有轨电车项目中改造公路桥梁的分析

杨 林 董瀚潞

(中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

1 概述

现代有轨电车系统是介于地铁系统与公共汽车系统之间的一种新型交通系统，对城市轨道交通系统起辅助、完善作用，同时在主要功能区之间起公交骨干作用。目前，国内多数一线城市已建设有轨电车系统，许多二线城市也在积极建设中，发展前景非常广阔。

现代有轨电车线路一般敷设于地上，以路基和桥梁为主。运营模式为区间独立路权，道路交叉口混合路权。有轨电车线路沿既有市政道路敷设时，需要满足道路交通、市政景观、经济安全等各方面要求。市区内跨路口、跨河的公路桥梁较多，线路与公路桥梁的关系密切，当遇到既有桥梁时，需做出改造利用或新建绕行的抉择。

2 工程背景

都江堰市旅游客运专线工程采用了现代有轨电车体系，线路整体由北向南，主要位于幸福镇、玉堂镇、中兴镇、青城山镇，连接了离堆公园片区、滨江新区、中兴片区、青城山片区等区域，与成灌铁路共同构建了都江堰市的公共交通网络体系。线路全长约20.3 km，其中路基段约18.0 km，新建桥梁段约1.2 km，改造既有桥梁段约1.1 km。该项目现正在施工，预计2020年通车运营。

某既有桥梁节点处，线路沿路中敷设，若提前改至路侧以新建专用桥梁通过，一方面会加大道路两侧拆迁，另一方面有轨电车由路中转向路侧，需设置独立运行相位，路口存在延误，影响行车流畅。因此在设计过程中，从线路流畅、节约用地及工程投资等角度出发，计划改造利用该既有桥梁。

3 改造方案比选

目前，国内有轨电车的项目中，涉及到既有桥梁改造利用的方法主要有三种。

1)直接利用。若桥梁建设年代较近，能满足有轨电车荷载下的结构安全与结构刚度等相关要求，则仅对桥面进行改造，在桥上采用嵌入式轨道或者直铺轨道方案，梁体及下部结构直接使用。该方法能最大限度的利用既有桥梁，使市政道路与有轨电车线路结合紧密，保留了公路与有轨电车的混行条件。

2)加固后利用。若桥梁建设年代较早，目前性能接近运营有轨电车的要求，此时可考虑选择适宜的加固处理技术进行加固，待加固后再改造利用。该方法能较好的适应线路走向，减少桥梁拆除对交通的影响，但在实际项目中的操作周期及工程成本较高。

3)新建桥梁。若桥梁性能不佳，线路受周边条件控制绕行困难，则在有轨电车限界范围内的桥梁上、下部结构，包括基础，宜采用全部新建；既有桥的其余部分需进行桥面处理、附属设施改造等，该方法有轨电车安全性能得到保障，但实施过程对现状交通影响较大，造价高。

以上既有桥梁的改造方案各有利弊，鉴于本项目为旅游客运专线，工程建设对环境的影响应尽量减少，线路与周边环境应和谐统一；同时考虑到工程建设进度的需求，对多数既有桥梁均考虑直接改造利用。

4 改造可行性研究

4.1 荷载对比

本既有桥上部结构为1×25 m的预应力钢筋混凝土简支小箱梁，横向由6片梁组成，道路全宽15 m；桥梁横向布置为：0.5 m(护栏)+14(行车道)+0.5 m(护栏)；设计荷载为公路—Ⅰ级。下部结构桥台为轻型桥台，基础为钻孔灌注桩基础，如图1所示。

在JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范中，车辆荷载轴重的标准值，后轴为140 kN，轴间距为1.4 m，轮距1.8 m。而本项目有轨电车采用的车辆平均轴重为125 kN，轴间距为1.8 m，轨距为1.435 m。对本桥而言，公路车辆荷载的冲击系数(1+μ)=1.29；有轨电车竖向荷载动力系数(1+μ)=1.22。桥面局部改造为有轨电车系统后，改造范围内二期恒载增加值约10.2 kN/m，占桥梁结构恒载的比重较小。

经以上对比可以看出，本线有轨电车的轴重及布置与公路车辆荷载具有一定程度的相似性；改造后引起的二期恒载变化幅度较小。本线有轨电车系统具备改造利用既有城市桥梁的可行性基础。

在此基础上，还应对需要改造利用的既有桥梁结构进行理论验算分析，并委托有资质的专业单位对既有桥梁进行结构材料状况检测及荷载试验检查，确保方案的安全可靠。

4.2 模型分析

根据CJJ 242—2016城市道路与轨道交通合建桥梁设计规范的规定：“对同时承受城市道路与轨道交通荷载作用的结构，应按现行行业标准CJJ 11城市桥梁设计规范的规定，进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计”。故本模型采用极限状态法进行验算。模型的输入参数均以桥梁竣工图为准，模型静力分析采用Midas/Civil 2017空间桥梁专用程序，全桥共划分为162个节点，201个单元。该桥有限元计算模型见图2。

动力放大系数按汽车和列车荷载分别计算并取较大值。经验算，该既有桥在同时承受轨道交通和道路活载时，各小箱梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下，正截面和斜截面的各项抗力验算及应力验算指标均满足现行规范要求。

以正截面抗弯承载力为例，轨道交通和道路活载作用下3号梁的组合效应设计值均小于构件承载力设计值，见图3。

在验算桥跨结构变形时，考虑混凝土的弹性模量在多次重复荷载作用后降低约20%～25%，截面刚度按0.8EcI计算。3号梁在设计静荷载(汽车与列车荷载)作用下，最大挠度值发生在跨中，约为6.53 mm，挠跨比为1/3 828，其值满足《城市道路与轨道交通合建桥梁设计规范》的要求。

4.3 桥梁检测分析

本桥经专业单位进行了静载和动载试验检查。静载试验是将静荷载作用在桥梁指定的位置，对结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量进行测试，从而对结构在荷载作用下的工作性能和使用性能作出评价。动载试验是为了测定桥梁结构的动力特性(频率、振型、阻尼比)及动力响应(加速度时程曲线、冲击系数)等，以便对桥梁结构做出全面客观的评价。

静载试验以桥梁跨中横截面为应变测试截面；以3号梁为例，其跨中截面在满载作用下，底面应变随荷载变化如图4所示。

底面应变的变化与理论计算值趋于一致，且均小于理论计算值，说明结构的实际强度较高；卸载后测点的应变基本恢复，说明桥梁仍处于弹性工作状态。

在满载作用下，3号梁顺桥向支点、1/4跨、1/2跨、3/4跨位置的挠度实测值与理论值对比如图5所示。

各点挠度的实测值均小于理论计算值，说明结构的实际刚度较高。满载状态下桥面实测线形平顺，变形值与计算值基本一致，结构变形正常。

在裂缝测试过程中，主要承重构件主要受力部位附近均未发现裂缝。

动载试验结果中，结构基频实测值(5.76 Hz)大于理论计算值(4.49 Hz)，表面结构实际刚度大于理论刚度；其余各项动力特性指标也在正常值以内。通过静载和动载试验，表明该既有桥的强度和刚度均满足“公路—Ⅰ级”荷载作用下的正常使用要求。

通过上述分析，此既有桥梁性能良好，能满足在汽车和列车荷载作用下的使用要求；既能使行车线路流畅，又节约用地及工程投资，最终设计方案采用改造该既有桥。

5 结语

1)目前国内既有城市桥梁(按04公路规范及后续新规范设计建造的)，虽然具备一定的改造基础，但在有轨电车项目中，应视情况而定。在线路能绕行的情况下，可优先选用新建桥梁供有轨电车通行。改造利用既有桥梁应考虑对原有桥梁通行能力的影响。本节点桥的设计中，道路权属部门也在升级拓宽道路，恰好解决了有轨电车占用中间车道后对原通行能力的影响。

2)有轨电车项目中，对市郊中小桥梁，改造方案相对可行。而市区繁忙节点的大中型桥梁，改造、拼宽工程量大，造价成本高、施工周期长、社会反响大，此时选择改造方案时宜慎重，须进行多方面的影响论证，确保方案可行。

3)改造后的桥梁，既运行汽车又运行有轨电车，运营期的安全风险高。应通过开展工程安全风险评估，制定有效的应对桥梁风险的对策，完善桥梁风险管理体系，从而做好桥梁的运营、维护、安全监控等方面工作，提高桥梁结构自身安全和交通运行安全的性能。