摘 要 以成都地铁 2 号线东延线设计为例,探讨地铁高架标段线路平纵断的确定以及高架区间常用工法,并重点探讨桥梁预制架设工法的配套梁场设计和造价分析。
关键词 高架工程 线路平纵断 高架区间工法 预制梁场设计 造价分析
成都地铁 2 号线始于郫县的犀浦站,止于龙泉的龙泉东站,线路全长约 41. 895 km,共设 32 座车站。其中地下站 28 座,高架站 4 座。其中,本单位负责 2 号线东延线 TJ1 标段,始于老成渝路北侧的经干院站,经林家大堰、龙泉西、东风渠 3 座高架车站,跨东风渠、东干渠后逐渐入地至洞口结束,起终点里程为 YDK44 +350 ~ YAK50 + 840,总计 3 座高架站,4 个高架区间及过渡段,标段总长 6 490 m,高架区间长度为5 294 m。该标段的勘测设计工作,涉及测量、地勘、物探、线路、建筑、结构、桥梁、路基、U型槽、通风、给排水、动照、电力迁改、工经、环保等十余个专业。高架标段是地铁工点设计项目中,涉及专业最广的项目,牵扯周边协调最多的项目。在设计过程中,涉及了线位确定、区间工法及梁场设置等几个较大的方案确定,其分析对比过程如下所述。
1 高架标段线路平纵断的确定
( 1) 线路平面的确定( 路中、路侧)
城市轨道交通高架标段设计,首先确定线路走向。而对线路走向影响最大的是线路与道路的关系,在道路条件允许的情况下,应优先采用路中敷设。路中敷设具有如下优点: ①减少对沿地铁线路土地利用和区域开发影响: ②减少高架结构对城市景观的影响,降低对视觉障碍和视觉心理上的空间分割。③减少对生态环境的影响,主要表现在噪声、振动、电磁辐射等 3 方面。
国内的设计惯例,道路红线宽度 40 m 以上,即具有路中架空设置地铁线路条件。成都地铁 2 号高架段与龙工北路西延线共线 4.2 km,龙工北路原规划红线宽 40 m,经与规划沟通后道路红线调整为50 m宽,最终确定为沿路中设置。
( 2) 线路纵断的确定( 落地、架空)
不同的线路平面,直接影响车站形式和线路纵断面。对于路侧方案,由于需要单独占用地块,有条件将车站用房落地布置,车站可做成两层车站,高架区段的轨面高程可以相应降低,条件允许的情况下也可做成地面车站。北京市轨道交通昌平线、亦庄线高架车站多为典型的路侧落地车站。落地方案具备采用建桥分离的结构体系条件,可简化结构体系,方便施工,降低造价。
对于路中方案,道路红线和路中绿化带宽度是控制车站形式的主要因素。按照国内经验,路中绿化带宽度10 m 以上,具有落地设置双柱墩及无人值守的变电所条件,如深圳市地铁三号线育马场站,北京地铁昌平线巩华城站。路中绿化带宽度 15 m以上,具有落地设置设备管理用房的条件。但路中绿化带过宽,道路在车站范围渠化较多,影响道路交通,同时要增加整体市政道路的红线、绿线宽度,增加用地,失去了路中设置高架站的优点。故路中10 m以上的绿化带一般很少采用。路中方案受占地宽度限制,只能采用建桥合一结构体系,需按民建和桥梁两种计算模式进行计算,节点处理较为复杂,施工要求较高,造价稍高。
成都地铁 2 号所处的龙工北路西延线,从节约用地的角度出发,路中绿化带规划宽度为 5 m,两侧设置双向 8 车道的机动车道,红线宽 50 m,绿线宽80 m,故本线采用路中单柱墩架空设置的高架车站,并以满足梁下道路净空不小于 5. 5 m 的要求,从而确定车站及区间高度。( 见图 1)

2 高架区间设计注意事项
高架区间与地下区间最大区别主要有三点,一是工法,二是与道路的协调,三是预制构件的制运架。
2. 1 高架区间的工法
高架区间主要由桥梁区间、路基区间及过渡段组成,其中从地下区间洞口段到轨面标高与路面相同段采用 U 型槽过渡段,轨面标高自路面标段至高于路面 4 m 段采用路基段及路桥过渡段,4 m 以上采用桥梁区间。
桥梁区间工法主要有预制简支梁体系和现浇连续梁体系两种工法。
预制简支梁体系具有如下优点: 整体架设、预制拼装; 施工进度快; 施工难度小; 基础适应性强;全线下部桥梁景观成熟、稳重; 整体景观好; 对周围环境的破坏小; 可批量生产、工程造价较低。但整体性稍差,刚度较小,抗振动能力较差,接缝多,需通过无缝线路设计解决舒适性问题。
现浇连续梁体系具有如下优点: 需采用支架现浇、桥梁整体性好,刚度较大,抗振动能力强,行车舒适度高。但但现场工作量大、需进行脚手架下部地基处理、施工难度较高; 对基础不均匀沉降要求较高; 对周围环境的破坏大; 工程造价略高。
通过综合比较,结合本线特点、线路长度、无缝线路对桥梁刚度的要求、施工方法、技术经济、桥梁美学以及环境保护等,特别是该地区地形起伏大,不均匀沉降相差大,以及后期维修方便换梁、换支座考虑,推荐区间标准梁采用简支梁结构体系,个别位于小半径曲线上、特殊节点桥梁,采用连续梁结构体系。
对于采用连续梁结构体系的节点桥梁,根据场地条件的限制采用不同的施工方法,在跨越既有道路、规划道路、铁路和河渠时,受交叉条件以及桥下行车需要等因素制约,为减少对既有道路( 铁路、河道) 以及规划路的影响,尽可能采用一跨跨越,并考虑悬灌施工方法。对具备落地施工的节点桥采用支架现浇施工方法。
2. 2 高架区间与道路的协调
高架区间与地下区间最大的区别,就在于现场用地协调工作量较大。对于路基段和 U 型槽段,必须完全占地设置,路基段占地范围为路基护坡外侧排水沟边,U 型槽段为边墙外侧路缘石边,本次设计路中设置的路基及 U 型槽均预留了 15 m 绿化带宽度。
桥梁区间柱墩设置在路中绿化带中,梁下高度要满足道路通行的净空要求,需特别注意的是跨路口位置,根据路口宽度和路中设置柱墩条件和路口两侧,采用不同的跨距,同时路口两侧由于左转车辆视线和渠化的要求,柱墩也需相应后退红线。如调整后柱距大于 30 m,则需采用现浇连续梁体系,并需调整两侧相邻的柱跨作为配跨。按照本次设计经验,每延米连续梁体系桥梁造价较简支梁体系需增加 1 万元左右,跨越 30 m 红线宽度路口,需采用30 m +40 m +40 m +30 m 的连续梁,一个路口增加造价 100 万元左右,路口协调对区间的造价影响较大,高架区间设计需特别注意,尽早稳定路口。
2. 3 高架区间预制构件的制运架
成都地铁 2 号线高架段,采用单箱双室双线采用预制梁架设的高架标段,需特别注意预制梁场的设置。本标段桥梁,共设计 30 m 跨预制梁 110 孔,25 m 跨 26 孔,非标跨 3 孔。箱梁主要技术参数如下:
( 1) 箱梁断面底宽 4.7 m、顶宽 9.5 m、梁高1.8 m、翼板宽 2.0 m。
( 2) 30 m 箱梁砼方量 159.0 m3、梁体重417.3 t; 25 m 箱梁砼方量 136. 0 m3、梁体重357. 0 t。
( 3) 箱梁砼强度等级为 C50。
( 4) 箱梁钢筋采用 HPB235 及 HRB335 级别的钢筋。
( 5) 箱梁采用轻轨桥梁盆式橡胶支座。
本标段高架区间沿线大部分地区为农田和果园,预制厂地可采用临时租用场地,根据线路纵断坡度的设置,考虑从小里程方向开始架梁,预制场地设在小里程侧。鉴于跨绕城高速及跨成昆铁路货车外绕线节点桥施工控制,在场地尽量平整和不占用住宅的原则下,预制厂地选择在成昆铁路货车外绕线右侧里程约为 YK46 +200 附近,大型提升站将预制梁直接放到桥位运梁台车上开始架设。
3 桥梁预制梁场设计及造价组成分析
梁场根据功能不同共分为五大区: 生活办公区、钢筋加工区、钢筋绑扎区、制梁区、存梁区等。按照成都市政府的要求,高架标段土建施工总工期15 个月,区间施工时间 8 个月。根据总体筹划,本次梁场设计占地面积33 040 m2,长280 m,宽118 m。梁场共计预制箱梁 139 片。其中 30 m 110 片,25 m 26片,28 m 1片,20 m 2片。共有6 个制梁台座,其中30 m台座4 个,30 m( 兼28 m) 台座1 个,25 m( 兼20 m) 台座1 个;20 个存梁台座,2 个静载试验台位( 兼作存梁台座) ,双层极限存梁 44 片。设底、腹板钢筋绑扎台座3 个,顶板钢筋绑扎台座3 个( 见图2) 。

桥梁区间设计过程中我们也广泛咨询了全国各地的经验。
( 1) 西安地铁某高架线,高架段长 11 km,其中预制段 6 km,采用双线梁,梁宽10.2 m,共计188 片30 m 跨简支梁。施工进度为架梁 1.5 孔 / d,筹划运、架梁共 6 个月。梁场征地面积 68 亩,30 m 梁制运架费用约 70 万每孔,预制标段总造价 2.2 亿元。
( 2) 北京地铁亦庄线,采用双线梁梁宽 9.0 m,单重 386 t,全线预制梁 301 片。预制梁场面积 97亩,单线 30 m 梁制运架费用约 62 万每孔。
( 3) 广州地铁某高架段,由于建设时间较早,双线 30 m 梁制运架费用约 54 ~60 万元/孔。
考虑材料上涨因素,综合比较三地的经验,双线30 m 梁制运架费用合理区间应该在 65 ~ 70 万元。
本次东延线设计双线梁桥面宽 9.5 m,30 m 跨梁单重 417 t,预算制运架费用 66 万元,基本在合理范围,经过对预制梁制运架的概算项目组成分析,该部分费用摊销了制梁的模板、机具、张拉等费用,但不包括梁场建设土建费用。
梁场的造价主要由如下几部分组成: 场地平整、硬化、制梁存梁台座基础、吊车基础等组成。
( 1) 制梁台座
制梁台座设计为简支结构( 考虑初张拉后受力) ,设置两个承台,每个承台下设 10 根 ¢ 40 cm 预应力混凝土管桩,每根桩长约 20 m。台座中部采用钢筋混凝土扩大基础,与承台隔开,基础厚 50 cm,垫梁底部地基采用 60 cm 厚砂夹石换填,底模垫梁采用 3 条钢筋混凝土条形结构形式。
( 2) 存梁台座
存梁台座全部为双层存梁台座,存梁支点下设独立承台,每个承台下设 4根 ¢ 40 cm 预应力混凝土管桩,桩长为 15 m。
( 3) 提梁站龙门吊走行线基础
在原地面强夯后换填 50 cm 砂夹石,上面现浇1 m 厚、2 m 宽钢筋混凝土基础并预埋连接件安装走行钢轨。提梁站龙门吊至少跨越 3 孔梁,加上龙门吊自身宽度及安全距离,则走行线至少需要 120双延米。
( 4) 施工道路基础处理
施工道路包括进场便道、场内运输通道、搬运机运梁通道。
进场便道: 拟采用换填 40 cm 砂夹石 + 20 cm厚 C20 混凝土。场内运输便道: 拟采用换填 40 cm砂夹石 + 20 cm 厚 C20 混凝土。搬运机运梁通道:拟采用换填 40 cm 砂夹石 + 20 cm 厚 C20 钢筋混凝土。
经计算直接费用( 含价差) 为 800 万元左右,计算各种费率系数后初步估算为 10 000 万元左右。