地鐵調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)方法探討

周 旭

地鐵調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)方法探討

周 旭

城市地鐵工程土建完工后，為消除施工誤差、滿足限界要求，需對(duì)區(qū)間隧道、橋梁及車站等土建工程進(jìn)行限界檢核，并需對(duì)線路原有設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡。文章就線路平縱斷面、曲線超高等調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)方法以及設(shè)備尺寸和安裝位置調(diào)整等進(jìn)行探討。

地鐵線路；調(diào)線調(diào)坡；設(shè)計(jì)方法；探討

城市地鐵工程的建設(shè)中，由于施工誤差、結(jié)構(gòu)沉降、變形等因素，完工后的區(qū)間隧道、橋梁或多或少將偏離原設(shè)計(jì)位置，部分偏離較大的地方難以滿足限界要求，為避免返工或整改引起新的工程量和投資的增加，需要通過調(diào)整線路平、縱斷面等方式，使設(shè)計(jì)滿足工程現(xiàn)狀，消除施工誤差，滿足限界要求。本文重點(diǎn)對(duì)區(qū)間線路調(diào)線調(diào)坡方法以及設(shè)備調(diào)整進(jìn)行總結(jié)、分析。

1 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)原則

1.1 平面調(diào)整原則

在進(jìn)行線路調(diào)線調(diào)坡之前，需對(duì)完工后的隧道進(jìn)行貫通測(cè)量，測(cè)量斷面間距5 m。測(cè)量以原有設(shè)計(jì)線路中線為基準(zhǔn)，計(jì)算測(cè)量斷面上各測(cè)點(diǎn)的限界距離，其中，測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量由限界專業(yè)根據(jù)車輛限界及設(shè)備限界選定。

對(duì)于圓形隧道和區(qū)間單線橋，隧道測(cè)量斷面設(shè)置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，橋梁斷面設(shè)置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，這些測(cè)點(diǎn)均為設(shè)備安裝的最不利點(diǎn)。將這些測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與限界值進(jìn)行比較，確定其是否滿足限界要求，若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)小于限界值較多，超出了限界的富余，則需進(jìn)行線路調(diào)整（圖1、2）。

圖1 圓形隧道斷面測(cè)點(diǎn)分布圖 （單位：mm）

圖2 單線橋斷面測(cè)點(diǎn)分布圖

在曲線地段，限界值應(yīng)考慮加寬。圓形隧道與矩形隧道、高架橋、路基段斷面限界加寬值的計(jì)算方法有所不同，可參見相關(guān)限界計(jì)算方法。

1.2 縱斷面調(diào)整原則

在貫通測(cè)量中，還需對(duì)隧道底板和頂板的高程進(jìn)行測(cè)量，以便核查軌道結(jié)構(gòu)高度和軌上凈空是否滿足軌道設(shè)計(jì)及限界要求。實(shí)際軌道結(jié)構(gòu)高度、實(shí)際軌上凈空計(jì)算：實(shí)際軌道結(jié)構(gòu)高度=設(shè)計(jì)軌面高程-實(shí)測(cè)隧道底板高程；實(shí)際軌上凈空=實(shí)測(cè)隧道頂板高程-設(shè)計(jì)軌面高程。

根據(jù)計(jì)算所得的實(shí)際軌道結(jié)構(gòu)高度、實(shí)際軌上凈空與設(shè)計(jì)軌道結(jié)構(gòu)高度、設(shè)計(jì)軌上限界值比較，實(shí)際值小于設(shè)計(jì)值的區(qū)段需進(jìn)行縱斷面調(diào)整。

2 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)方法

2.1 線路平面調(diào)整

線路平面的調(diào)整主要是調(diào)整直線段的平面線位或曲線段的曲線參數(shù)。

2.1.1 直線段平面線位調(diào)整

在區(qū)間直線段出現(xiàn)同側(cè)施工誤差且誤差值相當(dāng)情況下，進(jìn)行直線段平面線位調(diào)整，使直線段的線路中線與實(shí)際隧道吻合，并在施工誤差較小處擬合新的曲線，與原設(shè)計(jì)線路順接。

2.1.2 曲線段曲線參數(shù)調(diào)整

（1）曲線半徑R調(diào)整。在曲線地段，調(diào)整曲線半徑可改變曲線的線位。半徑越大，曲線曲率越小，線路越向曲線內(nèi)側(cè)偏移；半徑越小，曲線曲率越大，線路越向曲線外側(cè)偏移。根據(jù)施工誤差的實(shí)際情況，選擇調(diào)大或減小曲線半徑，使調(diào)整后的線路盡量與實(shí)際隧道的線路中線擬合。這種方法適用于圓曲線地段及部分緩和曲線地段出現(xiàn)同側(cè)施工偏差的情況。需要注意的是，為了有利于軌道養(yǎng)護(hù)、維修，曲線半徑不宜取得過于零碎，宜取到小數(shù)點(diǎn)后1位。

（2）緩和曲線長(zhǎng)度l調(diào)整。在圓曲線兩端增設(shè)緩和曲線后，圓曲線會(huì)相對(duì)原線位發(fā)生移動(dòng)，圓曲線移動(dòng)量P按式（1）計(jì)算：

式（1）中，l為緩和曲線長(zhǎng)；R為圓曲線半徑。

由式（1）可知，在曲線半徑不變的前提下，加長(zhǎng)緩和曲線長(zhǎng)度l可使圓曲線移動(dòng)量P增加，線路相對(duì)原設(shè)計(jì)線路向曲線內(nèi)側(cè)移動(dòng)；縮短緩和曲線長(zhǎng)度l可使圓曲線移動(dòng)量P減小，線路相對(duì)原設(shè)計(jì)線路向曲線外側(cè)移動(dòng)。因此，可根據(jù)施工誤差的大小和偏差方向，通過調(diào)整緩和曲線的長(zhǎng)度改變圓曲線的移動(dòng)量P，消除施工誤差，調(diào)線前后圓曲線移動(dòng)量P的變化值近似等于施工誤差的數(shù)值。

需要指出的是，緩和曲線長(zhǎng)度的變化將引起緩和曲線及圓曲線的共同偏移，因此，這種緩和曲線調(diào)整適用于整個(gè)曲線地段均存在同側(cè)施工誤差的情況。而在實(shí)際工程中，施工誤差值肯定是具有離散性的，不僅數(shù)值大小不等，偏移的方向也會(huì)變化，在這種情況下可采用不等長(zhǎng)緩和曲線的方式進(jìn)行調(diào)整（加長(zhǎng)一端緩和曲線或縮短另一端緩和曲線），以適應(yīng)不同地段不同的施工誤差。

（3）曲線半徑R和緩和曲線長(zhǎng)度l組合調(diào)整。在大多數(shù)情況下，單一調(diào)整曲線半徑R或緩和曲線長(zhǎng)度l很難完全消除施工誤差，因此，需要在調(diào)整緩和曲線長(zhǎng)度的同時(shí)，結(jié)合曲線半徑的調(diào)整，以達(dá)到消除施工誤差的目的。

曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)度綜合調(diào)整時(shí)存在2個(gè)變量，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可根據(jù)緩和曲線切線支距Y的計(jì)算公式（2）進(jìn)行試算：

式（2）中，L為緩和曲線上任意點(diǎn)至曲線起點(diǎn)ZH（或終點(diǎn)HZ）的距離。

在曲線交點(diǎn)不變的前提下，某一點(diǎn)的施工誤差D近似等于該點(diǎn)調(diào)線前、后曲線的切線支距Y前、Y后之差，即：

式（3）中，R前、l前分別為調(diào)線前的圓曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)；R后、l后分別為調(diào)線后的圓曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)。

計(jì)算中選擇某幾個(gè)測(cè)量斷面處的D和L，采用試算的辦法，在R前、l前數(shù)值附近試取R后、l后，帶入公式（3）試算，選取合理的曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)度的組合值，即可達(dá)到調(diào)整線路消除施工誤差的目的。

（4）交點(diǎn)位置及曲線參數(shù)調(diào)整。對(duì)于某些施工誤差較大的地段，需要同時(shí)調(diào)整交點(diǎn)的位置及參數(shù)，此種情況較為復(fù)雜，一般采用作圖法進(jìn)行線路的擬合和調(diào)整，需要經(jīng)過多次的試算方能達(dá)到目的。

在線路平面調(diào)整后，需要根據(jù)新的線路中線坐標(biāo)和高程，重新進(jìn)行橫斷面測(cè)量，以檢核調(diào)整后的線路是否滿足限界要求，若依然存在較為嚴(yán)重的侵限，則需重新進(jìn)行線路調(diào)整。

2.1.3 曲線超高h(yuǎn)調(diào)整

根據(jù)施工誤差值的大小及曲線參數(shù)，在部分出現(xiàn)施工誤差的曲線地段采用調(diào)整曲線超高值的方式，可在一定程度上消除誤差。對(duì)于圓形隧道，曲線地段由超高引起的限界加寬量A按公式（4）計(jì)算：

式（4）中，h0為隧道中心線至軌面的豎向距離，B型車一般取值1 820 mm；h為軌道超高值；s為滾動(dòng)圓間距，一般取值1 506 mm。

GB50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定“設(shè)置的最大超高應(yīng)為120 mm，未被平衡超高允許值不宜大于61 mm”，因此，在滿足規(guī)范的情況下，可以調(diào)整侵限地段曲線的超高值，使之存在一定量的欠超高，進(jìn)而減小限界加寬量，使原本侵限的地段滿足限界的要求。

根據(jù)公式（4），在不影響列車運(yùn)行速度的條件下，通過調(diào)整超高可使超高引起的限界加寬量A減小1 820×61/1 506＝73.7 mm，這可大大改善限界對(duì)于已實(shí)施隧道的適應(yīng)性。但需注意的是，在某些設(shè)置了120 mm超高的小半徑曲線段，本身受規(guī)范“設(shè)置的最大超高應(yīng)為120 mm”的限制，已經(jīng)存在部分欠超高，需將此部分欠超高一并考慮。此外，欠超高的增加將降低乘客的舒適度，加劇外側(cè)鋼軌的磨耗，應(yīng)根據(jù)侵限情況，盡量采用較小的欠超高值。

2.1.4 軌面高程調(diào)整

在圓形隧道或馬蹄形隧道段，隧道中部限界富余較大，因此，可通過對(duì)軌面高程進(jìn)行調(diào)整，抬高或降低軌面，進(jìn)而增加車輛下部或肩部限界最不利點(diǎn)的橫向限界寬度，滿足限界要求，但需注意核查調(diào)整后軌道結(jié)構(gòu)高度和軌上凈空。

2.2 線路縱斷面調(diào)整

線路縱斷面的調(diào)整主要包括調(diào)整坡長(zhǎng)和坡率，根據(jù)實(shí)測(cè)高程資料，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)高度不足的地段適當(dāng)增大坡度，對(duì)頂部結(jié)構(gòu)侵限段適當(dāng)減小坡度，以滿足限界要求。

某些地段由于施工誤差，隧道在較短的距離內(nèi)豎向高程變化較大，這種情況通常采用將長(zhǎng)坡段調(diào)整為數(shù)個(gè)坡率不同的短坡段以適應(yīng)高程的迅速變化，但需要注意的是，相鄰坡段的坡度代數(shù)差若大于2‰，需設(shè)置豎曲線，并需保證夾直線長(zhǎng)度不小于50 m。

3 設(shè)備調(diào)整

若線路平、縱斷面的調(diào)整無(wú)法完全消除施工誤差，還可對(duì)設(shè)備的安裝位置和尺寸進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于圓形隧道，根據(jù)侵限位置的不同，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整（圖3）。

圖3 圓形隧道曲線地段建筑限界圖

3.1 弱電支架長(zhǎng)度調(diào)整

曲線隧道內(nèi)側(cè)上方設(shè)置了2排弱電支架，第1排長(zhǎng)度為250 mm，第2排為400 mm，在侵限地段可將第2排支架的長(zhǎng)度由400 mm調(diào)整為250 mm。由于調(diào)整段長(zhǎng)度一般不大，所以基本不影響弱電電纜的布置。

3.2 三軌安裝位置調(diào)整

接觸軌一般設(shè)于隧道行車方向左側(cè)，部分區(qū)間由于隧道施工誤差較大，導(dǎo)致三軌無(wú)法安裝。這時(shí)，可采用將接觸軌換邊布置的方法，將侵限嚴(yán)重地段的接觸軌設(shè)于隧道行車方向右側(cè)，這種調(diào)整僅需增加部分端部彎頭及過軌管線，不影響接觸軌的正常使用。

3.3 疏散平臺(tái)寬度調(diào)整

在侵限地段可將區(qū)間疏散平臺(tái)設(shè)為GB50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的隧道內(nèi)最小寬度550 mm（單線），以節(jié)省空間，滿足限界要求。

3.4 通信漏纜安裝位置調(diào)整

漏泄同軸電纜設(shè)于隧道行車方向外側(cè)，與車輛肩部基本等高，在侵限地段可將其安裝位置下移200～ 300 mm，以避開限界最不利點(diǎn)，保證車輛肩部位置限界滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)采用線路或設(shè)備的調(diào)整方法，可有效消除因施工誤差產(chǎn)生的侵限問題，保證軌道的順利鋪設(shè)和通車運(yùn)營(yíng)。調(diào)線調(diào)坡是一項(xiàng)從測(cè)量到設(shè)計(jì)，涉及多個(gè)專業(yè)的綜合性工作，在今后的設(shè)計(jì)工作中還應(yīng)該繼續(xù)探索和研究新的調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)方法。針對(duì)調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)，提出以下建議：

（1）測(cè)量數(shù)據(jù)是調(diào)線調(diào)坡的最重要資料，為更好地為設(shè)計(jì)提供測(cè)量基礎(chǔ)資料，建議委托有資質(zhì)的第三方測(cè)量單位進(jìn)行全線貫通測(cè)量；

（2）設(shè)計(jì)圖紙盡量避免施工可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤或誤差，如，車站坡段問題，應(yīng)盡量將車站范圍設(shè)計(jì)為一個(gè)坡段，避免豎曲線進(jìn)入車站主體范圍；

（3）線路縱斷面設(shè)計(jì)中盡量避免長(zhǎng)大緩坡。

[1] 孟凡鐵. 深圳地鐵調(diào)線調(diào)坡技術(shù)研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004 (3).

[2] 許兆俊. 城市軌道交通平、縱斷面設(shè)計(jì)中的調(diào)線調(diào)坡[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003 (9).

[3] GB50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2013.

[4] 劉志雄. 無(wú)錫地鐵調(diào)線調(diào)坡技術(shù)研究[J]. 鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2013 (3).

[5] 趙強(qiáng). 武漢2號(hào)線調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2013 (10).

[6] 李洪強(qiáng). 蘇州地鐵調(diào)線調(diào)坡技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2013 (11).

[7] 蔣勇. 城市軌道交通調(diào)線調(diào)坡測(cè)量中圓隧道橫斷面測(cè)量方法的探討[J]. 城市勘測(cè)，2011 (1).

責(zé)任編輯 朱開明

Discussion on Design Methods for Metro Line Track Adjustment

Zhou Xu

After completion of metro civil engineering works, in order to eliminate the construction error, meet the requirements of clearance, check and inspection on clearance of civil engineering works such as tunnels, bridges and stations and route in the original design including route alignment and adjusting gradient. The paper discusses the design method of track profile and alignment, the adjustment design method of the curve superelevation, and the adjustment of the dimension and position of the components.

metro track, route alignment and adjusting gradient, design method, discussion

U412.3

2015-02-09

周旭：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，工程師，四川成都 610031