城市軌道交通高架橋整孔箱梁預制架設方案初探
摘 要:城市軌道交通高架橋當前國內普遍采用滿堂支架現澆法施工,結合津濱輕軌工程提出一種新型的施工方法即預制架設整孔箱梁方法,并對其進行簡要介紹和探討。關鍵詞:城市軌道交通; 高架橋; 箱梁; 預制架設
為解決我國大中城市交通日益擁擠的狀況,城市軌道交通建設正在迅猛發展。在已建和擬建的城市軌道交通項目中高架軌道占有比較大的比例,如上海明珠一期高架正線為21. 5 km , 占全線線路長度的86 % ; 大連輕軌三號線高架21. 57 km , 占全線線路長度的43. 9 % ; 天津津濱輕軌一期高架39. 7 km(折合雙線42 km) ,占全線線路長度的87 % ; 上海莘閔線基本全為高架,長16 余km ; 北京八通線高架10. 1 km , 占全線線路長度的53 % 。隨著軌道交通建設由市區向郊區延伸及未來城郊鐵路的發展,將會有越來越多的軌道交通高架橋被建成。為優質高效地建設好該類工程,確定科學、合理、經濟的高架橋常用跨度梁施工方法至關重要。
1 國內軌道交通高架橋施工方法現狀
目前,我國城市軌道交通通常采用輪軌式,按一次雙線設計,線間距一般為3. 6～3. 8 m , 橋梁寬度在9 m 左右。現將國內各設計院通常提出的各種普通梁跨的設計施工方案匯總如表1 所示。
表1 常見普通梁跨設計施工方案
在建的北京地鐵八通線全長約19 km , 橋梁總長10. 1 km ,85 % 的橋梁采用集中預制工字形梁,汽車吊架設后澆筑整體橋面板,形成簡支疊合梁的結構型式與施工方案,每孔梁由4 片工字形梁與現澆橋面疊合層組成,常用跨度為25 m 。
國內已建和在建的其他項目中主要采用簡支或連續箱梁,如上海明珠線一期主要采用30 m 跨簡支箱梁;大連輕軌三號線、天津津濱輕軌、天津地鐵一號線、武漢輕軌等主要采用25 m 跨連續箱梁。箱梁結構以單箱單室或單箱雙室為主,梁部均采用滿堂支架現澆法施工。
2 預制架設整孔箱梁方法的可行性
目前,在城市軌道交通高架橋建設中,由于箱梁結構具有較好的整體受力性能和美觀性等優勢正被廣泛采用。箱梁施工普遍采用的滿堂支架現澆法雖然比較成熟、可靠,但也存在許多弊端。在天津津濱輕軌工程設計中提出預制架設簡支箱梁方案,經過研究,認為該設計方案是可行的。
預制架設整孔箱梁施工方案,在橋位旁設置制梁廠,運用運、架梁設備,架橋和運梁過程均在橋上運行, 不占用地面道路。這種施工方法已在國內時速達250 km 的秦沈鐵路客運專線上運用,如照片1 、照片2 所示。
城市軌道交通高架橋通常分為兩類,一類為有碴橋,另一類為無碴橋。對于有碴橋,架梁時梁頂平整, 橋上運梁比較方便,運梁設備既可采用輪胎式,亦可采用輪軌式。而對于無碴橋,由于梁上有許多承軌臺的預埋鋼筋,采用輪胎式運梁設備比較困難,可采用在箱梁兩腹板處無預埋鋼筋的地方鋪設兩臨時鋼軌;采用輪軌式運梁設備沿鋼軌運行,可以避免與預埋鋼筋干擾,避免損壞預埋鋼筋,這是安全可靠、切實可行的。
通常25 m 跨單箱單室箱梁自身質量約300 余t ,1 孔梁梁體設計承載能力一般不能承受1 孔梁體和運梁車載荷。所以運梁時,運梁設備的載荷分布需分散至前后2 孔梁上。在小半徑、多線橋、變寬橋等特殊地段需結合實際情況具體研究,預制架設整孔箱梁可能受到限制。
圖1 運架分離式架橋設備
間,全年架橋機工作10 個月,實際平均日架設進度為0. 83 雙線孔(秦沈鐵路客運專線預制架設510 t 箱梁, 最高架梁紀錄為4 孔/d , 其運距為2 km) 。
(2) 運架設備的購買價按1 800 萬元計列,年折舊費按360 萬元計。
(3) 運架設備的安拆運輸1 次按周期1 個月計。預制架設25 m 跨簡支箱梁和現澆連續箱梁的經濟比較結果如表2 所示。
根據經濟性分析,當橋梁長度超過3 km 時,預制架設簡支梁將比現澆連續箱梁工程投資省,且隨著橋梁長度的增加,其工程投資將越來越低。一般來講,橋梁長度在7～10 km 設置一座制梁場是最為經濟的。
表2 預制、現澆連續箱梁經濟比較
圖2 吊運架一體式架橋設備
3 預制架設整孔箱梁施工方法的主要特點
(1) 梁體制作精度高,質量容易控制。由于采用了在制梁場進行預制的方法,通過精確制造的箱梁外模和內模澆筑混凝土箱梁,混凝土箱梁的外形尺寸很容易保證。由于在制梁場工作,各種尺寸定位也容易控制,并便于實測。當箱梁養護完畢,并完成張拉工作后,可通過相應試驗檢驗梁體。
(2) 集中制梁,可以提高生產效率,降低施工成本。
(3) 梁上運梁利于質量檢驗,由于在已架設的梁體上進行運梁工作,實際上對已架設梁體進行了承載能力檢驗,這樣就會促使施工單位對梁體質量和支座安裝進行更加嚴格的控制。
(4) 節省成本,現澆法施工其鋼模板利用率低,并消耗許多木模板,相應地增加了一些隱性建設成本。
(5) 對施工現場周邊的交通及環境的影響小。
(6) 預制架設法是一種比較先進的施工方法,機械化程度高,是未來橋梁建設的發展方向。
4 實現預制架設整孔箱梁方案的相關要求
(1) 通常情況下,在城市軌道交通高架結構建設中車站和特殊工點橋施工相對滯后且工期較長,長段橋梁被分隔為若干獨立的段落。為解決這一矛盾,高架車站可采用站橋分離式結構; 若采用站橋合一的結構形式則同特殊工點橋一樣,需合理安排其建設工期,提前開工,為運梁車通過創造條件。
(2) 由于運架設備需要一定的凈空,因此,沿線需拆改的架空線纜在架梁前要拆改完畢。
(3) 實現預制架設方案要制定周密的施工組織設計,并嚴格按照計劃實施,這就要求整個建設項目需要有充分的前期準備工作。
(4) 需要有配套的運架設備。目前,尚未有適用于城市輕軌橋梁建設所需的成套運架設備成品,但國內外多家設備廠商擁有該類設備的設計和制造能力。與所需設備相比,更高噸位的多款運架設備已在我國秦沈鐵路客運專線上得到成功運用。當前已有企業設計了該類設備,只要市場需要,成套設備成品的供應將不成問題。
6 結語
(1) 采用預制架設整孔箱梁在技術上是可行的。制梁場的布置要考慮小曲線半徑、車站、特殊橋跨結構的布局和低凈空建筑物的要求。
(2) 當橋梁長度在3～10 km 時,預制架設要比滿堂支架現澆造價低,且橋梁越長投資越低。
