d o i :10.3969/j .i s s n .1672-6073.2011.02.004都市快轨交通·第24卷第2期2011年4月快轨论坛城市轨道交通桥梁创新设计及策略仲建华(重庆市轨道交通(集团)有限公司 重庆 400042)摘 要 绿色城市的发展,对城市轨道交通桥梁创新设计提出更高的要求。
结合重庆城市轨道交通桥梁建设的实践,对我国城市轨道交通桥梁设计创新、设计工作现状和存在的主要问题进行分析研究,提出树立创新设计理念和编制国家标准《城市轨道交通桥梁设计规范》的思路,以实现“科学合理、以人为本、安全可靠、经济适用、技术先进”的目标。
关键词 城市轨道交通 桥梁创新 设计规范编制 重庆桥梁建设中图分类号 U 422.5 文献标识码 A 文章编号 1672-6073(2011)02-0014-05根据最新统计资料显示,截至2010年底,我国已有10余个城市共约1400k m 城市轨道交通线路投入运营,交通制式主要分为钢轮钢轨、直线电机、跨座式单轨及磁悬浮等,大多在地面高架上及地下隧道内运行。
以重庆为例,重庆城市轨道交通远景规划为18条线路(含环线)合计820k m ,跨江大桥23座,中期建设规划(2018年)将建成通车430k m 。
2013年将投入运营的轨道交通线路为四线十段、运营里程合计197k m ,最高日客运量将超过500万人次,据调查,50%以上市民出行首选轨道交通方式。
因此,随着国民经济的高速发展和城市化进程的不断推进,大规模的城市轨道交通网络已成为城市发展集约化交通的必然选择,节能、环保、便捷的城市轨道交通已逐步成为城市居民出行首选的交通方式。
城市轨道交通线路一般分为地下、地面和高架3收稿日期:2011-01-31 修回日期:2011-02-24作者简介:仲建华,男,教授级高级工程师,总经理,重庆市轨道交通设计研究院董事长,从事城市轨道交通工程建设、运营及技术管理与研究,c r t o c d f @c t a .c q .c n种敷设方式,相对于地下线路而言,采用高架线路在节省工程投资、缩短建设工期等方面具有显著优势,尤其是当轨道交通线路沿既有道路中央分隔带上方高架敷设时,这种优势则更加明显。
因此,多数城市轨道交通在线路规划设计时往往采用地下线路与高架线路相结合的方式,即在城市中心区和建筑物密集区域多采用地下线路,在非城市中心区或市郊地区则多采用高架线路。
特别是当城市轨道交通线路穿越江、河、沟、谷时,需建设大跨度桥梁,由于我国还没有城市轨道交通桥梁设计的国家标准和规范,在每一座桥梁的景观设计、功能定位、荷载组合、抗震等级、参数控制、型式比选等方面,往往需要进行反复的专题研究和技术方案论证,研究和论证过程漫长、复杂且需耗费大量的人力、物力。
在紧迫的建设工期要求下,这些桥梁最终却往往成为制约整个项目能否按期完工的关键控制性节点工程。
以重庆为代表的江河环绕、地形复杂的山地城市和我国正在大力发展城市轨道交通的其他城市,如何在城市轨道交通桥梁建设中以创新的设计理念、准确的功能定位、匹配的荷载组合、安全的抗震等级、有效的参数控制及合理的型式比选原则等快速、规范地推进桥梁设计工作,已成为我国城市轨道交通建设领域急需解决的、迫在眉睫的一项重要工作。
1 城市轨道交通桥梁创新设计1.1 城市轨道交通桥梁创新设计理念与普通公路、铁路桥梁相比,城市轨道交通桥梁具有其特殊性。
与公路桥梁的不同之处,在于桥宽比较固定、活荷载离散性小,但对桥梁的变形控制更加严格;与铁路桥梁的不同之处,在于短途乘坐条件和长途旅行的差别(车型、荷载、行车密度、运行速度及舒适度城市轨道交通桥梁创新设计及策略要求不同)以及对噪声、振动和景观要求更高所导致的桥梁运营参数方面的差别。
在城市轨道交通桥梁设计中需要重点考虑的景观、环保两项重要因素,是普通公路、铁路桥梁中相对较少涉及的内容。
尤其是位于主城区的城市轨道交通大型桥梁,与普通公路、铁路桥梁相比,在桥梁的地理位置、功能定位、艺术造型、景观方案、结构型式、环保指标及维护保养等多方面需开展广泛的创新设计工作,在桥梁技术方案比选、理论研究和综合试验等一系列设计工作中应贯彻“科学合理、以人为本、安全可靠、经济适用、技术先进”的创新设计理念。
1.2 重庆城市轨道交通桥梁创新设计实例重庆依托长江、嘉陵江而立,是我国著名的山城和雾都。
自2006年第17届全国桥梁学术会议在重庆召开以来,在许多专家和市民口中又多了一个“桥都”的称号。
在1958—1997近40年间,重庆主城只建成了嘉陵江牛角沱、石门大桥和长江石板坡、李家沱大桥4座桥梁。
自1997年直辖以来,重庆的桥梁建设出现了突飞猛进的发展,陆续完成了嘉陵江高家花园、黄花园、马鞍石、渝澳、嘉华大桥和长江鹅公岩、李家沱、大佛寺、马桑溪、王家沱、菜园坝、朝天门大桥等众多大型桥梁建设工程,取得了多项世界之最,成为国内桥梁数量和桥梁创新最多的城市,业内已有许多专家把重庆定义为“桥都”和“桥梁博物馆”。
目前,重庆主城范围内跨越长江和嘉陵江已建成通车的大桥接近30座,重庆市辖区范围内各类桥梁数量超过5000座,已成为我国桥梁建设领域的重要角色。
自我国第1条跨座式单轨交通线路———重庆轨道交通2号线工程成功建设并开通运营以来,重庆相继启动了轨道交通3号线(含一、二期及延伸段工程)、1号线、6号线及2号线延伸段等新线工程建设,已形成“四线十段”合计178k m的轨道交通建设规模。
根据重庆城市总体规划,远期规划中合计820k m的城市轨道交通线路将13次跨越长江、10次跨越嘉陵江,从而将在重庆的两江上方建成23座城市轨道交通专用桥梁或轨道交通与铁路交通、公路交通共用桥梁。
届时,重庆将成为我国城市轨道交通桥梁类型、桥梁数量最多的城市。
1.2.1 轨道交通1号线U型梁(钢轮钢轨B型车)重庆轨道交通1号线全长约37k m,位于城市中心区和建筑物密集区域的约19k m均为地下线路,而位于非城市中心区域和市郊地区的约18k m则以高架线路为主(其中约4.3k m为穿越中梁山脉的长大区间隧道)。
为减少轨道交通高架线路对新城城市景观的影响,并适当降低车辆运行所产生的噪声,轨道交通1号线率先采用了跨度为30m的U型梁结构型式(见图1)。
图1 1号线30m跨U型梁1.2.2 轨道交通3号线(跨座式单轨交通)国际首例跨座式单轨交通与公路交通共用的、规模宏伟的菜园坝长江大桥(见图2)已建成通车,大桥主梁采用上下两层通行的钢桁梁结构,上层为6车道公路交通,下层为双线单轨交通,大桥主跨420m,居世界同类桥梁之首,其刚构—系杆拱组合结构体系为世界首创,主桥全长1179m,是当今世界同类型桥梁中最大的公轨两用桥梁。
图2 3号线与公路共用的菜园坝长江大桥跨座式单轨交通专用嘉陵江大桥(见图3)已建成通车,在景观、环境上与相邻的嘉陵江渝澳公路大桥形成了非常和谐的“姊妹桥”独特风景。
图3 3号线嘉陵江专用桥1.2.3 轨道交通6号线(钢轮钢轨B型车)轨道交通与公路交通共用的东水门长江大桥(主都市快轨交通·第24卷第2期2011年4月跨448m 双塔单索面斜拉桥)和千斯门嘉陵江大桥(主跨344m 单塔单索面斜拉桥)正处于建设阶段,这两座大桥是以景观、环保为重点内容并经过反复专题研究和技术方案论证后的又一创新设计成果(见图4)。
这两座造型优雅的桥梁就像两只神奇的“天梭”,将以绿色森林为主调的南岸区、以现代时尚为潮流的江北区与璀璨明珠般的美丽渝中半岛有机地连接在一起,形成又一道靓丽的山城风景。
图4 6号线东水门长江和千斯门嘉陵江大桥轨道交通蔡家嘉陵江专用桥(见图5)正处于建设阶段,大桥全长1300m ,为双线轨道桥梁,其中主桥640m ,引桥660m ,主桥宽度为12～15m 。
主桥为主跨250m 双索面斜拉桥,桥面距江面超过90m 。
桥型轻盈秀美,桥塔高度和两岸山势高度相当,与周围环境协调统一。
图5 6号线蔡家嘉陵江双塔双索面专用桥1.2.4 轨道交通2号线延伸段(跨座式单轨交通)世界首座同桥面城市轨道交通与公路交通共用的渔洞长江大桥(见图6)已建成通车,主桥采用连续刚构型式,全长1540m ,主跨为两跨260m ,公路交通为双向6车道,轨道交通与公路交通平行位于桥面中央部份,形成全国独一无二的“两侧跑汽车、中间跑轻轨”的独特景观。
图6 2号线与公路共用的渔洞长江大桥1.2.5 轨道交通环线(钢轮钢轨B 型车)轨道交通环线将2次跨越长江、1次跨越嘉陵江。
城市轨道交通与公路交通共用的朝天门长江大桥(见图7)已建成通车,大桥主跨552m ,为钢桁架拱桥。
上层为双向6车道,下层为双向轨道交通,并在两侧预留了2个车行道。
大桥西接江北区五里店立交,东接南岸区渝黔高速公路黄桷湾立交,全长1741m ,成为主城东西方向的快速交通干道。
图7 环线与公路共用的朝天门长江大桥城市轨道交通与公路交通共用的鹅公岩长江大桥(见图8)已建成通车,成为重庆主城区连接渝中半岛和南岸区之间的重要交通干道。
图8 环线与公路共用的鹅公岩长江大桥1.2.6 轨道交通5号线(钢轮钢轨B 型车)轨道交通5号线将分别跨越长江和嘉陵江,目前,城市轨道交通与公路交通共用的粉房湾长江大桥(见图9)正处于建设阶段,大桥全长1596m 、南北引道长2565m 。
与公路交通共用的红岩村嘉陵江大桥已进入城市轨道交通桥梁创新设计及策略专题研究和技术方案论证阶段。
图9 5号线与公路共用的粉房湾长江大桥1.2.7 高架车站与轨道交通桥梁有机结合轨道交通3号线牛角沱车站位于渝中区嘉陵江畔,为满足周边居民的出行需求,充分考虑与轨道交通2号线之间的客流换乘需要,创新性地将轨道交通3号线牛角沱车站与轨道交通嘉陵江专用桥进行了统一规划和有机结合,形成了位于轨道交通嘉陵江专用桥引桥上的牛角沱高架车站(见图10),并与轨道交通2号线牛角沱车站形成了付费区通道换乘关系。
图10 位于轨道交通嘉陵江专用桥引桥上的牛角沱高架车站轨道交通6号线大剧院车站位于重庆大剧院旁,处于重庆市著名的“江北嘴”特殊地理位置。
为满足周边居民的出行需求,并充分考虑大剧院特殊的地理位置及客流集散需要,创新性地将轨道交通6号线大剧院车站与千斯门嘉陵江大桥进行了统一规划和有机结合,形成了位于千斯门嘉陵江大桥引桥上的大剧院车站(见图11)。
图11 位于千斯门嘉陵江大桥引桥上的大剧院高架车站2 城市轨道交通桥梁设计存在的问题城市轨道交通桥梁创新设计为城市景观、交通疏解、环境保护做出了很大贡献。
但由于设计工作中传统理念的束缚、相关设计规范的局限,在一定程度上制约了桥梁创新设计工作的开展,并主要表现在设计创新理念不够、缺乏城市交通一体化规划和缺少城市轨道交通设计规范等方面。