上海轨道交通9号线一期工程高架区间设计

施新宇;刘志义

【摘 要】介绍上海轨道交通9号线高架桥新型桥梁结构形式的特点,重点介绍了通用预制架设组合小箱梁、节点大跨钢混连续结合梁,以及高架桥梁专用支座、新型减振降噪弹性浮置板整体道床等创新设计.此外,还论述了高架桥施工的质量控制与设计协调过程.

【期刊名称】《铁道勘察》 【年(卷),期】2006(032)002 【总页数】5页(P73-77)

【关键词】轨道交通;高架区间;组合箱梁;钢混连续结合梁;总体控制 【作 者】施新宇;刘志义

【作者单位】铁道第三勘察设计院,天津,300142;铁道第三勘察设计院,天津,300142 【正文语种】中 文 【中图分类】U22

1 工程概况

上海轨道交通9号线为上海市轨道交通路网规划的4条市域线之一，为西南—东北方向直径线。西南起自枫泾，东北到崇明，远期规划全长约157 km，是上海市第一条以市域快速线理念规划设计的城市轨道交通线。具有线路长、站间距大、速

度快等特点。

一期工程始自松江区松江新城站终至徐汇区宜山路站，沟通松江新城和上海中心城区。

一期工程线路全长30.69 km，其中，高架区间线路长15.31 km，占全线50%，4座高架站将高架线分割成5段分区间；最后一段区间夹地面线长0.52 km，地下线长14.22 km，敞开段长0. km；车站共13座，地下站9座，高架站4座；在虹梅路站设控制中心，设九亭车辆段及综合维修基地；在佘山站和虹梅路站各设置主变电所一座。

2 高架区间设计总体技术特点 2.1 线路主要技术标准 线路等级：地下铁道线。

正线数目：一次双线，区间直线段线间距为3.8 m，曲线按规范要求加宽，并设超高；高架车站线间距为4.2 m。

轨道：轨距1 435 mm，正线为60 kg/m钢轨的无缝线路；桥上采用整体道床，在对列车噪声敏感地段应用新型减振降噪的弹性浮置板整体道床。 2.2 桥下净空

跨越既有及规划道路时，桥下净高按其未来改造或修建的标准考虑；跨越通航河流时，按照航道等级满足通航净空要求设计。

桥下净空高度：高速铁路7 m，铁路6.75 m，主干道5.5 m，次干道5.0 m，一般道路4.5 m。 2.3 最高运行速度 Vmax=120 km/h。 2.4 设计洪水频率

正线桥梁设计洪水频率标准按1/100。

2.5 设计荷载 (1)二期恒载

考虑线路设备重(含整体道床、钢轨、扣件等)，桥面两侧栏杆立柱、电缆和支架等恒载重，局部地段设置声屏障，全线预留设置声屏障加装条件，以及接触网荷载等桥面设施重。

桥面设横向排水坡，双线及多线桥设人字坡；单线桥设单向坡，坡度为1.5%。 (2)活载

①列车活载计算图式如图1所示，每列6辆编组，每辆车长22.8 m，一列车荷载长度132.2 m。重车轴重为160 kN，空车轴重为80 kN。重车、轻车可按车辆长度任意排列和截取。

图1 列车活载计算图式(单位：m) ②复线桥竖向荷载按不折减考虑。 ③列车竖向动力系数 混凝土梁： 钢梁：

其中，L以m计。

④列车制动力或牵引力、列车横向摇摆力等。

此外，还应考虑无缝线路纵向力、温度影响、混凝土收缩和徐变影响、曲线桥上列车离心力、高架桥上风荷载、高架桥下车船撞击力等。 2.6 地震基本烈度 按7度设计。 2.7 总体技术特点

本线通用梁跨采用25～30 m简支梁跨，结构形式为双箱单室组合小箱梁，施工方法采用工场预制两片简支小箱梁，预应力混凝土结构。运输架设就位后，支模现

浇钢筋混凝土桥面板，形成组合箱梁。其主要优点为箱梁在预制厂内预制，可用架桥机或大型汽车吊吊装，架桥速度快，对城市道路交通和环境影响较小。这种一对箱梁组合结构，上承双线轨道交通，受力明确，施工方便，贯彻了地铁规范“区间高架桥上部结构应优先采用预应力混凝土结构。宜推广采用预制架设的设计、施工方法。”的要求。上部结构整体受力性能好，下部结构配置矩形双柱墩，传力明确，外形美观，墩顶局部加大，满足支座布置要求。

节点桥跨采用的结构类型有预应力混凝土连续箱梁、简支钢混结合梁、简支钢箱槽型梁、大跨度钢混连续结合梁等。

上海市位于长江三角洲入海口的东南前缘，属三角洲平原区，地势平坦，地面水系发育，沿线河浜密布。高架范围基本上属滨海平原地貌，地质土层均为第四纪松散沉积物，粉质黏性土夹砂性土，部分有软下卧层，承载力较差。

桥梁下部基础一般采用φ600 mm PHC管桩，根据工程抽样试桩静压试验，桩长30 m时，单桩极限承载力为280 t～300 t。对震动敏感地区和跨度较大的节点桥梁，下部基础采用φ1.0 m钻孔灌注桩。一般地段桥梁承台厚1.8 m，比承台常用厚度2.0 m节省混凝土浇筑量约10%。 3 总体控制

本线高架试验段在2002年10月份率先开工，高架区间2003年下旬全面开工，2005年底土建部分完工。

高架区间工程共分3个施工标段、分别由3个设计单位设计。桥梁总体控制工作主要抓了制定把握统一的技术标准、统筹设计方案的审批、总体设计质量的审查与控制、设计配合施工的协调与落实检查等。

在15 km高架区间范围内，计有22条河道，分属市、区水务及航务部门管理，其中有4条航道，3条为区管航道，1条(淀浦河)为市管航道；计有16条道路(含市、区、镇部分规划道路)、4座高架车站以及为避让高压线走廊而设的一段地面

线；整个区间被43个控制节点分割，几乎每隔二、三百米遇到一个设计控制节点。 通用梁跨推荐方案为组合小箱梁。

22条河道、16条道路等节点设计方案属于关键的设计控制要素，只有节点的设计方案稳定之后，才能稳定一般地段的整体设计方案。个别工点的桥式设计方案需要反复多次，征求不同行政管理部门的意见，最终达成一个技术可行且各方满意的方案。

例如，跨嘉金高速公路的桥式立交方案问题。本线与既有沪松公路平行且相距较近，与规划嘉金高速公路正交。原方案嘉金高速公路上跨既有沪松公路、下钻本线(即本线上跨嘉金高速公路)，三者交叉跨越，实施和调整比较棘手，数次协调，僵持未决。桥梁总体在一次方案审查会上提出了一个全新的解决方案：新建的嘉金公路在地面走行，让既有沪松公路和本线平行上跨嘉金公路，获各方一致认可并正式实施。嘉金公路规划红线宽60 m，本线采用(30+45+45+30) m预应力混凝土连续梁跨越。

4 区间通用梁型——双箱单室组合小箱梁

高架区间通用梁型采用两片预制简支箱梁，双箱单室；安装就位后，其上现浇钢筋混凝土桥面板，形成组合箱梁。取标准跨度30 m梁，按照A、B两种梁型分述如下。

A型梁截面形式见图2。图中阴影部分为现浇桥面板和梁端横隔板，两个预制的小箱梁梁高1.8 m，架设到位组合成型后梁高1.9 m。 图2 跨度30 m通用A型梁横断面(单位：cm)

A型梁预制时，跨中预应力布置断面如图3，一片梁采用10束高强度低松弛预应力钢绞线，其中腹板为6束9-7φ5钢绞线、底板为4束6-7φ5钢绞线。 图3 A型梁预应力布置横断面(单位：mm)

B型梁截面形式见图4，图中阴影部分为现浇桥面悬臂板和梁端横隔板，两个预制

小箱梁梁高1.9 m，预制、架设后的梁高不变。 图4 跨度30 m通用B型梁横断面(单位：cm) B型梁立面如图5所示。

图5 跨度30 m通用B型梁立面(单位：cm)

B型梁预制时，跨中预应力布置断面如图6，一片梁采用9束高强度低松弛预应力钢绞线，其中腹板为6束9-7φ5钢绞线、底板2边束为9-7φ5钢绞线、底板正中1束为11-7φ5钢绞线。预应力管道用抽拔橡胶管成形。 图6 B型梁预应力布置横断面(单位：mm)

预制架设组合箱梁在国内轨道交通属于首次采用，作为总体设计院，我们对标准跨度30 m梁A、B两种梁型，使用《钢筋混凝土及预应力混凝土桥计算程序》(PRBP)进行了对比检算分析，主要检算结果摘录见表1、表2。

表1 指标比较名称每片预制梁混凝土/m3吊装重/t现浇混凝土/m3梁部混凝土总用量/m3普通钢筋钢筋重/kg每平方米指标/(kg/m2)30mA型梁45 5113 82671 514505107 430mB型梁53 6134 016 970 513523100 2二者相差8 120 39 21 1982 87 3相差百分比18%18%35%1 5%6 8%6 8%名称预应力钢束预制梁跨中截面预制梁支点截面7ϕ5钢绞线根数7ϕ5钢绞线重/kg每平方米指标/(kg/m2)面积/m2抗弯惯性矩/m4面积/m2抗弯惯性矩/m430mA型梁78269419 961 30 5351 9460 66330mB型梁83284021 041 6760 7452 5320 959二者相差5 0146 01 10 30 20 60 3相差百分比6 4%5 4%5 4%23%39%30%44 6%半幅桥桥面面积(m2)：135

表2 计算结果比较名称预加应力阶段锚下控制应力/MPa预制梁收缩徐变上拱度/cm预制梁上拱度/cm预制梁上缘最小应力/MPa预制梁下缘最大应力/MPa部位跨中近跨中近跨中30mA型梁0 72fpk13391 214 360 2520 1930mB型

梁0 75fpk13951 174 5-0 4421 26二者相差55 80 040 10 71 1相差百分比4 2%3 3%3 2%276 0%5 3%名称运营阶段恒载运营阶段活载预制梁收缩徐变上拱度/cm预制梁上拱度/cm预制梁上缘最小应力/MPa预制梁下缘最大应力/MPa静活载最大挠度/cm预制梁上缘最大应力/MPa预制梁下缘最小应力/MPa部位跨中跨中30mA型梁1 312 885 2810 13-0 968 593 9530mB型梁2 294 174 0311 42-1 007 405 18二者相差1 01 31 21 30 041 21 23相差百分比74 8%44 8%23 6%12 7%4 2%13 8%31 0%

跨度30 m A型梁在梁端设置防震落梁榫头，B型梁在梁端底面设置防震落梁挡块。两者支座的纵向位置略有相差。 检算结论：

①由指标比较表可以看出，两者小箱梁混凝土总用量相差不大，但A型预制梁重较小(梁高欠10 cm后浇)，有利于吊装；预应力钢束用量A型梁比B型梁略小，但钢筋用量却略大。因此，两种小箱梁造价比较接近。

②传力锚固阶段及运营阶段，混凝土上、下翼缘应力满足桥规要求，运营阶段钢束应力满足桥规要求。

③A型预制梁截面较小，二次浇筑混凝土较重，混凝土收缩徐变产生的上拱度较小，承轨台浇筑完成后，收缩徐变几乎为零，总位移为2.88 cm。B型梁在承轨台浇筑完成后，混凝土收缩徐变变形为4 mm，总位移为4.17 cm，总位移稍大。 ④建议B型梁将锚下张拉控制应力(0.75fpk)适当减小，降低梁体上拱总位移。 5 节点特殊桥梁——钢混连续结合梁

泗陈公路在九亭方向与沪松公路“Y”字型相交，本线高架走向在其交口处从泗陈公路南侧转到沪松公路东南侧，以斜交角74°跨越沪松公路，桥式采用(54.27+72.02+54.27)m钢混连续结合梁，桥梁为区间最大桥跨。

钢混结合梁桥应用广泛，与钢桥相比具有节约钢材、降低建筑高度、减少冲击、耐疲劳、降低噪音、维修工作较少等优点；与钢筋混凝土桥相比具有重量轻、制造安装容易、施工速度快、工期短等优点。本桥主跨达72 m，跨越斜交角度很大的沪松公路，以较低建筑高度、简洁的桥梁轮廓线条与两端钢筋混凝土箱梁桥相协调，总体设计方案较佳。

桥梁平面位于半径为1 000 m的圆曲线上，部分位于半径为10 000 m的竖曲线上，高差仅14 mm。所以梁体按平坡设计，竖曲线通过承轨台来调整，桥面宽9.554 m，结构中线至曲线外侧边缘为4.673 m，至曲线内侧为4.881 m，钢梁与混凝土桥面板平面均按曲线设计。

本桥钢梁采用双箱单室箱梁，便于工厂制造、运输及安装，梁高3.5 m，两箱梁中心距为4.146 m，箱梁中心线与上、下行线路中心线重合。两箱梁之间沿纵向每隔6 m左右设置横梁，将两箱梁连成空间结构以增加桥梁的整体刚度。主梁分段制造，工地拼接。为便于布置抗剪栓钉，箱梁上翼缘采用工地对接焊，腹板及下翼缘采用高强度螺栓拼接。后期现浇钢筋混凝土桥面板底面及顶面均设计成水平；桥面板厚度为0.3 m，结合梁全高为3.8 m。

箱梁断面见图7，图中阴影部分为现浇钢筋混凝土桥面板。 图7 钢混连续结合梁横断面(单位：mm)

钢混简支结合梁在业内应用较多，也符合钢混两种材料的受力特点；钢混连续结合梁实施较少，跨沪松公路总长180 m钢混连续结合梁桥在国内轨道交通尚无先例，严格控制负弯矩区桥面板混凝土裂缝及裂缝宽度，是连续结合梁桥耐久性和安全的关键。

根据上海市市政建设规定，主跨超过50 m的桥梁设计方案需要通过专家评审。为此，桥梁总体设计单位积极配合并协助业主，委托上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司对本桥施工图开展第二方验算分析，提出咨询报告，并要求对桥梁施工方

案提供建设性意见。 咨询报告主要结论如下：

本桥钢梁荷载组合应力为230.1 MPa，小于控制应力241.5 MPa；列车轻轨竖向挠度为32.8 mm，小于规范值48 mm，竖向刚度较好；无缝线路长钢轨纵向力、支座不均匀沉降等，对桥梁结构影响较小。负弯矩区混凝土桥面板的裂缝宽度偏大，为确保桥梁的耐久性，应施加纵向预应力。

本桥混凝土桥面板在负弯矩区原设计为普通钢筋混凝土结构，桥面板受力后允许开裂，通过采用强配筋控制裂缝宽度来满足桥规。根据咨询报告对此作了重要修订，实施方案的桥面板混凝土采用分段浇筑，先浇筑负弯矩区段桥面板混凝土并对其施加纵向预应力，混凝土龄期达到30d后再浇筑其余桥面板混凝土(即正弯矩区段)。无预应力区段的桥面板布置纵向普通钢筋控制裂缝宽度。 此外，本桥桥式方案在报交警部门审批时还作过较大调整。

原桥式方案为桥梁主跨一跨过沪松公路。沪松公路道路红线宽35 m，机动车道宽16 m，主跨可以满足机动车道(16 m)要求；在公路的机、非分隔带上设桥墩，规划、公路管理等部门表示同意。但交警部门提出异议，认为此方案了将来机动车道可能的拓宽，要求在道路中心筑岛设桥墩，将机动车道分隔成两幅，为将来拓宽留有余地。为此，桥梁的三跨格局不变，路中设墩，跨度微调，但桥下既有道路需要作重新布置和翻建。在满足了各方要求后，通过批复。 6 结束语

上海市轨道交通9号线一期工程高架区间从设计到配合施工，在总体技术管理、总体质量控制等方面进行了规范的工作，使区间工程建设进展顺利。在初步设计阶段，组织了充分的方案比选，推荐设计方案获专家好评；在招标施工图、施工图设计阶段总揽设计方案的报批、调整与优化，确保了工程施工顺利推进；在配合施工阶段，深入现场巡查，主动协调相关各方，根据现场发生的新情况，及时解决问题。

制定区间高架统一技术标准，通过会议协商、总体文件、工作联系单、总体审查意见、设计质量体系第二方检查等方式形成总体设计质量控制机制。对重要的结构进行复核检算，确保特殊创新结构设计有双保险；协调落实施工中需要设计及时跟进的配合，保证工程进度；作为工程质量四方验收单位之一，从设计的角度把好工程质量关。

重点介绍了通用预制架设组合小箱梁、节点大跨钢混连续结合梁等创新设计。此外，高架桥梁的支座采用了本线专用的特设支座，护栏采用预制钢筋混凝土遮板与轻质高强度的镀铝锌彩钢板组合设计，个别噪声敏感区段除在护栏位置安装声屏障外，特设了新型减振降噪弹性浮置板整体道床等。 参考文献

[1]GB50157—2003 地铁设计规范[S] [2]J10325—2004 城市轨道交通设计规范[S] [3]TB10002.5—99 铁路桥涵地基与基础设计规范[S]

[4]TB10002.3—99 铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范[S] [5]TB10002.2—99 铁路桥梁钢结构设计规范[S] [6]TBJ24— 铁路结合梁设计规定[S] [7]TB10203—2002 铁路桥涵施工规范[S]