調線調坡設計以及對線路設計的啟示

郭俊義

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037)

1 調線調坡設計

地鐵線路調線調坡設計，是在結構主體如車站主體、區間盾構或明挖段施工完成后，根據實測斷面數據所進行的線路平面和縱斷面調整設計。由于是工程地質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，應盡量避免。調線調坡作為整個地鐵設計過程中的一個中間環節，提供了穩定的線路設計資料，將作為后續設計的依據，如軌道綜合圖設計、牽引計算、信號系統設計、接觸網設計等。最重要的是，經過調線調坡設計后，穩定了軌面標高和平面位置，之后方可進行車站站臺板和軌頂風道施工。在某城市地鐵1號線施工過程中，由于缺乏經驗，某些車站在沒有做該項工作前就完成了站臺板和軌頂風道的施工，造成了一些返工。所以，調線調坡設計是地鐵設計的一個重要環節，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計意圖就盲目施工，造成人為錯誤。筆者結合實際工作，對于調線調坡設計過程中碰到的一些問題的解決方法進行一些總結，希望對今后的地鐵設計和施工給予幫助。

2 竣工測量內容

根據以往的經驗，竣工測量首先制定出技術要求，名稱一般為《XX市地鐵X號線竣工測量技術要求》。對測量中的控制點引入、測量精度、測點間距、不同的結構斷面型式對應的斷面測點位置等，進行了詳細的規定。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型槽結構、雙線馬蹄形隧道、雙線高架橋面、高架側式站臺車站等類型。對不同斷面型式繪制了測點圖和制定了針對每種類型的固定表格(Excel格式)。竣工測量的成果一方面用于線路調線調坡，另一方面用于限界檢查，設備安裝、工程驗收等。

3 調線調坡原因

3.1 地下車站端部盾構鋼環位置錯誤

車站端部盾構鋼環是盾構始發和接收點。施工中主要出現兩種錯誤: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驗，錯誤地把線路中心線作為盾構中心線，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，線路設計人員盡量在車站范圍內采用直線，一是方便盾構始發，二是施工單位不容易出錯。另外，區間結構設計人員在施工交底時，對于曲線段需特別強調。

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‰，出站后區間一般設置為動力坡。為了讓動力坡起作用，變坡點應盡量靠近車站，所以盾構鋼環位置一般設在豎曲線上，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計和施工人員高度重視，設計人員需保證設計圖紙數據正確，特別是線路專業給建筑和結構專業圖紙會簽時應特別注意該處的標高，另外，結構設計人員在施工交底時也應強調鋼環處的標高值，施工單位更要重視該環節，避免出錯。

3.2 盾構施工誤差

盾構施工同樣會存在水平和豎向誤差，產生誤差的原因主要有:盾構推進技術、地質情況復雜以及對上部建筑物分析不清楚等。推進技術方法因施工單位缺乏經驗，特別是小半徑曲線(如半徑R=300 m)，難以掌握好推進技術，產生水平向誤差較大;地質復雜和上部建筑物的影響是因為南方地區，土層含水量比較高，抗浮問題解決不好，盾構就會產生上浮現象。另外，在建筑物下方推進時，也容易產生低頭現象。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‰)，而應該有一定的富余量，比如采用25‰，這樣即使產生低頭現象，因推進坡度比設計坡度大，也會有不大于限制坡度的調坡條件。

4 調線調坡最大利用空間

4.1 區間盾構斷面分析

根據某線B型車直線地段盾構限界資料，盾構實際內徑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，盾構上下左右均有0.15 m的允許誤差。

4.2 關于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，盾構尺寸一般為半徑3.1 m(直徑6.2 m)的圓。既然能適應A型車限界，對于B型車，則左右均有0.1 m的富余量。

4.3 關于軌道高度

軌道高度(豎向向下可利用空間)車站內一般為560 mm，隧道內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，結構高度可最小減少至700 mm，也就是僅僅可從740 mm減少40 mm。

4.4 關于接觸網高度

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

4.5 綜合分析

根據以上分析，左右可以有(150+100)250 mm的調整誤差;豎向向上有(150+100)250 mm的調整量;向下均有(150+140)290 mm的調整量。調線調坡設計，就是要利用這些空間進行線路的再設計。

5 調線調坡設計

1)檢查每個斷面的測量數據是否滿足限界要求。限界專業人員對每個斷面進行分析判斷，檢查誤差是否在可利用空間范圍之內。如果不能滿足限界要求，則將成果提交給線路專業人員，進行調線調坡設計。工作中，如發現有些個別地段侵限，一般也不進行調線調坡，而是通過對斷面特殊處理，使得設備滿足限界要求。

2)檢查每個斷面的測量數據是否滿足軌道專業要求。軌道專業人員對每個斷面進行分析判斷，檢查誤差是否在可利用空間范圍之內，如果不能滿足軌道高度，則將成果提交給線路專業人員，進行調線調坡設計。

3)縱斷面調整(調坡設計)。為了進行縱斷面調坡設計，首先在原縱斷面圖中繪制實測軌頂標高線。然后繪出縱斷面調整范圍線，即繪制出豎向上下可調范圍線，范圍為本文4.5節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。調整縱斷面設計就是在滿足規范的前提下，坡度線始終在上下兩條線之間進行調整，調整后再次提交線路設計數據給軌道和限界專業人員進行復核，這樣反復幾次直到滿足要求為止(見圖1)。

4)平面調整(調線設計)。為了進行平面調線設計，首先在原平面圖中繪制實測盾構中心線，再根據線路中心線和盾構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節中分析的左右可利用的空間值，繪制后圖中就有3條線。調線設計就是在滿足規范的情況下，進行反復調整，直到設計線路中心線始終在左右兩條可利用空間范圍線內，就完成了調線設計。調完后需要限界、軌道專業人員進行再復核，若均滿足規范要求，則作為最終調線調坡成果。

圖1 某工程調坡設計

6 調線調坡設計軟件自動化處理

由于竣工測量數據量比較大，而且數據表格有規范的格式，適合進行軟件開發，作為調線調坡輔助設計工具，可避免人工出錯，提高設計質量和效率。圖2是作者開發的調線調坡軟件用戶界面，主要有三部分功能:一是對數據進行檢查，這里主要檢查表中的設計數據等;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 制訂標準化竣工測量表格，以便計算能統一處理數據;②可視化數據輸入、修改;③復核測量單位提交報告中的設計數據;④給出測量的每個數據的準許誤差值，如果設計值和實測值不在該準許范圍時，將測量表格中的數據字體變為紅色，進行報警;⑤對于需要調整的線路坡度，可根據實測數據分段進行坡度擬合，在滿足限界要求的情況下，最大化減少地誤差;⑥對于需要調整平面的，將實測結構中線坐標繪制到線路平面設計圖中，根據允許誤差值，繪制出可調整的范圍線，設計人員在允許調整范圍內進行平面的再設計。設計完成后，由于里程的變化，需重新調整縱斷面。調線調坡軟件界面見圖2。

圖2 調線調坡軟件界面

7 調線調坡設計對線路設計啟示

7.1 關于車站兩端豎曲線位置

《地鐵設計規范》里提倡縱斷面設計為節能坡，也就是出站下坡，進站上坡。車站坡度一般為2‰，相鄰一般為25‰左右的下坡，豎曲線切點不能進入站臺。那么，切點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行調坡設計。車站結構體出現上浮，車站內軌面需要整體上移，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向車站內靠攏，有可能不能滿足規范要求。這里簡單進行分析，如果上移0.15 m。車站兩端坡度若為25‰，則水平偏移為6 m。因此設計時，建議豎曲線切點距離車站有效站臺端預留10 m的距離富余量，這樣既滿足動力坡需要，又能滿足可能的調線調坡需要。

7.2 對于下穿建筑物

根據某施工單位推進經驗，下穿建筑物時(包括下穿建筑物樁基的情況)，盾構容易“栽頭”，難以控制坡度，往往推進的比實際的坡度大，原設計坡度為28‰，結果實際完成的坡度為40‰，造成調坡非常困難。所以在這種情況下，坡度不要用到最大坡度，應采用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，也可在滿足規范情況下調線調坡。

7.3 盡量避免“半徑小曲線長”的曲線

對于缺乏經驗的施工單位，在推進這類曲線時出現誤差較大，在糾偏時如果沒經驗會推成S彎，使得線路難以調線。對線路設計人員啟示是:在選線過程中應盡量沿道路紅線，避免從一條道路轉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使用。

7.4 其他體會

1)結構專業人員應切實做好車站兩端豎曲線設置的施工交底工作。

2)如果車站端部是曲線，設計交底時，強調盾構中心線和線路中心線的偏移量，避免錯誤。

3)設計平面和縱斷面時，設計值不要和規范要求的最小值非常接近，比如夾直線長度、圓曲線長度等，應留有余地，方便調線調坡。

［1］陶功安.地鐵車輛限界計算［J］.電力機車與城軌車輛，2006，29(3):8-12.

［2］徐順明.廣州地鐵盾構施工控制測量措施［J］.城市勘察，2007(1):66-69，83.

［3］馬漢春，王旭，由偉，等.某地鐵隧道盾構機始發階段地面塌陷原因分析［J］.現代隧道技術，2010(3):82-86.

［4］陳世明.地鐵盾構隧道沿線障礙樁沖樁破除施工技術［J］.隧道建設，2010，30(1):106-109.

［5］譚冬華.廣州地鐵二號線接觸網的特點及其維護檢修［J］.地鐵與輕軌，2003(5):29-33.

［6］歐陽全裕.地鐵輕軌線路設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［7］施仲衡.地下鐵道設計與施工［M］.西安:陜西科學技術出版社，2002.

［8］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.