上海軌道交通15號線圓形隧道調線調坡設計研究

黃小純

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院， 200235， 上?！喂こ處?

城市軌道交通車站與區(qū)間土建工程施工完成后，因施工誤差以及結構沉降和變形等因素，土建結構會在平、縱斷面上偏離原設計要求。因此，需在軌道鋪設、設備安裝前，對車站軌行區(qū)與區(qū)間隧道的土建結構是否滿足行車及設備安裝的限界要求進行檢核；若出現(xiàn)侵限而影響鋪軌及其他設備正常安裝的情況，則需采取處理措施;必要時，需在不降低線路技術標準的前提下，對局部地段線路平、縱斷面設計進行適當調整，以減輕或消除侵限的情況，從而保證運營安全。

1 調線、調坡設計

1.1 設計依據(jù)

1) 設計資料：線路、限界、軌道、結構(車站、區(qū)間)和供電接觸網(wǎng)等專業(yè)施工圖及有關資料；具體包括：線路平、縱斷面施工圖,直線段與曲線段建筑限界圖,曲線超高值,軌道結構高度要求,軌道型式里程表，以及供電接觸網(wǎng)對軌道上方凈空要求等。

2) 測量資料:由測量單位提供調線、調坡的測量技術報告。

3) 設計規(guī)范:國家及地方有關城市軌道交通設計的規(guī)范。

1.2 調線、調坡設計流程

其主要包括斷面測量、限界檢核和調線調坡步驟等，具體流程如圖1所示。

1.3 調線、調坡設計前的測量工作

調線、調坡設計前的測量工作目的是通過測定隧道和車站竣工時的斷面內輪廓線至線路中心線的水平距離及頂、底高程，以判斷竣工誤差；并作為是否需要調整線路的判斷依據(jù)。一般按每5 m(盾構隧道按5環(huán))測量一個橫斷面，特殊點(線路曲線特征點、結構類型變化點、泵站等)及施工偏差較大地段等處需加測斷面。測量基準線為設計線路中心線；測點系指結構內輪廓上的限界控制點(上部、中部、下部)；左、右橫距指左、右測點至基準線的水平距離，分別以A、B表示。圖2為上海軌道交通15號線單洞單線圓形隧道斷面測點分布示意圖。

1.4 限界檢核

1.4.1 檢核內容

限界檢核內容主要包括橫向限界檢核和豎向限界檢核。橫向限界檢核主要包括盾心(盾構隧道中心)誤差值，左、右橫距值；豎向限界檢核主要包括頂板與底板高程,以及軌面上、下的凈空。

1) 盾心誤差值D:根據(jù)實測盾構隧道中心坐標(X實，Y實)與設計盾構隧道中心坐標(X設，Y設)，可計算得到隧道中心線偏移誤差值D(往行車方向左側偏取為負值，反之為正值)。

圖1 調線、調坡設計流程圖

尺寸單位:mm

(1)

2) 左、右橫距A、B值:將每個檢測斷面的每個測點處(上、中、下部)實測橫距值與設計值比較，可計算得到A、B誤差值。其中，直線段設計值為定值，曲線段設計值需考慮曲線段偏移量。

3) 頂、底板高程H0、HD:即每個檢測斷面處的隧道內頂、底板實測高程與設計高程比較，可計算得到H0、HD的誤差值。

4) 軌面以上凈空值H1:每個檢測斷面處隧道內H0與設計軌面標高的差值為軌上凈空實測值H1，需滿足供電接觸網(wǎng)安裝的要求。

5) 軌面以下凈空值H2:每個檢測斷面處的設計軌面標高與隧道內底實測高程HD的差值為軌下凈空實測值H2，需滿足軌道鋪設的要求。

1.4.2 檢核標準

應根據(jù)限界、軌道和供電接觸網(wǎng)等相關專業(yè)要求，合理制定檢核標準。以上海軌道交通15號線區(qū)間為例，其采用單洞單線圓形盾構隧道，隧道外徑為6.6 m、內徑為5.9 m，建筑限界的圓直徑為5.6 m。即：盾構隧道內上下、左右各有150 mm的冗余量。

1) 平面檢核標準:考慮一定測量誤差，將100 mm作為調整線路平面的邊界條件。即：盾心誤差值大范圍超過100 mm、橫距縮小值大范圍大于100 mm時，需調整線路平面設計。

2) 豎向檢核標準:① 軌面以上凈空值的要求與供電接觸網(wǎng)安裝要求有關。根據(jù)DG/TJ 08-109—2017《城市軌道交通設計規(guī)范 》[1]19.3.22第2條“地下線路接觸線懸掛高度(距軌面)宜為4 100 mm，最低高度不應小于4 040 mm”，故軌面以上凈空值不應小于4 600 mm(4 100 mm+500 mm安裝高度);② 軌面以下凈空值的要求與軌道鋪設要求有關。上海軌道交通15號線采用預制板道床，其軌道結構高度設計值為800 mm，軌面以下凈空設計值為950 mm(800 mm+150 mm)。一般地段，軌面以下凈空值不宜小于900 mm；特殊減振地段，采用浮置板道床減振，軌面以下凈空值不宜小于950 mm。同時，在滿足軌道和供電接觸網(wǎng)安裝要求的前提下，為后續(xù)運營留有適當?shù)恼{整空間[2]，軌面以下凈空值不宜過大(即大范圍大于1 000 mm)。

另外，需核實盾構隧道中心水溝與區(qū)間最低點泵站間預埋管管底標高，避免因管道高出道床而致使軌道施工困難、排水不暢[3]。

因此，當軌面以上凈空值大范圍小于4 600 mm、軌面以下凈空值大范圍小于900 mm(浮置板地段為950 mm)或大范圍大于1 000 mm時，需調整線路縱斷面設計。

1.5 調線、調坡設計

1.5.1 調線設計

1) 根據(jù)測量數(shù)據(jù)，將每個斷面處的實測盾構隧道中心坐標放樣，可得到實測盾構隧道中心線。

2) 將實測盾構隧道中心線左右各偏移盾心誤差允許值a(15號線a取100 mm)，形成2a范圍線。查看設計盾構隧道中心線有哪些區(qū)段位于2a范圍外。

3) 通過調整曲線半徑、緩和曲線長度、曲線交點位置(直線段方位角)以及多種方式組合等設計方法，使設計盾構隧道中心線盡可能位于2a范圍線內。

4) 線路平面調整后，需根據(jù)調整后的隧道中心線，重新進行斷面測量和橫向限界檢核。若滿足限界要求，即可進行豎向檢核。

1.5.2 調坡設計

調坡設計主要為滿足供電接觸網(wǎng)安裝的軌上凈空要求和軌道結構高度要求而進行的局部調整縱斷面設計，可通過移動變坡點、坡段拆分、調整坡度值和調整豎曲線半徑等方法來實現(xiàn)。線路縱斷面設計調整后，重新進行限界檢核。

2 工程實例

2.1 工程概況

上海軌道交通15號線為上海西部的南北向徑向線。該線起于紫竹高新區(qū)站，止于顧村公園站，全長約42.3 km，共設30座車站，平均站間距為1.439 km。全線均采用地下線敷設形式，采用A型車6輛編組。全線設元江路車輛段和陳太路停車場各1座，設主變電所3座(中寧路主變、虹梅路主變、元江路車輛段主變),運營控制中心設于蒲匯塘調度指揮大樓。本文選取15號線中段某區(qū)間(A站—B站)上行線加以分析。

A站、B站均為地下二層島式站。上行線區(qū)間長約984 m。該段線路平面受控因素較多，設置3處曲線(半徑R分別為450 m、2 000 m、360 m)，如圖3所示?？v斷面采用“高站位、低區(qū)間”的節(jié)能坡設計。區(qū)間內設1處聯(lián)絡通道兼泵站。

圖3 上海軌道交通15號線某區(qū)間線路平面圖

該區(qū)間上行線采用單洞單線圓形隧道，管片外徑為6.6 m、內徑為5.9 m、厚度為350 mm，標準環(huán)寬為1.2 m，采用通縫拼裝。其中，40環(huán)至535環(huán)(長約600 m)采用高檔鋼彈簧浮置板道床，其余基本采用預制板道床。

2.2 限界檢核

1) 盾心誤差值。由圖4可知，45環(huán)至165環(huán)、470環(huán)至496環(huán)(共約175 m長)盾心誤差絕對值大于100 mm，最大為-203 mm。該段位于B站東端R=360 m圓曲線及緩和曲線段。

圖4 盾心誤差值曲線圖

2) 左、右橫距。圖5～7為左、右橫距誤差值曲線圖。由圖6～8可知，45環(huán)至165環(huán)(約144 m長)B1、B2、B3誤差值大于-100 mm，最大值為-226 mm(B3)；470環(huán)至530環(huán)(約72 m長)A1、A2、A3誤差值大于-100 mm，最大值為-158 mm(A3)。

圖5 A1和B1左、右橫距誤差值曲線圖

圖6 A2和B2左、右橫距誤差值曲線圖

圖7 A3和B3左、右橫距誤差值曲線圖

3) 底、頂板誤差值均小于-100 mm。

4) 軌面以上凈空均大于4 600 mm。

5) 軌面以下凈空。圖8為軌面以下凈空值曲線圖,可以看出：上行線1環(huán)至185環(huán)、210環(huán)至300環(huán)、445環(huán)至495環(huán)、545環(huán)至818環(huán)(約687 m長)軌面以下凈空小于950 mm，75環(huán)至160環(huán)、765環(huán)至800環(huán)(約145 m長)軌面以下凈空小于900 mm。

2.3 調線、調坡設計方案

2.3.1 調線設計方案

根據(jù)限界檢核結果，45環(huán)至165環(huán)、470環(huán)至530環(huán)(約175 m長)盾心誤差值大范圍大于100mm(最大值為-203 mm)、橫距值大范圍大于-100 mm(最大值為-226 mm(B3))，需局部調整線路平面設計。

圖8 軌面以下凈空值曲線圖

經(jīng)反復調試，由于1至425環(huán)(R=360 m曲線段)盾心誤差值變化趨勢不統(tǒng)一，其中區(qū)間1至165環(huán)誤差為負值(即往行車方向左側偏)，區(qū)間166環(huán)至425環(huán)誤差為正值(即往行車方向右側偏)。僅調整曲線半徑或緩和曲線長度，效果不佳，故考慮采用半徑與緩和曲線長組合調整方案:曲線半徑由360.0 m減小至359.8 m，緩和曲線長度由60.0 m增大至70.0 m。470環(huán)至530環(huán)(夾直線段)盾心誤差值變化趨勢統(tǒng)一，均為正值,則采用直線段方位角調整的方案。

調線設計后重新進行限界檢核:盾心誤差值大于100 mm地段由175.0 m長減少至12.0 m長，盾心誤差最大值由-203 mm減小至-113 mm(見圖9)；橫距誤差絕對值大于100 mm地段由175.0 m長減少至30.0 m長，B3最大誤差值由-226 mm減小至-109 mm。具體的對比曲線如圖9～15所示。

圖9 調線設計前后盾心誤差值曲線圖

2.3.2 調坡設計方案

由于軌面以下凈空不足設計值的區(qū)段主要位于進出站地段，故考慮采用移動變坡點的方式來調整坡段長和坡度。其縱斷面調整如圖16所示。軌面以下凈空小于950 mm區(qū)段的長度由687 m減小另經(jīng)核查，中心水溝與區(qū)間最低點泵站間預埋管管底標高為-20.856 m，調線、調坡后，該處軌面標高為-20.011 m，軌面至管底約850 mm，符合軌道鋪設要求。

圖10 調線設計前后A1誤差值曲線圖

圖11 調線設計前后A2誤差值曲線圖

圖12 調線設計前后A3誤差值曲線圖

圖13 調線前后B1誤差值曲線圖

圖14 調線設計前后B2誤差值曲線圖

至340 m，小于900 mm區(qū)段的長度由145 m減小至12 m。高檔鋼彈簧浮置板地段的軌面以下凈空值均大于900 mm(見圖17)。

圖15 調線設計前后B3誤差值曲線圖

圖16 縱斷面調坡示意圖

圖17 調線設計前后軌面以下凈空值曲線圖

3 結語

調線、調坡設計是一項系統(tǒng)性工程，其包括斷面測量、限界檢核和調線調坡設計等步驟，需線路、限界、軌道、供電接觸網(wǎng)、建筑和結構等多專業(yè)密切配合，消除或減少侵限情況，為城市軌道交通運營安全提供保障。有關建議如下：

1) 調線、調坡設計后的線路平、縱斷面仍需滿足國家及地方有關城市軌道交通設計規(guī)范的相應要求。

2) 調線、調坡設計可能會引起新的侵限，需重新進行限界檢核。

3) 各專業(yè)在施工圖設計時，應避免采用規(guī)范允許最小值，為后期調線調坡設計預留一定空間。以線路設計為例，應注意盡可能使線型順直，減少曲線，盡量避免平面曲線進入車站范圍;同時平面圓曲線、夾直線長度及縱斷面坡度及坡長應避免采用規(guī)范允許最小值。

4) 應做好與施工單位的設計交底工作，特別注意平、豎曲線進入車站的情況，應盡力減少施工誤差、避免施工錯誤。

5) 在盾構施工過程中，應做好動態(tài)監(jiān)測工作，如出現(xiàn)偏差較大的情況，需及時與設計方溝通糾偏方案，避免嚴重侵限。