合肥軌道交通1號線貴湖區(qū)間調(diào)線調(diào)坡方案分析

李志強， 徐成永

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

合肥軌道交通1號線貴湖區(qū)間調(diào)線調(diào)坡方案分析

李志強， 徐成永

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

地鐵施工中，因施工誤差導致隧道軸線偏差超限，需要進行調(diào)線調(diào)坡。闡明合肥軌道交通1號線貴陽路站—湖南路站區(qū)間右線原線路設計方案和施工后第三方監(jiān)測的偏差情況，提出兩種調(diào)線調(diào)坡方案。方案1采用平面復曲線方案；方案2采用單一曲線和站端R1 800 m小半徑豎曲線的組合方案。從平面曲線、最小豎曲線半徑、最小限界、超高及限速等方面進行比選，同時考慮復曲線運營養(yǎng)護困難的問題，最終貴湖區(qū)間右線調(diào)線調(diào)坡推薦方案2。

軌道交通； 調(diào)線調(diào)坡； 復曲線； 小半徑豎曲線

在地鐵施工中，難免有這樣那樣的施工誤差，甚至出現(xiàn)施工人員的人為錯誤，導致施工后的線路不滿足使用要求[1]。近期，全國各地軌道交通發(fā)展迅猛，調(diào)線調(diào)坡也隨之出現(xiàn)，比如深圳[2]、蘇州[3]、無錫[4]和武漢[5]等城市。筆者參考調(diào)線調(diào)坡方法[6-7]，結合線路原設計方案和隧道施工偏差情況對合肥軌道交通1號線貴陽路站—湖南路站區(qū)間(以下簡稱“貴湖”區(qū)間)右線調(diào)線調(diào)坡方案進行研究。

1 原設計方案及隧道偏差

1.1 工程概況

合肥軌道交通1號線貴湖區(qū)間右線起訖里程為K26+701.911～K27+ 626.154，區(qū)間全長924.243 m，隧道為單洞單線圓形隧道，采用盾構法施工，隧道管片內(nèi)凈空值為5 400 mm，厚度為300 mm，一環(huán)寬度為1.5 m，環(huán)與環(huán)之間采用錯縫拼裝。

貴湖區(qū)間覆土為9.3～18.5 m，位于南淝河二級階地，場地現(xiàn)況主要為荒地、農(nóng)田，穿越土層主要為黏土③層、黏土④層，具有弱膨脹潛勢，車站開挖過程中，土體具有較高的自立性，且未見地下水，地質(zhì)條件較好。區(qū)間上方無管線，地勢由北向南逐漸升高，自然地面標高為14.62～20.43 m。

貴湖區(qū)間右線于2014年4月25日始發(fā)，掘進至12環(huán)處，水平偏差達到最大(311 mm)；掘進至44環(huán)處，垂直偏差達到最大(515 mm)。2014年6月10日推進至168環(huán)(即252 m)處因隧道軸線偏差超限停機。

1.2 原線路設計方案

原線路設計方案平面見圖1。右線站臺中心間距為1 071.493 m，采用一處R380不等長緩和曲線的圓曲線，曲線全長為646.903 m，緩和曲線長l1=60 m，l2=40 m。

圖1 原線路平面方案Fig.1 The original line plane

原線路設計方案縱斷面見圖2。貴陽路站與湖南路站均為地下2層標準車站，依據(jù)地勢情況，湖南路站小里程方向采用單側(cè)動力坡。

圖2 原線路縱斷面方案Fig.2 The original line profile

1.3 隧道施工偏差情況

貴湖區(qū)間右線盾構自湖南路站始發(fā)后即發(fā)生偏差。區(qū)間盾構實施完成后，經(jīng)第三方測量單位實測，貴湖區(qū)間右線隧道實測中心線水平最大偏差311 mm，垂直最大偏差515 mm，主要偏差位于第1～120環(huán)，相關偏差情況如圖 3所示。

圖3 各環(huán)軸線偏差Fig.3 Axis deviation of each ring

2 調(diào)線調(diào)坡方案

貴湖區(qū)間盾構實施已經(jīng)完成，隧道軸線偏差嚴重，調(diào)線調(diào)坡較為困難。

2.1 方案1：復曲線方案

根據(jù)2013版《地鐵設計規(guī)范》[8]要求，新建線路不應采用復曲線，困難情況下經(jīng)技術經(jīng)濟比選后可采用。

本方案平面采用一組半徑為380+384 m的五單元復曲線，同時對縱斷局部坡段的坡長、坡度及變坡點位置進行相應調(diào)整。

2.1.1 平面方案

平面方案(見圖4)在保持湖南路站右線方位角不變的情況下，將線路向南平移16 cm，并相應削減站臺寬度。在站臺大里程端，采用1組S曲線將右線調(diào)整回原線位。

盾構平面推偏范圍采用1組五單元復曲線，曲線半徑分別為380 m、384 m，直線1與曲線1、曲線1與曲線2、曲線2與直線2之間的緩和曲線長度分別為65 m、70 m和30 m。

圖4 方案1平面Fig.4 The line plane of scheme 1

2.1.2 縱斷方案

調(diào)整后縱斷面增加2處變坡點，調(diào)整之后K27+510前后的坡長分別為60 m、61 m，坡度分別為31.5‰、32.958‰，坡度差1.458‰，小于2‰，根據(jù)地鐵設計規(guī)范，中間可不設豎曲線，在調(diào)線調(diào)坡條件困難的情況下，K27+450～K27+571段可視為一個單坡。調(diào)坡方案還對部分坡段的坡長與坡度進行調(diào)整，并將K27+450處變坡點的豎曲線半徑增大到7 000 m，將湖南路站端的豎曲線半徑調(diào)整為2 000 m。

圖5是調(diào)整前后的湖南路站端縱斷面對比圖，縱斷參數(shù)見表1。

圖5 湖南路站段方案調(diào)整前后對比Fig.5 Scheme comparison before and after the adjustment of Hunan Road Station

2.2 方案2：單一曲線方案

該方案貴湖區(qū)間平面調(diào)整為半徑R380.5 m的單一圓曲線。由于線路中心線相對隧道軸線橫向偏差較大，軌枕塊與圓形隧道內(nèi)壁間隙不足，為滿足鋪軌空間要求，本方案將湖南路站端豎曲線半徑減小為1 800 m(規(guī)范要求困難情況下不應小于2 000 m)，提高豎曲線處軌面標高。

2.2.1 平面方案

貴湖區(qū)間右線半徑調(diào)整為380.5 m，湖南路站端緩和曲線長度由原設計40 m調(diào)整為30 m。站臺平行削減16 cm，在站臺大里程端，采用一組R 5 200 m的S曲線，將右線調(diào)整回原線位(見圖6)。

2.2.2 縱斷面方案

調(diào)整后的縱斷面方案如表2所示。

表1 方案1縱斷面參數(shù)

表2 方案2縱斷面參數(shù)

圖6 方案2平面Fig.6 The line plane of scheme 2

3 方案比選

3.1 線路方案對規(guī)范的符合性

根據(jù)《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)，方案1和方案2各涉及一處“不應”采用的條款。

3.1.1 方案1：復曲線的規(guī)范解釋及問題

規(guī)范6.2.1節(jié)第6條敘述如下：“新建線路不應采用復曲線，在困難地段，應經(jīng)技術經(jīng)濟比較后采用。復曲線間應設置中間緩和曲線，其長度不應小于20 m，并應滿足超高順坡率不大于2‰的要求?！狈桨?的復曲線滿足困難情況下的相關要求，但參考北京地鐵10號線十里河—分鐘寺區(qū)間復曲線的應用情況，主要存在以下幾個問題：

1) 復曲線養(yǎng)護維修困難，軌道發(fā)生偏移后，調(diào)回原線位的測量工作復雜；

2) 磨耗較大，換軌相對正常曲線頻繁；

3) 列車通過時輪軌嘯叫聲明顯，噪聲大。

北京地鐵10號線復曲線段，各曲線之間無緩和曲線連接。最大曲率差為1/2 512，滿足2003版規(guī)范[9]5.2.4條曲率差小于1/2 500不設緩和曲線的要求?，F(xiàn)行2013版規(guī)范中對該條進行了修改，復曲線間應設長度不小于20 m的緩和曲線。本次調(diào)線調(diào)坡的復曲線方案曲率差為1/36 480，中間緩和曲線長70 m，線路平順性優(yōu)于北京地鐵10號線復曲線。

3.1.2 方案2：豎曲線半徑的規(guī)范解釋及問題

在方案2中，湖南路站站端出現(xiàn)了一處R1 800 m的豎曲線。規(guī)范6.3.3節(jié)第2條指出，“兩相鄰坡段的坡度代數(shù)差等于或大于2 ‰時，應設圓曲線型的豎曲線連接，豎曲線半徑不應小于表6.3.3的規(guī)定”，規(guī)范中表6.3.3如表3所示。

表3 豎曲線半徑

2013版規(guī)范未對豎曲線半徑進行解釋，但在2003版規(guī)范條文說明的5.3.8條對豎曲線半徑進行了如下解釋：

“為緩和變坡點坡度的急劇變化，使列車通過變坡點時產(chǎn)生的附加加速度不超過允許值，相鄰坡度差大于一定數(shù)值時，應在變坡點處設置圓曲線型豎曲線。

列車通過變坡點時產(chǎn)生的附加加速度即豎向加速度av，豎曲線半徑Rv(m)與行車速度V(km/h)及av(m/s2)的關系為：Rv=V2/(3.62av)。

根據(jù)國外資料，av值采用的范圍為0.07～0.31 m/s2，但多數(shù)國家采用Rv=V2，即av值為0.08 m/s2，困難條件下采用Rv=V2/2，即av值為0.15 m/s2?！?/p>

由于本區(qū)間半徑1 800 m的豎曲線出現(xiàn)在車站端部，按列車通過速度60 km/h，計算得到困難情況下的豎曲線半徑Rv=60×60/2=1 800 m。結合2003版規(guī)范的條文說明，本次調(diào)線調(diào)坡將湖南路站端豎曲線半徑調(diào)整為1 800 m，并滿足軌道鋪設的空間要求。

香港地鐵設計規(guī)范3.3.6.2條對豎曲線半徑的規(guī)定，在80 km/h的速度下，一般情況最小豎曲線半徑是3 000 m，困難情況下最小豎曲線半徑為1 500 m。伊朗德黑蘭地鐵采用的是法國設計標準設計方案的最小豎曲線半徑，站端為1 250 m，區(qū)間為2 500 m。

3.2 限界情況

頂部設備限界至隧道壁最小間隙，方案1(復曲線方案)為154 mm，方案2為167 mm，方案2比方案1多13 mm的安全距離。

3.3 軌道超高及限速情況

方案1由于存在復曲線，可利用復曲線中間緩和曲線進行超高過渡。目前R384的圓曲線超高為70 mm，限速61 km/h；R380的圓曲線超高120 mm，限速71 km/h。由于復曲線中R380段曲線長度較長，120 mm超高能夠提高列車通過速度，縮短通過時間。

方案2的單一曲線受湖南路站端部30 m緩和曲線的約束，超高為70 mm，又由于受到站端R1 800 m豎曲線的影響，為保證舒適性，通過速度宜控制在55～60 km/h。經(jīng)牽引計算比較，方案2的區(qū)間旅行時間比方案1增加6 s，對全線旅行時間影響有限。

3.4 方案對比

方案1與方案2的比較如表4所示。

表4 方案比較

考慮復曲線運營階段養(yǎng)護困難，而半徑1 800 m的豎曲線可以采取控制車速的方式通過，對乘客舒適度影響有限，故本段調(diào)線調(diào)坡建議采用單一曲線的方案2。

4 結論及建議

1) 考慮復曲線運營養(yǎng)護困難，本次貴湖區(qū)間右線調(diào)線調(diào)坡推薦方案2單一曲線與站端小半徑豎曲線結合方案。

2) 參考香港地鐵設計規(guī)范及德黑蘭地鐵設計方案，最小豎曲線半徑的取值均小于國標地鐵設計規(guī)范。根據(jù)規(guī)范要求的舒適度標準進行計算，本次站端設置半徑為1 800 m的豎曲線滿足困難情況下的舒適度標準。

3) 近幾年國內(nèi)地鐵建設發(fā)展迅速，調(diào)線調(diào)坡情況較為普遍，結合國內(nèi)外豎曲線取值情況，采用小半徑豎曲線對調(diào)線調(diào)坡具有借鑒意義。

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(編輯：曹雪明)

Horizontal and Vertical Alignment for the Section between Guiyang Road Station and Hunan Road Station of Hefei Metro Line 1

LI Zhiqiang, XU Chengyong

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

The adjustment of route alignment and gradient is needed in the building of subways due to construction errors. The methods of horizontal and vertical alignment is put forward by analyzing the original design scheme and the testing data on the construction errors from the third party for the right shield tunnel linking Guiyang Road Station and Hunan Road Station of Hefei Metro Line 1. The first method is the horizontal compound curve, and the second method is the combined scheme, which includes a single curve and a vertical curve with a small radius of 1800m at the station end. The second method proves to be recommendable for the section between Guiyang Road Station and Hunan Road Station in terms of the plane curve, minimum radius of vertical curve, the minimum gauge, super elevation and speed limit, as well as the difficulties of operation maintenance for the complex curve. Keywords: rail transit; horizontal and vertical alignment; compound curve; vertical curve with small radius

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.004

2016-07-13

2017-03-30

李志強，男，碩士，工程師，從事城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和線路設計工作，lizqiang07@126.com

U231

A

1672-6073(2017)03-0017-05

編者按 軌道交通調(diào)線調(diào)坡降低了線路技術條件,不可濫用。尤其是調(diào)線,產(chǎn)生原因多數(shù)是因人為過失釀成差錯,更應杜絕。北京、上海軌道交通早期建設線路沒有發(fā)生調(diào)線事件;現(xiàn)今,我們的經(jīng)驗、施工技術手段、技術裝備大大提高,非昔日可比,但調(diào)線卻發(fā)生了,調(diào)坡上升了,這是不該發(fā)生的現(xiàn)象。它警示我們,當今軌道交通工程施工質(zhì)量下滑。希望各方重視,加強對施工質(zhì)量的管控,千方百計將人為因素造成的調(diào)線調(diào)坡降到零。建議:取消設計單位對施工單位義務調(diào)線調(diào)坡,嚴查調(diào)線調(diào)坡原因,對當事人及主管要追責,對單位要罰款等,以確保線路百年使用質(zhì)量。發(fā)表此文意在迫不得已時提供參改。