調(diào)線調(diào)坡設(shè)計以及對線路設(shè)計的啟示

郭俊義

(北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

1 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計

地鐵線路調(diào)線調(diào)坡設(shè)計，是在結(jié)構(gòu)主體如車站主體、區(qū)間盾構(gòu)或明挖段施工完成后，根據(jù)實測斷面數(shù)據(jù)所進(jìn)行的線路平面和縱斷面調(diào)整設(shè)計。由于是工程地質(zhì)原因或重大工程失誤造成線路重大偏離情況下的一種挽回手段，應(yīng)盡量避免。調(diào)線調(diào)坡作為整個地鐵設(shè)計過程中的一個中間環(huán)節(jié)，提供了穩(wěn)定的線路設(shè)計資料，將作為后續(xù)設(shè)計的依據(jù)，如軌道綜合圖設(shè)計、牽引計算、信號系統(tǒng)設(shè)計、接觸網(wǎng)設(shè)計等。最重要的是，經(jīng)過調(diào)線調(diào)坡設(shè)計后，穩(wěn)定了軌面標(biāo)高和平面位置，之后方可進(jìn)行車站站臺板和軌頂風(fēng)道施工。在某城市地鐵1號線施工過程中，由于缺乏經(jīng)驗，某些車站在沒有做該項工作前就完成了站臺板和軌頂風(fēng)道的施工，造成了一些返工。所以，調(diào)線調(diào)坡設(shè)計是地鐵設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，必須引起重視。

由于施工中難免有這樣那樣的施工誤差，甚至施工人員未理解設(shè)計意圖就盲目施工，造成人為錯誤。筆者結(jié)合實際工作，對于調(diào)線調(diào)坡設(shè)計過程中碰到的一些問題的解決方法進(jìn)行一些總結(jié)，希望對今后的地鐵設(shè)計和施工給予幫助。

2 竣工測量內(nèi)容

根據(jù)以往的經(jīng)驗，竣工測量首先制定出技術(shù)要求，名稱一般為《XX市地鐵X號線竣工測量技術(shù)要求》。對測量中的控制點(diǎn)引入、測量精度、測點(diǎn)間距、不同的結(jié)構(gòu)斷面型式對應(yīng)的斷面測點(diǎn)位置等，進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。這些斷面型式主要包括:矩形隧道、圓形隧道、地下島式站臺、U型槽結(jié)構(gòu)、雙線馬蹄形隧道、雙線高架橋面、高架側(cè)式站臺車站等類型。對不同斷面型式繪制了測點(diǎn)圖和制定了針對每種類型的固定表格(Excel格式)?？⒐y量的成果一方面用于線路調(diào)線調(diào)坡，另一方面用于限界檢查，設(shè)備安裝、工程驗收等。

3 調(diào)線調(diào)坡原因

3.1 地下車站端部盾構(gòu)鋼環(huán)位置錯誤

車站端部盾構(gòu)鋼環(huán)是盾構(gòu)始發(fā)和接收點(diǎn)。施工中主要出現(xiàn)兩種錯誤:一是平面位置錯誤，二是豎向位置錯誤。平面錯誤主要原因是:如果該段為曲線段，由于曲線外軌超高的影響，隧道中心線與線路中心線之間有一定的偏移量。部分施工單位沒有經(jīng)驗，錯誤地把線路中心線作為盾構(gòu)中心線，造成錯誤。偏移量計算公式為

式中，d為隧道中心線與線路中心線的偏移值，mm;h為外軌超高值，mm;h0為隧道中心與軌面的垂向距離(對于B型車為1860 mm);s為軌距，取1500 mm。例如，如果超高值為45 mm，則偏移量為55.8 mm。為了避免平面位置錯誤，線路設(shè)計人員盡量在車站范圍內(nèi)采用直線，一是方便盾構(gòu)始發(fā)，二是施工單位不容易出錯。另外，區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在施工交底時，對于曲線段需特別強(qiáng)調(diào)。

對于豎向位置錯誤，主要原因是沒有考慮豎曲線改正值。地下車站坡度一般為2‰，出站后區(qū)間一般設(shè)置為動力坡。為了讓動力坡起作用，變坡點(diǎn)應(yīng)盡量靠近車站，所以盾構(gòu)鋼環(huán)位置一般設(shè)在豎曲線上，如果沒有考慮豎曲線，則會造成誤差。例如，按坡度代數(shù)差27‰，豎曲線半徑 R=3000，則豎曲線改正值約為0.27 m。對于豎向位置錯誤必須引起設(shè)計和施工人員高度重視，設(shè)計人員需保證設(shè)計圖紙數(shù)據(jù)正確，特別是線路專業(yè)給建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙會簽時應(yīng)特別注意該處的標(biāo)高，另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在施工交底時也應(yīng)強(qiáng)調(diào)鋼環(huán)處的標(biāo)高值，施工單位更要重視該環(huán)節(jié)，避免出錯。

3.2 盾構(gòu)施工誤差

盾構(gòu)施工同樣會存在水平和豎向誤差，產(chǎn)生誤差的原因主要有:盾構(gòu)推進(jìn)技術(shù)、地質(zhì)情況復(fù)雜以及對上部建筑物分析不清楚等。推進(jìn)技術(shù)方法因施工單位缺乏經(jīng)驗，特別是小半徑曲線(如半徑R=300 m)，難以掌握好推進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)生水平向誤差較大;地質(zhì)復(fù)雜和上部建筑物的影響是因為南方地區(qū)，土層含水量比較高，抗浮問題解決不好，盾構(gòu)就會產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。另外，在建筑物下方推進(jìn)時，也容易產(chǎn)生低頭現(xiàn)象。盡量避免小半徑曲線，對于下穿建筑樁群時，不宜采用最大坡度(如30‰)，而應(yīng)該有一定的富余量，比如采用25‰，這樣即使產(chǎn)生低頭現(xiàn)象，因推進(jìn)坡度比設(shè)計坡度大，也會有不大于限制坡度的調(diào)坡條件。

4 調(diào)線調(diào)坡最大利用空間

4.1 區(qū)間盾構(gòu)斷面分析

根據(jù)某線B型車直線地段盾構(gòu)限界資料，盾構(gòu)實際內(nèi)徑5.5 m，建筑限界直徑為5.2 m。施工誤差、測量誤差、變誤差形考慮了0.15 m(半徑方向)。所以，從這個角度分析，盾構(gòu)上下左右均有0.15 m的允許誤差。

4.2 關(guān)于A型車和B型車

A型車和B型車高度一樣，均為3.8 m。A型車寬度為3.0 m，B型車寬度為2.8 m。目前，盾構(gòu)尺寸一般為半徑3.1 m(直徑6.2 m)的圓。既然能適應(yīng)A型車限界，對于B型車，則左右均有0.1 m的富余量。

4.3 關(guān)于軌道高度

軌道高度(豎向向下可利用空間)車站內(nèi)一般為560 mm，隧道內(nèi)軌頂距離建筑限界底高度為740 mm，實際也是560 mm高度。對于軌道高度，特殊情況下最小可以到420 mm，也就是可以減少140 mm。所以，豎向可以有向下140 mm的空間。但是，對于減振地段特殊情況，需根據(jù)實際情況具體分析。在實際工作中，特殊減振地段采用浮置板道床減振，結(jié)構(gòu)高度可最小減少至700 mm，也就是僅僅可從740 mm減少40 mm。

4.4 關(guān)于接觸網(wǎng)高度

對于接觸網(wǎng)供電方式，接觸網(wǎng)高度(豎向向上可利用空間)一般為距軌面4040 mm，在正常情況下，軌面至結(jié)構(gòu)頂高度為4610 mm。特殊情況下高度可以減少，根據(jù)限界計算，軌面至實際結(jié)構(gòu)頂最小距離可按4360 mm控制，豎向向上也有250 mm的調(diào)整空間，若僅僅考慮建筑限界，向上可調(diào)整(250－150)100 mm。

4.5 綜合分析

根據(jù)以上分析，左右可以有(150+100)250 mm的調(diào)整誤差;豎向向上有(150+100)250 mm的調(diào)整量;向下均有(150+140)290 mm的調(diào)整量。調(diào)線調(diào)坡設(shè)計，就是要利用這些空間進(jìn)行線路的再設(shè)計。

5 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計

1)檢查每個斷面的測量數(shù)據(jù)是否滿足限界要求。限界專業(yè)人員對每個斷面進(jìn)行分析判斷，檢查誤差是否在可利用空間范圍之內(nèi)。如果不能滿足限界要求，則將成果提交給線路專業(yè)人員，進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡設(shè)計。工作中，如發(fā)現(xiàn)有些個別地段侵限，一般也不進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡，而是通過對斷面特殊處理，使得設(shè)備滿足限界要求。

2)檢查每個斷面的測量數(shù)據(jù)是否滿足軌道專業(yè)要求。軌道專業(yè)人員對每個斷面進(jìn)行分析判斷，檢查誤差是否在可利用空間范圍之內(nèi)，如果不能滿足軌道高度，則將成果提交給線路專業(yè)人員，進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡設(shè)計。

3)縱斷面調(diào)整(調(diào)坡設(shè)計)。為了進(jìn)行縱斷面調(diào)坡設(shè)計，首先在原縱斷面圖中繪制實測軌頂標(biāo)高線。然后繪出縱斷面調(diào)整范圍線，即繪制出豎向上下可調(diào)范圍線，范圍為本文4.5節(jié)中分析的可利用豎向空間。上下各繪制一條，這樣圖中就繪出了3條線。調(diào)整縱斷面設(shè)計就是在滿足規(guī)范的前提下，坡度線始終在上下兩條線之間進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后再次提交線路設(shè)計數(shù)據(jù)給軌道和限界專業(yè)人員進(jìn)行復(fù)核，這樣反復(fù)幾次直到滿足要求為止(見圖1)。

4)平面調(diào)整(調(diào)線設(shè)計)。為了進(jìn)行平面調(diào)線設(shè)計，首先在原平面圖中繪制實測盾構(gòu)中心線，再根據(jù)線路中心線和盾構(gòu)中心偏移量繪制出實測的線路中心線。然后，繪制出左右可利用空間范圍線，繪制方法是用CAD的offset命令，間距就是在4.5節(jié)中分析的左右可利用的空間值，繪制后圖中就有3條線。調(diào)線設(shè)計就是在滿足規(guī)范的情況下，進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直到設(shè)計線路中心線始終在左右兩條可利用空間范圍線內(nèi)，就完成了調(diào)線設(shè)計。調(diào)完后需要限界、軌道專業(yè)人員進(jìn)行再復(fù)核，若均滿足規(guī)范要求，則作為最終調(diào)線調(diào)坡成果。

圖1 某工程調(diào)坡設(shè)計

6 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計軟件自動化處理

由于竣工測量數(shù)據(jù)量比較大，而且數(shù)據(jù)表格有規(guī)范的格式，適合進(jìn)行軟件開發(fā)，作為調(diào)線調(diào)坡輔助設(shè)計工具，可避免人工出錯，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。圖2是作者開發(fā)的調(diào)線調(diào)坡軟件用戶界面，主要有三部分功能:一是對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，這里主要檢查表中的設(shè)計數(shù)據(jù)等;二是繪制縱斷面實測線及用最小二乘法模擬坡度線;三是繪制平面實際中心線。

具體包括:① 制訂標(biāo)準(zhǔn)化竣工測量表格，以便計算能統(tǒng)一處理數(shù)據(jù);②可視化數(shù)據(jù)輸入、修改;③復(fù)核測量單位提交報告中的設(shè)計數(shù)據(jù);④給出測量的每個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)許誤差值，如果設(shè)計值和實測值不在該準(zhǔn)許范圍時，將測量表格中的數(shù)據(jù)字體變?yōu)榧t色，進(jìn)行報警;⑤對于需要調(diào)整的線路坡度，可根據(jù)實測數(shù)據(jù)分段進(jìn)行坡度擬合，在滿足限界要求的情況下，最大化減少地誤差;⑥對于需要調(diào)整平面的，將實測結(jié)構(gòu)中線坐標(biāo)繪制到線路平面設(shè)計圖中，根據(jù)允許誤差值，繪制出可調(diào)整的范圍線，設(shè)計人員在允許調(diào)整范圍內(nèi)進(jìn)行平面的再設(shè)計。設(shè)計完成后，由于里程的變化，需重新調(diào)整縱斷面。調(diào)線調(diào)坡軟件界面見圖2。

圖2 調(diào)線調(diào)坡軟件界面

7 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計對線路設(shè)計啟示

7.1 關(guān)于車站兩端豎曲線位置

《地鐵設(shè)計規(guī)范》里提倡縱斷面設(shè)計為節(jié)能坡，也就是出站下坡，進(jìn)站上坡。車站坡度一般為2‰，相鄰一般為25‰左右的下坡，豎曲線切點(diǎn)不能進(jìn)入站臺。那么，切點(diǎn)到有效站臺邊距離是不是越小越好呢?未必。因為如距離過小在某些情況下會難以進(jìn)行調(diào)坡設(shè)計。車站結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)上浮，車站內(nèi)軌面需要整體上移，在這種情況下，如果原豎曲線過于靠近車站，則上浮后豎曲線切點(diǎn)向車站內(nèi)靠攏，有可能不能滿足規(guī)范要求。這里簡單進(jìn)行分析，如果上移0.15 m。車站兩端坡度若為25‰，則水平偏移為6 m。因此設(shè)計時，建議豎曲線切點(diǎn)距離車站有效站臺端預(yù)留10 m的距離富余量，這樣既滿足動力坡需要，又能滿足可能的調(diào)線調(diào)坡需要。

7.2 對于下穿建筑物

根據(jù)某施工單位推進(jìn)經(jīng)驗，下穿建筑物時(包括下穿建筑物樁基的情況)，盾構(gòu)容易“栽頭”，難以控制坡度，往往推進(jìn)的比實際的坡度大，原設(shè)計坡度為28‰，結(jié)果實際完成的坡度為40‰，造成調(diào)坡非常困難。所以在這種情況下，坡度不要用到最大坡度，應(yīng)采用25‰左右的坡度，使最大限制坡度(30‰)有一定富余量，一旦施工誤差較大，也可在滿足規(guī)范情況下調(diào)線調(diào)坡。

7.3 盡量避免“半徑小曲線長”的曲線

對于缺乏經(jīng)驗的施工單位，在推進(jìn)這類曲線時出現(xiàn)誤差較大，在糾偏時如果沒經(jīng)驗會推成S彎，使得線路難以調(diào)線。對線路設(shè)計人員啟示是:在選線過程中應(yīng)盡量沿道路紅線，避免從一條道路轉(zhuǎn)向垂直的另一條道路，這樣的近乎90°的彎道往往半徑小曲線長，而且切割地塊，也不利于地塊的開發(fā)使用。

7.4 其他體會

1)結(jié)構(gòu)專業(yè)人員應(yīng)切實做好車站兩端豎曲線設(shè)置的施工交底工作。

2)如果車站端部是曲線，設(shè)計交底時，強(qiáng)調(diào)盾構(gòu)中心線和線路中心線的偏移量，避免錯誤。

3)設(shè)計平面和縱斷面時，設(shè)計值不要和規(guī)范要求的最小值非常接近，比如夾直線長度、圓曲線長度等，應(yīng)留有余地，方便調(diào)線調(diào)坡。

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