,已被越來越多的城市所接受,天津的津濱輕軌也于2000 年開始設計,2001 年破土動工,預計2003 年10 月建成通車。根據津濱輕軌的設計情況,重點介紹城市輕軌橋梁設計的一些特點。
1 橋梁設計更注重美學效果
“ 橋是跨越障礙的通道”。這是美國最權威的韋氏大詞典對橋梁一詞所下的最簡短的定義。遠古的人類為了狩獵、運輸、遷移就需要修建原始的橋梁;今天,橋梁已和人類的生活密切相關,橋梁不僅是交通系統的重要組成部分,而且常常是一種標志性建筑物。作為現代化城市,城市輕軌不僅僅是城市交通的基礎設施, 而且是城市品牌和城市特色的一部分。
在津濱輕軌設計中,對橋梁的美學效果較一般鐵路項目提出了更高的要求,給予了更多的關注。“修一條輕軌,建一條風景線”在津濱輕軌項目中得到較好的體現。津濱輕軌跨越津塘公路、新港四號路、京山鐵路、河北路,本著一個工點一個景觀的原則,展開了方案研究,其中既有簡潔明快的雙壁墩連續剛構方案,也有雄偉壯觀的獨塔斜拉橋方案,也有輕盈飄逸的網狀系桿拱方案,最后根據建設單位要求和專家論證意見主要采用了簡潔明快的連續剛構方案。此方案不僅使橋梁較好地與周圍環境融合,也遵循了實用、經濟、安全、方便施工的原則。跨京山鐵路、河北路等由于客觀條件限制,采用了鋼混結合梁,結構上無法體現出更多的美學效果,但在涂裝上考慮要體現出現代色彩。在一般區間強調結構簡潔,線條流暢,風格統一;橋梁的平面、立面、梁底輪廓都呈現柔和的曲線。橋墩做成輕巧的獨柱墩,墩帽的流線形與梁達到了完美的和諧。
我國對橋梁設計強調實用、經濟、美觀的原則與國外的“3E” 即功效(Efficiency) 、經濟(Economy) 和優美(Elegance) 三要素是一致的。隨著城市向前發展,城市輕軌橋梁的美觀將顯得更為重要,這使得在今后的城市輕軌設計中應更加注重美學效果,最好有建筑師的參與,使城市的這道風景線更加靚麗。
2 橋梁設計的技術標準要求更高
隨著生活水平的提高,城市輕軌不僅僅是代步工具,人們對其舒適性也提出更高要求。目前,城市輕軌一般要求有較高速度、較好的線路條件、盡可能地減小對環境的干擾,所以大多數城市輕軌采用無縫線路,減少噪聲;采用無碴軌道,減少維修養護工作量。目前, 城市輕軌最高時速可達到120 km , 設計最高時速與線路長短、車站的配置、行車的安排有著密切的關系。設計最高時速的確定應根據綜合經濟比選的結果來定, 我國城市輕軌一般采用最高時速80～100 km 。由于城市輕軌有以上的技術要求,導致了橋梁設計的標準較一般鐵路高。
考慮噪聲的影響,津濱輕軌全線橋梁主要采用了混凝土圬工結構,部分橋梁由于長鋼軌作用力的作用使制動橋墩尺寸過大,和其他橋墩尺寸有較大差別,影響了美觀效果。經過收集資料并分析研究,決定采取措施讓非制動墩分擔部分水平力,使得橋墩更加輕巧, 尺寸統一,外形美觀。津濱地區軟土分布廣泛,基礎的工后沉降不僅量大,而且沉降發展期較長; 另外,津濱輕軌廣泛采用預應力混凝土梁,將不可避免地產生不容忽視的徐變變形。因此,需要對工后沉降、預應力混凝土梁的徐變上拱嚴格控制。設計要求軌下承軌臺在梁部施工半年之后方可澆筑,以使徐變變形大部分完成,橋墩不均勻沉降小于1 cm , 梁部徐變上拱也小于1 cm ; 并安排觀測試驗,試驗成果用于指導設計和施工。
我國目前在建的城市輕軌的技術要求都較高,以后規劃要建輕軌的城市標準也不可能太低,津濱輕軌橋梁的設計可為以后的城市輕軌橋梁設計提供經驗參考。
3 橋梁設計孔跨式樣繁多
輕軌鐵路穿行于城區,由于城市道路縱橫交錯,地下各種管網密織,造成輕軌線路的控制點很多。為跨越這些控制點,勢必引起非常規孔跨繁多,基礎設計也因條件限制很難采用統一標準,這樣就造成橋梁不能很好地實現標準化設計,設計工作量自然就加大許多。
津濱輕軌全線梁跨式樣共有97 種,其中為跨城市主干道、高等級公路、鐵路以及特殊地段而設的特殊梁型有19 種,包括連續剛構、鋼混結合梁、異形梁等;一般地段有78 種,包括有碴橋面雙線橋、無碴橋面雙線橋、無碴橋面單線橋,全線橋墩設計時尺寸盡量統一。即使這樣,橋墩樣式依然很多,其中包括框架墩、異形墩等。
4 橋梁設計要求對施工考慮更加周全
城市輕軌為了減少對地面道路的干擾,減少占地,一般多采用高架結構,橋梁所占比重很大,橋梁的施工也成為一個更加值得注意的問題。城市輕軌橋梁的施工,一般場地有限,運輸通道不暢,要求施工作業時間短,對正常的城市生活干擾小。通過總結津濱輕軌的經驗,能為以后的城市輕軌的建設找出更合理的施工方法。津濱輕軌設計時,對施工方法作了充分的考慮,根據本線特點采用合理施工方法。為了躲避地下管網, 減少改移工程,減少對既有路面破壞,多處基礎進行了非標準設計,采用了異形基礎;在少數地段采用了框架墩,同時對梁部施工方案進行了深入研究。
(1) 架橋機架梁
架橋機架梁適用于預制梁的架設,主要優點是架梁速度快,利用已建好的路基和橋梁作為運梁通道,不需要單獨的施工場地。由于津濱輕軌采用承軌臺支承軌道的方式,橋面上有大量的預埋鋼筋,加上其他附屬設施的預埋件,導致架橋機在橋面上行走非常困難;另外,全線施工分12 個標段,控制工點多,導致架梁區段短,不能發揮架橋機的優勢;同時,因本線梁型繁多,不適合標準化預制,所以津濱輕軌沒有采用架橋機架設。
(2) 汽車吊裝架梁
汽車吊裝架梁適用于預制梁的架設,主要優點是架梁速度快,設備簡單,但需要有運梁通道,受起重能力限制,梁不能太重。津濱輕軌兩端穿行于城區,沒有建制梁廠的條件,也沒有合適的運梁通道,區間有條件汽車吊裝架梁,也有條件滿堂灌筑施工,而后者更經濟。本線對美觀要求較高,雙線整體箱梁是首要選擇, 箱梁較重,每孔雙線梁重約2 000 kN , 不適合汽車吊裝架設;另外,本線梁型繁多,不適合標準化預制。
(3) 滿堂支架現澆施工
津濱輕軌梁部施工主要采用了滿堂支架現澆施工,雖然采用這種施工方法施工周期長、占用施工場地時間長,但項目自身特點決定了采用此種施工方法最為適宜。混凝土連續梁適合滿堂支架現澆施工,加上它有行車條件好、結構本身經濟合理、有較好的美觀效果而被本線采用。對于多聯預應力混凝土連續梁,考慮預應力束張拉和錨固,還專門設計A 、B 、AB 型梁。但在跨越主要的城市干道、公路、鐵路時不能采用滿堂支架現澆施工。在跨越津塘公路、新港四號路采用了大跨度連續剛構,用架空模架施工;在跨越京山鐵路和河北路采用了大跨度簡支鋼混結合梁,用縱向拖拉法施工。津濱輕軌沿線的道路、建筑和空中網線距線路很近,設計時針對這些情況都做了相應的施工防護設施。
原作者：李洪志
