城市轨道交通高架桥整孔箱梁预制架设方案初探
摘 要:城市轨道交通高架桥当前国内普遍采用满堂支架现浇法施工,结合津滨轻轨工程提出一种新型的施工方法即预制架设整孔箱梁方法,并对其进行简要介绍和探讨。关键词:城市轨道交通; 高架桥; 箱梁; 预制架设
为解决我国大中城市交通日益拥挤的状况,城市轨道交通建设正在迅猛发展。在已建和拟建的城市轨道交通项目中高架轨道占有比较大的比例,如上海明珠一期高架正线为21. 5 km , 占全线线路长度的86 % ; 大连轻轨三号线高架21. 57 km , 占全线线路长度的43. 9 % ; 天津津滨轻轨一期高架39. 7 km(折合双线42 km) ,占全线线路长度的87 % ; 上海莘闵线基本全为高架,长16 余km ; 北京八通线高架10. 1 km , 占全线线路长度的53 % 。随着轨道交通建设由市区向郊区延伸及未来城郊铁路的发展,将会有越来越多的轨道交通高架桥被建成。为优质高效地建设好该类工程,确定科学、合理、经济的高架桥常用跨度梁施工方法至关重要。
1 国内轨道交通高架桥施工方法现状
目前,我国城市轨道交通通常采用轮轨式,按一次双线设计,线间距一般为3. 6～3. 8 m , 桥梁宽度在9 m 左右。现将国内各设计院通常提出的各种普通梁跨的设计施工方案汇总如表1 所示。
表1 常见普通梁跨设计施工方案
在建的北京地铁八通线全长约19 km , 桥梁总长10. 1 km ,85 % 的桥梁采用集中预制工字形梁,汽车吊架设后浇筑整体桥面板,形成简支叠合梁的结构型式与施工方案,每孔梁由4 片工字形梁与现浇桥面叠合层组成,常用跨度为25 m 。
国内已建和在建的其他项目中主要采用简支或连续箱梁,如上海明珠线一期主要采用30 m 跨简支箱梁;大连轻轨三号线、天津津滨轻轨、天津地铁一号线、武汉轻轨等主要采用25 m 跨连续箱梁。箱梁结构以单箱单室或单箱双室为主,梁部均采用满堂支架现浇法施工。
2 预制架设整孔箱梁方法的可行性
目前,在城市轨道交通高架桥建设中,由于箱梁结构具有较好的整体受力性能和美观性等优势正被广泛采用。箱梁施工普遍采用的满堂支架现浇法虽然比较成熟、可靠,但也存在许多弊端。在天津津滨轻轨工程设计中提出预制架设简支箱梁方案,经过研究,认为该设计方案是可行的。
预制架设整孔箱梁施工方案,在桥位旁设置制梁厂,运用运、架梁设备,架桥和运梁过程均在桥上运行, 不占用地面道路。这种施工方法已在国内时速达250 km 的秦沈铁路客运专线上运用,如照片1 、照片2 所示。
城市轨道交通高架桥通常分为两类,一类为有碴桥,另一类为无碴桥。对于有碴桥,架梁时梁顶平整, 桥上运梁比较方便,运梁设备既可采用轮胎式,亦可采用轮轨式。而对于无碴桥,由于梁上有许多承轨台的预埋钢筋,采用轮胎式运梁设备比较困难,可采用在箱梁两腹板处无预埋钢筋的地方铺设两临时钢轨;采用轮轨式运梁设备沿钢轨运行,可以避免与预埋钢筋干扰,避免损坏预埋钢筋,这是安全可靠、切实可行的。
通常25 m 跨单箱单室箱梁自身质量约300 余t ,1 孔梁梁体设计承载能力一般不能承受1 孔梁体和运梁车载荷。所以运梁时,运梁设备的载荷分布需分散至前后2 孔梁上。在小半径、多线桥、变宽桥等特殊地段需结合实际情况具体研究,预制架设整孔箱梁可能受到限制。
图1 运架分离式架桥设备
间,全年架桥机工作10 个月,实际平均日架设进度为0. 83 双线孔(秦沈铁路客运专线预制架设510 t 箱梁, 最高架梁纪录为4 孔/d , 其运距为2 km) 。
(2) 运架设备的购买价按1 800 万元计列,年折旧费按360 万元计。
(3) 运架设备的安拆运输1 次按周期1 个月计。预制架设25 m 跨简支箱梁和现浇连续箱梁的经济比较结果如表2 所示。
根据经济性分析,当桥梁长度超过3 km 时,预制架设简支梁将比现浇连续箱梁工程投资省,且随着桥梁长度的增加,其工程投资将越来越低。一般来讲,桥梁长度在7～10 km 设置一座制梁场是最为经济的。
表2 预制、现浇连续箱梁经济比较
图2 吊运架一体式架桥设备
3 预制架设整孔箱梁施工方法的主要特点
(1) 梁体制作精度高,质量容易控制。由于采用了在制梁场进行预制的方法,通过精确制造的箱梁外模和内模浇筑混凝土箱梁,混凝土箱梁的外形尺寸很容易保证。由于在制梁场工作,各种尺寸定位也容易控制,并便于实测。当箱梁养护完毕,并完成张拉工作后,可通过相应试验检验梁体。
(2) 集中制梁,可以提高生产效率,降低施工成本。
(3) 梁上运梁利于质量检验,由于在已架设的梁体上进行运梁工作,实际上对已架设梁体进行了承载能力检验,这样就会促使施工单位对梁体质量和支座安装进行更加严格的控制。
(4) 节省成本,现浇法施工其钢模板利用率低,并消耗许多木模板,相应地增加了一些隐性建设成本。
(5) 对施工现场周边的交通及环境的影响小。
(6) 预制架设法是一种比较先进的施工方法,机械化程度高,是未来桥梁建设的发展方向。
4 实现预制架设整孔箱梁方案的相关要求
(1) 通常情况下,在城市轨道交通高架结构建设中车站和特殊工点桥施工相对滞后且工期较长,长段桥梁被分隔为若干独立的段落。为解决这一矛盾,高架车站可采用站桥分离式结构; 若采用站桥合一的结构形式则同特殊工点桥一样,需合理安排其建设工期,提前开工,为运梁车通过创造条件。
(2) 由于运架设备需要一定的净空,因此,沿线需拆改的架空线缆在架梁前要拆改完毕。
(3) 实现预制架设方案要制定周密的施工组织设计,并严格按照计划实施,这就要求整个建设项目需要有充分的前期准备工作。
(4) 需要有配套的运架设备。目前,尚未有适用于城市轻轨桥梁建设所需的成套运架设备成品,但国内外多家设备厂商拥有该类设备的设计和制造能力。与所需设备相比,更高吨位的多款运架设备已在我国秦沈铁路客运专线上得到成功运用。当前已有企业设计了该类设备,只要市场需要,成套设备成品的供应将不成问题。
6 结语
(1) 采用预制架设整孔箱梁在技术上是可行的。制梁场的布置要考虑小曲线半径、车站、特殊桥跨结构的布局和低净空建筑物的要求。
(2) 当桥梁长度在3～10 km 时,预制架设要比满堂支架现浇造价低,且桥梁越长投资越低。
