展示
中国土木工程学会轨道交通分会城市轨道交通技术创新推广项目
U型梁在郑州城郊铁路工程中的应用
第一申报单位：
北京城建设计发展集团股份有限公司
主要完成人：
张学军、阙孜、朱君卿、李文会、吴建忠、刘乐天、刘冰飞、张晓林、杨独、郑海霞、王江、周志亮
主要技术特点
1. 全线工程概况
郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程的起止范围为南四环站至郑州南站，线路主要沿龙湖镇内的老107国道、泰山路、华南城大道以及航空港区内的郑港三路、郑港四街以及迎宾大道敷设，全长约41.16km，其中高架线长约16.03km（高架区间范围为绕城高速站到机场城际站），地下线长约23.86km，过渡段长约1.27km，共设车站18座，平均站间距为2.27km。全线设车辆段、停车场各一座，其中，车辆段位于新老107连接线北侧，京广铁路西侧的地块中，由孟庄路站接轨，占地面积约40公顷，停车场位于郑州南站东南角，占地面积约10公顷。见下图所示。
2. U梁设计概况
U梁构造方案：本工程预制U梁主要以30m跨为主，全线共计1055片预制U梁，梁体最大运架重量191t，梁体混凝土强度等级为C55。U梁梁高1.8m，内腹板为等厚弧线型，厚0.26m；外腹板为外折内弧型，最薄处0.26m。U梁底板厚0.26m，梁端支点处底板厚0.4m。
U梁钢束设计：腹板采用2束通长束，外腹板束7根，内腹板束5根；底板采用8束通长束，每束10根，采用两端张拉。
U梁施工方案：区间U梁施工方法，采用梁场预制，架桥机运架施工，局部地段采用汽车吊和门墩配合架设施工。
3. 设计特点
郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程为郑州市轨道交通第一条以高架方式敷设的线路，本工程高架段穿越郑州龙湖组团和华南城组团，是该区域重要的人文和商业连廊，城市规划中展现了优美的现代城市环境。在总结、借鉴以往高架线经验教训的基础上，发挥高架桥的优势，改善高架桥的弱点，通过结合线路周边的人文、历史、城市规划、周边环境等因素，本着修建环境友好型高架线工程的设计理念，在郑州轨道交通高架桥上首次采用了轨道交通U型梁系统，本工程采用U型梁系统主要优势体现在以下几个方面：
>> 建筑高度低
>> 降噪效果好
>> 建筑造型美观，环境适应性好
>> 经济性好
>> 断面空间利用率高
>> 行车安全
>> 施工方法多样性
总之，U型梁作为一种下承式预应力混凝土空间开口薄壁结构，以其建筑高度低、降噪效果好、建筑造型美观、环境适应性好、经济性好、断面空间利用率高、行车安全、施工方法多样性等优势，使其成为适应城市景观的建筑，实现了安全、耐久、节能、环保、环境友好型工程的设计目标。
高架桥梁整体效果
4. 设计重点、难点
轨道交通高架桥作为城市地面永久性建筑，其结构造型、桥面设备布置、特殊位置的处理方案是否能与城市环境融为一体，是否能达到减振降噪的效果，使其成为适应城市环境的建筑，是本工程的设计重、难点之一。
>> 选择独特结构造型，展现整体景观
>> 特殊位置细节处理，注重细部景观
>> 整合优化桥面设备布置，满足整体景观需求
>> 选择环保结构形式、实现减振降噪
5. 关键技术和创新点
景观创新：根据线路经过位置的特征，将全高架线分为两个区段： 龙湖镇和华南城，采用一段一景的方式；龙湖镇重在文化教育、居住和旅游休闲度假，可以把此段高架定性为交通人文连廊；华南城重在商业开发，可以把此段高架定性为交通商业连廊。线路由北向南沿107国道延伸，再由西向东延泰山路，华南城大道延伸，沿路蜿蜒起伏，犹如一条腾飞的巨龙，融于蓬勃发展的城市及自然之中，是现代化城市的一道空中连廊，体现了“和谐、现代、环保”的城市文化。
桥面系创新：整合优化桥面布置是保证轨道交通系统安全高效运营、控制土建投资、保证桥梁景观的重要环节。充分考虑利用U型梁的内部空间，将桥上通信、信号、电力电缆等设备管线放置于U梁腹板内侧，不再单独设置护栏板。接触网设置在两片梁之间的盖梁上；轨道采用长枕式整体道床；U梁外腹板和内腹板内侧粘贴吸声材料；供电电缆设置在外腹板支架上，通信信号电缆设置在内侧腹板电缆支架上，利用U梁内腹板翼缘顶设置疏散平台和栏杆；两侧腹板顶设置声屏障；设备箱盒设置在声屏障上或内侧腹板上翼缘上；照明灯具或吸声调整块设置在外侧腹板翼缘内侧。
U梁桥面系
重要接口方面的创新：
>> 对于侧式站，站前或站后的双线单渡线和交叉渡线区，首次在岔线区采用4*25m现浇连续大U梁通过，下部结构采用与标准梁区段相同的独柱圆墩。
>> 三线和四线岔区桥梁：一般采用箱形梁，为避免U梁与箱梁相接处出现大的错台现象，导致景观变差，与U梁相接处箱梁可采用变高度箱梁，在满足受力前提下尽量降低与U梁相接箱梁梁高，以减小桥墩高低盖梁高差，同时箱梁采用与U梁外形相同的护栏，实现与U梁的自然过渡。
>> 首次在跨路口采用30+45+30m现浇连续U梁，整体现浇、一次张拉的施工工艺，保证了施工进度，提高了工程质量，并与区间简支U梁接口完美结合，保证了景观的连续性。
>> 首次在郑州地区，将区间桥梁直接搭在车站横梁上，避免了站端设置桥墩，整体景观效果更好。
施工工法方面的创新：
>> 首次在郑州地区轨道交通桥梁施工采用梁厂预制、架桥机运架一体施工，提高了工业化作业的能力，保证了质量，加快了施工进度。
>> 首次采用架桥机施工工法，通过要点施工，采用简支U梁两次上跨京广铁路。
技术成果与应该评价
1. 技术成果评价
本工程高架段穿越郑州龙湖组团和华南城组团，是该区域重要的人文和商业连廊，城市规划中展现了优美的现代城市环境。轨道交通高架桥作为城市地面的永久性建筑，其结构造型、桥面设备布置、特殊节点的处理是否能与城市环境融为一体，使其成为适应城市景观的建筑，实现安全、耐久、节能、环保、环境友好型工程，是轨道交通高架线的设计目标。本工程为郑州市轨道交通第一条以高架方式敷设的线路，我们在总结、借鉴以往高架线经验教训的基础上，发挥高架桥的优势，改善高架桥的弱点，成功采用了U型梁系统（且有诸多创新），既能满足功能的需求，又具有较好的环保和景观效果，能够成为环境友好型的高架线。U型梁作为一种下承式预应力混凝土空间开口薄壁结构，以其建筑高度低、降噪效果好、建筑造型美观、环境适应性好、经济性好、断面空间利用率高、行车安全、施工方法多样性等优势，逐渐成为轨道交通高架桥的一种重要梁型，具有较大的推广价值。
2. 成果应用情况说明
成果已在长春北湖线、济南R1线、青岛蓝色硅谷城际轨道交通等工程中得到了成功推广应用。
U梁架桥机施工
经济效益和社会效益评价
1. 直接经济效益
经济是工程建设需重点考虑的因素，经济对比是方案对比的重要内容之一。在相同线路条件下，当项目工程量达到一定规模时，综合考虑各项因素后，采用30m跨度标准梁要比较小跨度标准梁具有更低造价，而且在同样跨度下，U型梁方案要较箱型梁方案更具有经济性。
U型梁对比箱梁截面尺寸小，梁部一期恒载和二期恒载重量轻，可节约土建造价。U型梁腹板降噪作用基本可以到达3米高声屏障的效果，以结构100年使用寿命，声屏障15年的使用寿命计算，在100年寿命期内，声屏障需要更换5次以上，大幅度降低了高架线环保工程造价和全寿命周期运营成本，直接经济效益明显。
2. 社会效益
U型梁系统的环保景观效果明显，有利于提高轨道交通高架线环境适应性，已经为越来越多的市民、地方政府及轨道交通建设方所青睐，成为新一代的轨道交通高架线系统。采用预制U型梁还有许多其他目前尚无法或不易定量分析的效益，主要包括减少城市污染，降低噪声、改善景观，促进本工程沿线的综合开发，土地增值等社会效益等，因此推广U型梁系统意义重大。
钢筋笼吊装
