跨座式單軌270m構(gòu)組合橋總體設(shè)計

跨座式單軌270m構(gòu)組合橋總體設(shè)計

1總結(jié)隨著我國城市化進(jìn)程的加快，節(jié)能、環(huán)保、低碳已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)。1.1車站的設(shè)置蕪湖市軌道交通2號線一期工程線路全長15.856km,共設(shè)車站11座。線路自東向西依次穿越寧安客專上下行線、寧蕪鐵路上下行線及牽出線、合杭高鐵上下行線等7條股道，交叉角度約為90°,為全線控制性工程，交叉點(diǎn)位置關(guān)系見圖1。1.2既有建筑建設(shè)環(huán)境穿越點(diǎn)地處市政道路和鐵路夾心地帶，周邊存在既有普速和高速鐵路橋梁、在建高速鐵路橋梁、蕪湖站客車整備所房屋、市政泵站、小區(qū)高層住宅等多個構(gòu)建筑物，建設(shè)環(huán)境復(fù)雜(見圖2)。1.3主要標(biāo)準(zhǔn)(1)系統(tǒng)架構(gòu)跨座式單軌，CMRⅡ型車。(2)線路標(biāo)準(zhǔn)雙線，標(biāo)準(zhǔn)線間距4.6m,設(shè)計最高速度80km/h,線路縱坡5‰、直線。(3)設(shè)計負(fù)荷CMRⅡ型荷載，活載軸重為140kN(超員)、123kN(定員),車輛活載圖示見圖3。(4)地震影響地震動峰值加速度值0.075(5)主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計使用年限100年。1.4更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土交叉點(diǎn)處地層主要為第四系全新統(tǒng)填筑土、雜填土、粉質(zhì)黏土；第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土；白堊系上統(tǒng)泥質(zhì)砂巖，侏羅系上統(tǒng)凝灰?guī)r。地下水埋深1.1～3.2m,主要為填土、粉質(zhì)黏土中的上層滯水、第四系孔隙水及基巖裂隙水。2綜合評價的選擇2.1框架橋地面框架結(jié)構(gòu)采用1-10.0m框架橋下穿寧蕪鐵路，頂進(jìn)長度33.5m,對既有線路采用縱橫梁扣軌加固后頂進(jìn)施工。頂進(jìn)完成后，在框架橋西側(cè)現(xiàn)澆19m框架結(jié)構(gòu)作為擬建合杭高鐵實(shí)施條件，再往東側(cè)延伸，以U形槽下穿寧安客專后過渡至區(qū)間高架段，方案一平面和立面見圖4、圖5。下穿寧安客專處U形槽結(jié)構(gòu)外邊緣距既有(32+48+32)m連續(xù)梁中墩承臺邊緣為1.7m,采用“鉆孔灌注樁+旋噴樁+內(nèi)支撐”方案進(jìn)行防護(hù)，橫斷面布置見圖6。2.2橋梁布置位置交叉點(diǎn)在多條鐵路和市政道路的夾心地帶，施工空間狹小，橋梁跨越方案中，對比頂推施工、懸澆施工、轉(zhuǎn)體施工等多個方案，從施工周期、對鐵路干擾、要點(diǎn)次數(shù)、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比選采用(2×40)mT構(gòu)跨越寧安客專，轉(zhuǎn)體長度為2×37.5m,轉(zhuǎn)體橋墩設(shè)置在寧安客專東側(cè)，逆時針旋轉(zhuǎn)92°,邊墩設(shè)置在寧安客專西側(cè)，樁基礎(chǔ)距離寧安客專(32+48+32)m連續(xù)梁主墩樁基礎(chǔ)8.4m;采用(34+60+34)m連續(xù)梁跨越寧蕪鐵路和合杭高鐵，西側(cè)轉(zhuǎn)體橋墩設(shè)置于合杭高鐵西側(cè)，承臺距離鐵路剛構(gòu)橋邊緣6m,轉(zhuǎn)體長度為2×26m,東側(cè)轉(zhuǎn)體橋墩設(shè)置于寧蕪鐵路東側(cè)，承臺距離鐵路框架橋邊緣4m,轉(zhuǎn)體長度為2×32m,均為逆時針旋轉(zhuǎn)92°。轉(zhuǎn)體前，平行于鐵路懸臂澆筑達(dá)轉(zhuǎn)體長度，于鐵路維修天窗時段墩頂轉(zhuǎn)體就位，合計3個轉(zhuǎn)體墩，方案二橋跨布置平面、立面見圖7、圖8。2.3橋梁節(jié)點(diǎn)位置分析采用(2×70)mT構(gòu)跨越3條鐵路，整幅轉(zhuǎn)體長度2×69.9m,順時針旋轉(zhuǎn)83°,不設(shè)置合龍段和邊跨現(xiàn)澆段，轉(zhuǎn)體橋墩設(shè)置在寧蕪鐵路東側(cè)，承臺距離鐵路框架橋邊緣8.3m,東側(cè)橋墩設(shè)置在寧安客專東側(cè)，樁基礎(chǔ)距離(32+48+32)m連續(xù)梁主墩樁基礎(chǔ)24.7m,西側(cè)橋墩設(shè)置在合杭高鐵西側(cè)，承臺邊緣距離鐵路剛構(gòu)橋邊緣9.8m。轉(zhuǎn)體前平行于鐵路懸臂澆筑達(dá)轉(zhuǎn)體長度，于鐵路維修天窗時段墩頂轉(zhuǎn)體后在邊墩起頂就位，設(shè)1個轉(zhuǎn)體墩，方案三橋跨布置平面、立面見圖9、圖10。2.4方案三：墩底轉(zhuǎn)體如采用地面方案，需下穿既有鐵路框架橋，U形槽結(jié)構(gòu)距離寧安客專承臺距離較近，工程風(fēng)險較大；同時需對既有市政道路進(jìn)行拓寬，增加拆遷較多，結(jié)合兩側(cè)線路坡度還需增加較長的U形槽段落，工程經(jīng)濟(jì)性差。故予以舍棄。對于橋梁上跨方案，考慮該處橋墩較高，若采用墩底轉(zhuǎn)體，則轉(zhuǎn)體重量較大，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)所需基坑尺寸較大，直到轉(zhuǎn)體完成前此基坑無法回填，施工風(fēng)險較大方案二中，單個橋墩體量較小，下部結(jié)構(gòu)施工時對鐵路影響相對較小，但是3個轉(zhuǎn)體墩同時轉(zhuǎn)體，施工風(fēng)險相對較高，且在鐵路上方有合龍段施工，不可控因素較多。在方案二基礎(chǔ)上，方案三將3個轉(zhuǎn)體墩合并，雖然下部結(jié)構(gòu)施工周期較長，但降低了施工難度，風(fēng)險可控。同時取消邊墩現(xiàn)澆段和合龍段，可減少鄰近既有鐵路的施工周期。采取在邊墩處起頂就位的措施，抵消了梁體懸臂施工的下?lián)闲?yīng)。由于橋墩個數(shù)減少，方案二和方案三綜合造價相當(dāng)。經(jīng)綜合考慮，最終確定方案三為實(shí)施方案，即采用(2×70)mT構(gòu)一次轉(zhuǎn)體跨越3條鐵路，不設(shè)置合龍段和邊跨現(xiàn)澆段。3單軌組合橋t的設(shè)計3.1鋼筋混凝土板式護(hù)欄為降低結(jié)構(gòu)高度，將鋼軌道梁和T構(gòu)混凝土主梁采用承軌臺連接，形成組合橋，混凝土主梁承受主要恒載，鋼軌道梁和混凝土主梁共同承受車輛荷載。上跨鐵路處兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土板式護(hù)欄，寬0.25m,高1.2m,護(hù)欄上設(shè)置高1.3m的防拋網(wǎng)。結(jié)合本線建筑限界，最終確定橋面寬度為9.6m,為方便橋面排水，由橋面中間往兩側(cè)橫向設(shè)置2%的排水坡，橋面布置見圖11。3.2箱梁板厚設(shè)計鋼軌道梁截面總高1.5m,外寬0.55m,單箱單室截面。頂板厚24mm,底板厚24mm,腹板厚16mm。為了保證箱梁抵抗畸變、翹曲的能力及結(jié)構(gòu)的橫向傳力，每隔1.25m設(shè)置隔板，箱內(nèi)隔板與箱梁頂板及腹板焊連。鋼軌道梁通過承軌臺和T構(gòu)主梁連接，承軌臺截面為矩形截面，寬1.3m,高0.35m,單線軌道梁橫斷面見圖12。3.3分梁單元分析T構(gòu)主梁采用變高度單箱單室直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，梁高3.2～6.9m,箱梁板頂寬9.6m,底板寬5.6m。頂板厚35～85cm,底板厚35～180cm,腹板厚分兩次過渡(50～75～100cm)。共劃分為17個梁段，0號梁段長11.0m,其余梁段最長為4m,最大懸臂澆筑體積為69.2m采用MidasCivil分析軟件建立T構(gòu)空間有限元模型進(jìn)行分析，軌道梁、T構(gòu)主梁、橋墩均采用梁單元，有限元模型見圖14。對T構(gòu)主梁控制截面在施工和運(yùn)營階段的強(qiáng)度、抗裂性、應(yīng)力等進(jìn)行檢算，主要結(jié)果見表1,在主力工況作用下截面最小強(qiáng)度安全系數(shù)為2.56,“主力+附加力”工況下，截面最小強(qiáng)度安全系數(shù)為2.24;最小抗裂安全系數(shù)為1.51,混凝土最大剪應(yīng)力為3.32MPa,均滿足規(guī)范要求3.4中墩與邊墩結(jié)構(gòu)墩頂轉(zhuǎn)盤采用邊長4.503m正六邊形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤厚2m,下轉(zhuǎn)盤上設(shè)有?2.55m的下球鉸及?5.24m的環(huán)形下滑道。球鉸由上下兩塊鋼質(zhì)球面板及鋼護(hù)筒組成，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置見圖15。中墩由轉(zhuǎn)盤底以圓曲線漸變至邊長2.136m的正六邊形結(jié)構(gòu)，墩身曲線段高8m,等截面段高15.3m。邊墩采用高低墩形式與T構(gòu)兩側(cè)簡支梁相接，邊墩蓋梁和墩身縱向長均為2.8m,蓋梁頂橫向?qū)?.7m,T構(gòu)側(cè)蓋梁等寬段高1m,從蓋梁底以圓曲線過渡至墩身。為避讓橋墩邊緣的既有擋墻，中墩承臺順橋向長14.5m,橫橋向長10.5m,厚3.8m,采用12根?1.5m鉆孔摩擦樁；邊墩承臺順橋向長6.5m,橫橋向長10.5m,厚3.0m,采用6根?1.5m鉆孔摩擦樁，下部結(jié)構(gòu)斷面見圖16。4邊墩施工過程對鐵路鐵路的影響為控制基礎(chǔ)施工對既有鐵路橋梁的影響，均采用鉆孔灌注樁防護(hù)，樁頂設(shè)置閉合冠梁，該處地下水位較高，結(jié)合基坑邊緣到鐵路結(jié)構(gòu)邊緣距離，對中墩采取“鋼板樁+注漿”方式止水，對邊墩采取旋噴樁止水。結(jié)合本橋?qū)嶋H情況，采用有限元軟件Plaxis3D對20號、21號、22號墩施工過程對鐵路的影響進(jìn)行分析。建立橋墩及樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型，梁體自重和上部荷載作用通過墩頂施加荷載來模擬由表2可知，經(jīng)計算，施工完成后，最終引起既有寧安客專2號橋墩承臺豎向沉降量為0.079mm,橫橋向位移為-0.195mm,順橋向位移為-0.113mm,引起既有寧蕪鐵路牽出線道岔處的沉降為0.783mm,水平變形為0.469mm,計算結(jié)果均滿足規(guī)范和鐵路部門的相關(guān)要求5基坑支護(hù)施工蕪湖市軌道交通2號線一期上跨既有鐵路單軌組合橋采用墩頂轉(zhuǎn)體法，減輕轉(zhuǎn)體重量，降低施工難度，可有效減