无锡地铁1号线跨锡北运河方案设计

2011-05-14赵志军

铁道标准设计 2011年4期

袁明，赵志军

(1.中国中铁股份有限公司科技设计部，北京 100069;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 概述

无锡锡北运河航道名称为锡十一圩线，是江苏省干线航道网规划中的重要干线航道，规划等级为四级。无锡地铁1号线以高架形式跨越锡北运河，里程范围为AK2+470～AK2+710，线路右线与航道中心线成78.1°夹角。拟建桥梁通航净空尺度要求为80 m×7.5 m(净宽×净高)，上底宽55 m，侧高4 m。设计最高、最低通航水位分别为2.494、0.604 m。桥址平面见图1。

2 技术特点

西漳车辆段入段线高架由北向南跨越锡北运河后进入车辆段，入段线与正线在此处衔接。受地形条件限制，西漳车辆段与正线的距离较短，而正线的高程较高，势必造成入段线纵坡太大，不利于线路的正常运营。增加入段线的坡长，将入段线与正线的衔接点北移伸入主桥边跨处，可以降低入段线的纵坡。但是由于入段线与正线并行，需要增加桥面宽度。

图1 桥址平面

根据推荐的车辆段方案，连续梁方案考虑将入段线伸入主桥130 m长，即将主桥加宽4 m，落地距离394.8 m，斜拉桥和钢桁架方案出道岔点可北移55 m，落地长度为319.8 m。由于落地距离短，落地高差大，桥型的选择对线路纵坡影响较大。

锡北运河是规划四级航道，航道主管部门要求在满足通航条件的前提下，应选择施工周期较短，对通航影响较小的方案。

各种桥型中，钢桁架建筑高度最小，斜拉桥方案同一般标准梁段梁高，大跨变截面连续梁建筑高度最高，拱梁组合体系方案略低于连续梁方案。各方案的建筑高度及线路情况见表1。

表1 不同建筑高度桥型对线路影响

通过分析可以看出，钢桁架方案和拱梁组合方案线路的纵坡较小，连续梁方案线路纵坡最大，4个方案均满足规范要求，为可行方案。以下对4个方案进行比选。

3 桥梁跨径

拟建桥梁附近航道水面较宽，通航条件好。根据航道主管部门要求，桥梁跨径除满足通航净空外，主墩承台须设置在航道设计河底高程以下，实际河底高程低于设计河底高程的，按实际河底高程计算。承台若埋置在河底高程以下，则桥梁跨径需90 m，控制点建筑高度为3.92 m。洪水期承台底距水面高程约9 m。

4 桥梁方案设计

4.1 (60+90+60)m三跨预应力混凝土连续梁

根据推荐的跨径，连续梁方案可采用跨径组合为(60+90+60)m预应力混凝土直腹板变截面连续箱梁，桥型布置见图2，中墩梁高5.4 m，边墩以及跨中截面梁高2.7 m，箱梁采用单箱双室结构，梁体采用斜腹板，箱梁顶板宽13.4 m，横向为平坡，箱梁梁体两翼悬臂长度为2.15 m。全联顶板厚度保持不变，均为25 cm(除墩顶处局部加腋至60 cm)。底板厚度从跨中30 cm变为根部80 cm。腹板厚度从跨中50 cm变为根部80 cm。采用悬臂挂篮施工，施工期间不断航［8～10］。

4.2 (48+90+48)m三跨梁拱组合体系桥

梁拱组合体系桥跨径组合为(48+90+48)m，可以先悬臂挂篮施工梁体部分，再施工拱肋部分，与连续梁相比，梁截面可适当减小，边跨跨径也可减小，桥型布置见图3。

上部(48+90+48)m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，截面形式为单箱单室，箱梁跨高中2 m圆曲线变化至距主墩中心1.5 m处4.5 m。拱矢跨比取1/6，拱肋采用哑铃形钢管混凝土结构。

图2 连续梁桥型布置(单位:m)

图3 梁拱组合体系桥型布置(单位:m)

主桥箱梁顶板厚度为0.25 m;底板厚度按圆曲线，由跨中的0.25 m变化至距中墩中心线1.5 m处的0.7 m;腹板厚度0.5～0.80 m。为改善箱梁根部截面受力，在中支点附近的截面顶、底板局部加厚［5～7］。

4.3 (30+40+90)m斜拉桥方案

斜拉桥方案跨径组合为(30+40+90)m，上部结构采用悬臂挂篮施工，桥型布置见图4。

图4 梁拱组合体系桥型布置(单位:m)

主桥结构型式为:独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，采用塔梁固结形式［4］。斜拉索采用扇形布置，主跨梁上索距为6 m，边跨梁上索距为6 m和3.5 m。

独塔斜拉桥主梁采用预应力混凝土箱梁截面，主梁为单箱双室结构，标准断面顶面全宽11.5 m，梁高2.5 m。主梁的底板宽4.3 m，底板厚350 mm，顶板厚280 mm，斜边腹板厚250 mm，中间直腹板厚350 mm。箱梁外侧悬臂宽1.175 m，厚900 mm。

索塔为空间索面花瓶型，索塔总高度为60.6 m。

索塔分成上、中、下塔柱3部分，顺桥向宽由4.5 m变至5.5 m，下塔柱高10.5 m，中塔柱高29.5 m，上塔柱高20.6 m。下塔柱横桥向宽度由4.5 m变至2.6 m，为实心矩形断面，倒角为1 200 mm×250 mm。中塔柱横桥向宽度2.6 m，空心矩形断面，壁厚顺桥向1 m，横桥向 0.6 m。上塔柱为逐渐靠拢双柱，净距1 200 mm。2个上塔柱用2块0.8 m厚的腹板连接。上塔柱横桥向宽度2.6 m，空心矩形断面。塔壁厚度在斜拉索前侧为1.00 m，侧面为0.6 m。上塔柱顺桥向内壁上设有斜拉索锚块。

下横梁设置在中、下塔柱的交汇处，采用实心梯形断面，高4.0 m。

采用环氧喷涂钢绞线拉索体系。斜拉索的张拉端设在塔上，固定端设在梁上。全桥共计32对拉索。

4.4 89 m跨钢桁架方案

主跨采用89 m钢桁架跨越，浮运拖拉施工，见图5。

桁高取11 m，高跨比为1/8;节间长度取8 m，为桁高的0.727倍;斜杆轴线与竖直线交角为36.0°;主桁中心距为10.16 m。主桁弦杆采用H形截面，上下弦杆高度h统一取500 mm，根据弦杆受力不同，水平宽度 b 全桥取 460 mm［1～3］。

上平纵联采用交叉式腹杆体系，平纵联的斜杆及横撑均采用工字形截面，上下平板宽取240 mm，厚度取16 mm，截面竖向高取300 mm，竖向腹板厚取12 mm。下平纵联也采用交叉式腹杆体系，横撑由横梁代替，下平纵联的斜杆工形截面，上下平板宽取240 mm，厚度取16 mm，截面竖向高取300 mm，竖向腹板厚取12 mm。横梁采用上下不等宽的工字形截面，截面高取600 mm，上平板宽取400 mm，厚度取32 mm，下平板宽度取500 mm，厚度取32 mm，竖向腹板厚取32 mm。桥梁横向设5片纵梁，纵梁间距取2 m。纵梁采用工字形截面，截面高取500 mm，上下平板宽300 mm，厚24 mm，竖向腹板厚度取16 mm。纵横梁上现浇钢筋混凝土桥面板，厚25 cm，桥面板与纵横梁间用剪力钉联接。

图5 钢桁架桥型布置(单位:m)

4.5 方案综合比选

从景观上来看，运河周围地势较为开阔，周围300 m范围无高层建筑，沪宁高速距离桥梁中心540 m，下游惠山大道距离桥梁中心约300 m，惠山南环与运河边有约80 m宽绿化带。连续梁方案梁底截面设计为圆曲线，在一定程度上能给过往船只带来美感，整体线形较为流程，桥上视野相对开阔。各桥型的技术特点汇总见表2。