摘要：城市軌道交通高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到?jīng)Q策者和建設者的青睞，正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。本文即重點論述了高架結(jié)構(gòu)型式選擇的影響因素及高架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題。

關(guān)鍵詞：軌道交通；設計；高架結(jié)構(gòu)

1高架城市軌道交通建設現(xiàn)狀 眾所周知，伴隨著新世紀的到來，中國的城市軌道交通建設也翻開了嶄新的一頁。目前中國人口過百萬的三十四個城市中，有二十個超大城市和特大城市正在建設和籌建自己的軌道交通。目前在建的線路長度近400公里，這其中高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到?jīng)Q策者和設計者的青睞。據(jù)統(tǒng)計，在已建成通車的8條146.94公里的線路中，僅有一條高架線，長度占17%，而正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。表1為已建項目高架線路情況統(tǒng)計。 城市快速軌道交通高架橋梁與一般城市高架道路橋梁不同，雖與鐵路橋近似，但也有其特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ①橋上鋪設無縫線路無碴軌道結(jié)構(gòu)，因而對結(jié)構(gòu)型式的選擇及上、下部結(jié)構(gòu)的設計造成特別的影響； ②城市軌道交通特有的橋面系布置及接口關(guān)系； ③列車的運行最高速度為80km/h， 運行密度大，維修時間短； ④建設地點一般位于城區(qū)或近郊區(qū)，對景觀要求、施工工期及環(huán)保要求較高。 目前，正在建設高架軌道交通項目的北京、上海、武漢等地，業(yè)主和設計者已充分認識到了上述特點，并積極開展了分析研究工作，為高架結(jié)構(gòu)的選擇和設計積累了一定的經(jīng)驗，正在修編的《地下鐵道設計規(guī)范》也特別加入了高架結(jié)構(gòu)這一章。本文重點論述了高架結(jié)構(gòu)型式選擇的影響因素及高架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題，供大家探討交流。

2高架型式選擇的影響因素 高架線路型式的顯著特點是建設周期短、造價低，但同時也會帶來景觀及噪音污染的問題，因此，選擇高架型式必須考慮建設地點、景觀及環(huán)境影響因素。 2.1 高架型式的適用地段 在軌道交通線路設計時， 在如下地段考慮選擇高架型式是比較適宜的： 1．城市繁華地區(qū)以外的城近郊區(qū)，周圍建筑較少。道路寬闊，線路可選擇在道路一側(cè)或道路中間。 2．連接城市中心區(qū)與周圍衛(wèi)星城、開發(fā)區(qū)、機場等。 3．中等規(guī)模及以下城市，規(guī)劃予留出城市軌道交通專屬用地。 根據(jù)上海明珠線一期工程及泰國等城市的經(jīng)驗，在大城市中心區(qū)一般不建議采用高架線路。 2.2 高架型式與景觀影響 高架車站、區(qū)間具有工程量小、工程投資少的特點，但同時會給城市帶來景觀上的不協(xié)調(diào)、噪音的污染等問題。針對高架車站、區(qū)間本身的特點，首先應從建筑布局、結(jié)構(gòu)形式及環(huán)境設施上進行全面的構(gòu)思，對所處地段的地形、環(huán)境特征加以巧妙的、空間尺度適宜的利用，將軌道交通設計成在景色中運行的流線，連成一幅巨大的動態(tài)的畫面。處理得當，不僅會消除其對城市景觀的負面影響，而且會為城市增添一道亮麗的動態(tài)風景線。 解決高架型式對景觀的影響主要可從區(qū)間高架結(jié)構(gòu)型式的選擇、車站造型和車站體量等方面考慮，建議采取以下幾方面的措施： 1)高架線路首先注意線形，應與區(qū)域特點、土地利用規(guī)劃、原有道路相協(xié)調(diào)。平面線形應盡量平衡流暢。 2)道路分幅，盡量留出中央的綠化分隔帶，兩側(cè)又留有不同層次綠化的行道樹，給人以明快舒適之感。 3)車站設計地點，結(jié)合舊城改造或新區(qū)予留兩側(cè)的綠化地，這會改善街道景觀和人們的心理感受。其次要從質(zhì)感、色彩等方面考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào)，以求獲得美觀的視覺效果。另外，車站建筑也應體現(xiàn)文化內(nèi)涵及歷史傳統(tǒng)建筑化的基本元素。 4)高架結(jié)構(gòu)形式的選擇必須借鑒橋梁美學的概念，充分考慮合理的高跨比、梁體外部線形及橋墩造型。 5)高架車站的體量也是景觀設計應注意的問題。高架車站應簡潔通透，盡量縮小車站體量，減少站務用房。 2.3 高架型式與環(huán)境影響 高架軌道交通工程的建設和運營不可避免地對沿線周圍環(huán)境產(chǎn)生影響；其主要影響因素有噪音影響、振動影響及施工環(huán)境影響。 2.3.1噪聲影響 在建設施工和運營期間均會產(chǎn)生噪音影響。 施工期間噪聲環(huán)境影響，主要來源是拆除建筑物作業(yè)、道路破碎作業(yè)、鉆孔灌注樁作業(yè)、挖掘、運土等工種。因此，大型挖土機、空壓機、鉆孔機、重型車輛、風鎬、振動棒、電鋸、混凝土攪拌機、大型吊機等是各個階段噪聲。 運營噪聲為列車在地面及高架線行駛時向線路兩側(cè)輻射的噪聲，主要有車輛噪聲和車輛運行時激發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)振動而產(chǎn)生的“二次噪聲”；車輛噪聲包括動力系統(tǒng)噪聲和輪軌系統(tǒng)噪聲。輪軌噪聲包括平直軌道上的滾動噪聲、鋼軌接縫處的撞擊噪聲以及彎道和制動時的尖叫聲，這些噪音聲源是由于輪軌互相作用激發(fā)車輪和鋼軌的振動而產(chǎn)生的，它的產(chǎn)生主要與線路型式、橋梁結(jié)構(gòu)、車輛類型、列車長度、行車密度及感應點距地面高度等因素相關(guān)。 2.3.2振動影響 振動和噪聲是不可分的，振動的強度也就是噪聲的強度。施工期間產(chǎn)生振動的主要因素有：大型挖土、重型運輸、道路破壞及回填夯實等。 運營期間的振動主要是由列車運行時的動力振動而引起結(jié)構(gòu)的振動及列車通過橋墩、基礎傳至地面的振動。結(jié)構(gòu)自身的振動應用結(jié)構(gòu)動力學由設計解決，傳至地面的振動會對相鄰建筑產(chǎn)生影響。 2.3.3工程環(huán)境影響對策 減振降噪主要有三種途徑，其一，振動噪聲源減振降噪，主要通過降低輪軌沖擊力和摩擦以及減振系統(tǒng)實現(xiàn)。主要措施有控制最小曲線半徑、軌下設置橡膠減振墊、梁下設置橡膠支座等。其二，在噪聲的傳播途徑中通過吸收和阻隔等方式降噪，最常用的方式是橋上設置聲屏障。其三就是在需要降噪的具體位置設置隔音吸音設施，如隔音窗，隔音外墻等。減振降噪措施： 1)盡量避免過小的曲線半徑。在設計過程中合理的進行縱平面布置，確保線路的平順。這一措施同時還能降低輪軌的磨耗，提高列車通過曲線時的安全度和舒適度。同時線路的選擇應距周圍建筑物一定距離。 2)橋上采用無縫線路。 3)根據(jù)不同路段的減振降噪要求采用不同類型的彈性扣件和道床形式，在達到減振降噪要求的同時盡量作到經(jīng)濟合理。如北京城市鐵路采用的隔而固鋼彈簧浮置板道床，可有效地減振和消除固體聲。減振效果為：噪聲傳遞損失可達40-60dB。 4)列車在高架線路運行時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲與高架結(jié)構(gòu)主梁的型式、墩臺基礎結(jié)構(gòu)及支座布置情況有很大的關(guān)系。設計中考慮在人口密集區(qū)采用槽形梁可有效降低列車運行時的噪聲影響。基礎采用樁基礎，以減小震動向遠距離的傳播。支座采用抗振動性能好的板式支座。 5)施工過程中，施工單位應制訂環(huán)保措施規(guī)程及實施細則，并成立工作小組，經(jīng)常檢查落實條例執(zhí)行情況。合理制訂施工工藝流程，優(yōu)化施工工序，縮短施工工期。做好施工期的交通疏解工作，防止交通擁擠阻塞。 6)橋梁結(jié)構(gòu)在外側(cè)設置聲屏障進行降噪處理。 7)在沿途建筑物上增加隔聲窗。 8)結(jié)合改建后的道路橫斷面設置綠化帶，可以有效地降低地面噪聲。

3 高架結(jié)構(gòu)設計應注意的問題 3.1 特殊荷載 軌道交通高架橋因橋上鋪設無縫線路，引起了一些特殊力。橋上鋪設無縫線路因溫度變化、列車荷載的作用以及冬季鋼軌折斷致使梁軌之間產(chǎn)生相對位移，因扣件縱向阻力的作用，梁軌相對位移受到約束，因此梁軌間產(chǎn)生大小相等、方向相反的縱向力。它們分別是：伸縮力、撓曲力、斷軌力，制動力與鐵路橋也不同。

3.4 施工方式選擇 對于標準區(qū)間橋梁，其施工方法主要有整孔預制方案、節(jié)段拼裝和現(xiàn)澆三種方式。從表1可以看出，在目前國內(nèi)建成和在建的線路中，橋梁施工方法多采用現(xiàn)澆，這是由于當時國內(nèi)橋梁運輸和吊裝設備的限制及標段劃分較小的原因造成的。但是，世界上橋梁技術(shù)發(fā)展迅速，橋梁的結(jié)構(gòu)也在多樣化，特別是由于橋梁架設施工技術(shù)的發(fā)展，促使各類橋梁的架設質(zhì)量與進度不斷提高。由于高速鐵路橋梁和輕軌交通高架橋梁發(fā)展的需要，也使架橋設備與技術(shù)日新月異。修建城市輕軌高架橋，應采用預制簡支梁吊運架設法，利用現(xiàn)代橋梁施工設備與技術(shù)，以流水作業(yè)方式進行建設施工。這種方法已在意大利、法國、南韓、墨西哥等國家被證明是保證橋梁外觀質(zhì)量、縮短工期、降低總成本、減少施工對社會的負效應的最佳方式。 預制施工方案的特點： 1)在現(xiàn)場預制箱梁，通過運輸機械將箱梁運到橋位，再利用架橋機械將箱梁安裝就位。 2)對施工現(xiàn)場周邊的城市環(huán)境影響較小。由于采用預制、吊裝的施工方法，在橋墩及基礎施工完成后即可對施工沿線現(xiàn)場進行清理，并在線上完成橋梁架設，可有效減小拆遷量，減少施工場地占用面積和時間以及對城市交通的影響。 3)橋梁上部結(jié)構(gòu)為工廠化生產(chǎn)，施工工藝簡單易行，技術(shù)成熟，橋梁的內(nèi)部質(zhì)量及外觀都能得到保障，可有效避免全線現(xiàn)澆作業(yè)中橋梁質(zhì)量參差不一，外觀相差較大的現(xiàn)象。 4)整孔預制、運輸、架設方案單工作面施工速度遠遠快于其他施工方案。如采取恰當運梁方式，更有利于減少施工對城市環(huán)境及城市交通的影響。 5)預制施工的發(fā)展-階段拼裝法：分段箱梁的運輸、安裝方便，采用跨越式架橋桁機，對交通和社區(qū)的干擾最小。此外橋梁跨度較大并可靈活調(diào)整。

3.5 車站結(jié)構(gòu)型式及減振措施 從結(jié)構(gòu)形式上高架車站主要分三類：站橋分離式，橋從車站穿過，與車站的構(gòu)件不發(fā)生任何關(guān)系；站、橋結(jié)合式，即行車道處設行車道梁，該梁簡支在車站框架橫梁上，支承點采取減振措施；站、橋合一式，即車站部分框架結(jié)構(gòu)作為行車道，列車直接在框架梁板上行走。這三種結(jié)構(gòu)形式有如下的優(yōu)缺點： 高架車站結(jié)構(gòu)型式比較表 表3

3.6 使用環(huán)境對結(jié)構(gòu)設計的特殊要求 城市軌道交通高架橋作為重要的生命線工程，其使用壽命為100年，因此設計時應滿足耐久性要求。高架車站，因站臺雨棚多設計為半開敞式，因此設計時應按露天結(jié)構(gòu)進行設計。

4 需進一步研究的課題 雖然城市軌道交通高架橋的建設已有一些經(jīng)驗，但仍需解決以下問題： 1)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性及100年設計基準期的設計參數(shù)選擇。 2)施工方法研究，如整孔預制運架技術(shù)、階段拼裝技術(shù)、先張預應力技術(shù)等。 3)車站型式及規(guī)模優(yōu)化。 4)減振降噪技術(shù)。

5 結(jié)語 綜上所述，城市軌道交通高架型式的設計有其自身的特點，它涉及了線路、橋梁、軌道、建筑景觀、建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護、施工等多個領(lǐng)域，是一個綜合的設計系統(tǒng)。作者在這里只是拋磚引玉，希望中國的高架城市軌道交通系統(tǒng)建設不斷完善、持續(xù)創(chuàng)新。

參考文獻 [1] 馮愛軍，“軌道交通高架橋的特殊荷載及變形控制”，第二屆全國城市橋梁青年科技學術(shù)會議，1999.12。 [2] “北京地鐵5號線投標文件”，北京城建設計研究院。2002.4