城市軌道交通線路設計中的調線調坡技術研究

陳 菊

(沈陽地鐵集團有限公司，沈陽 110011)

城市軌道交通線路設計中的調線調坡技術研究

陳 菊

(沈陽地鐵集團有限公司，沈陽 110011)

調線調坡是對已竣工的橋梁、隧道等結構物的空間三維坐標進行量測后，根據現場的實際結構施工情況，對線路平、縱斷面進行優化，以滿足設備限界、建筑限界要求，是城市軌道交通線路設計中的重要環節。調線調坡的主要設計原則:以現場實測資料為基礎，在原有設計標準基礎上，對線路進行調整，以滿足限界要求;必要時，在征得各個專業同意的前提下，也可對原有設計標準進行適當調整。調線調坡的主要方法:應以線路平面及縱斷面調整為主，必要時，也可對設備進行特殊設計或對已施工結構進行處理。主要介紹調線調坡的設計原則和基本方法，并通過具體的工程實例對調線調坡的步驟及應注意的問題進行分析說明。

城市軌道交通;線路設計;限界檢查;調線調坡

1 概述

城市軌道交通隧道、橋梁等土建主體結構工程施工完成后，由于受施工誤差、測量誤差及結構變形等因素影響，如按原設計線路進行軌道、設備等內部結構施工時，往往會不滿足限界要求，因此，需根據已完成結構的實際情況，對超出誤差允許范圍內的線路平縱斷面進行適當優化調整，即調線調坡。調線調坡是對已竣工的橋梁、隧道等結構物的空間三維坐標進行量測后，根據現場的實際結構施工情況，通過對線路平縱斷面及設備管線布置的優化，最大程度地利用了已施工完成結構的既有空間，使已完成結構斷面滿足建筑及設備限界要求，從而避免結構鑿除及二次施工，節省了工程投資;另外，通過對線路平縱斷面的優化，使得線路更加平順，列車運行更加平穩，提高了乘客的舒適度［1］。因此，調線調坡是鋪軌施工前的一項重要工作，是城市軌道交通建設必不可少的重要環節。

2 調線調坡資料準備

調線調坡設計是以已施工完成的隧道或高架橋梁的實測資料為基礎，對超出誤差允許范圍區段線路進行調整［2］。所需準備的資料主要包括。

(1)調線調坡測量資料。包括結構頂、底板的水準測量及橫斷面的測量，以及線路中線的放樣等。其中中線放樣、水準測量應按照有關規范滿足閉合差的要求;橫斷面測量是調線調坡的重要數據之一，該測量較難檢查，須嚴格執行。

(2)與調線調坡相關的原設計資料。主要包括線路平、縱斷面設計圖，限界圖，軌道設計圖，地鐵車站、區間設計圖等。

(3)隧道或橋梁的工后變形、沉降資料。

3 調線調坡設計

3.1 設計原則

(1)調線調坡設計應以實測線路平面、高程及限界資料為基礎，同時參照誤差標準，對線路平面及高程進行調整。

(2)調整后的線路，必須滿足設備限界、建筑限界的要求，同時應滿足《地鐵設計規范》等相關規范、規程的要求。

(3)調線調坡的設計標準原則上應與原設計標準一致，如按原設計標準會導致較大的土建工程返工、從而造成工程造價的大幅增加時，應召集各個相關專業，在不影響后期運營的前提下，對原設計標準能否做適當修改進行專門研究。

3.2 限界專業檢查

限界檢查主要是對每個橫斷面測點的實測數據與測點的建筑限界進行比較，從而判斷該斷面是否滿足限界要求［3］。豎向限界檢查主要包含3個部分:軌下道床厚度檢查、軌上凈空高度檢查以及車站站臺板高程檢查。橫向限界檢查主要是對每個斷面測點實測的橫向值與相應該點的建筑限界值進行比較。如經限界檢查后，斷面不能滿足限界要求，則需將檢查成果提交線路專業人員，進行調線調坡設計。

另外，軌道專業也應對每個斷面進行分析判斷，檢查在誤差允許范圍內，是否能對軌道高度進行適當調整，如不能滿足要求，也需將成果提交線路專業人員，供調線調坡使用［4］。

3.3 允許誤差標準的確定

允許誤差標準的大小用來判斷是否需要進行調線調坡設計，其數值的大小直接關系到調線調坡設計的工作量，更重要的是與運營后的行車安全相關［5］。但目前還沒有相應的規范對這一數值進行規定，在具體設計時一般只是參照各相關專業的限界要求及以往的經驗確定相應數值。

隧道橫向允許最大誤差一般可按80mm考慮［6］。以盾構隧道為例，滿足其建筑限界要求的設計半徑一般為2 600mm，而考慮了施工誤差及工后變形等多種因素后，盾構隧道的實際設計半徑為2 750mm，兩者間有150mm的余量，而土建驗收標準是隧道內橫向偏差不大于100mm，因此，把隧道橫向誤差限值定義為80mm是滿足要求的。需要注意的是，對于位于曲線上的單洞單線隧道(圓形或馬蹄形斷面)，由于曲線超高的存在，結構中線與線路中線并不重合，兩者間存在一個偏心距，若設計結構中線與設計線路中線的偏心距記為ΔV設，實測結構中線與線路中線的偏心距記為ΔV測，則準確的施工偏差為 ΔV測－ΔV設。在進行判斷時，應采用此值與限值80mm進行比較［7］。

根據以往經驗，隧道豎向允許最大誤差可按50 mm考慮。當實測軌面高程低于設計軌面高程時，可通過增加道床厚度，使軌面高程達到設計值［8］。當實測軌面高程高于設計軌面高程時，可通過減小道床厚度，但減少厚度后的道床仍需滿足一定的軌道強度要求，同時需注意滿足排水要求［9］。

3.4 調整方法

將實測的斷面數據與理論的建筑限界進行比較，分析斷面的侵限情況，根據侵限情況，通過調整線路平面及縱斷面，使斷面不侵限或侵限最小［10］。在施工誤差很大、通過線路調整已無法滿足限界要求的情況下，還需與結構、設備、軌道等相關專業配合，采取一些特殊設計來滿足限界要求。調線調坡設計的關鍵是準確掌握已完工結構的沉落、斷面尺寸及其誤差情況，這就要求設計人員深入現場，針對橫斷面測量及高程測量提出具體要求［11］。

調線調坡設計的具體步驟如下:(1)根據線路平面及縱斷面實測資料，對不符合設計要求的區段，進行現場踏勘檢查;(2)找出控制點，提出橫斷面及高程測量要求;(3)根據測量結果，繪制實際的結構平面、橫斷面和縱斷面;(4)將理論與實際測量數值進行比較，得出侵限值;(5)進行線路平面、縱斷面調整，調整時兼顧前后曲線、直線、車站控制要素;(6)對調整后的線路水平與豎直方向侵限情況進行檢查;(7)部分地段微調，達到設計要求。

平面調整方法:(1)對于兩頭切線方向偏差不大而曲線地段偏差超出范圍的地段，可采取偏角不變、調整曲線半徑或緩和曲線長度的方法進行調整;(2)對直線(含部分曲線)存在同向偏差且數值相當的地段，可采用切線平移的方法進行調整;(3)其他情況，可綜合采取以上方法進行處理。最后根據調整后的資料重新放中線，作橫斷面，進行檢查。

縱斷面調整方法:調整坡度或坡長。變坡點位置可設在整數米的位置、坡度值可用非整數，允許地下線的最小坡度可用到2‰，但應注意保持排水溝不積水。

在困難條件下，限界中可適當扣除施工誤差預留量，道床或接觸網可作特殊設計，在采取上述措施，仍不能滿足凈空要求的，由施工單位采取補救措施、擴大隧道凈空，并根據施工補救方案進行縱斷面修改設計。

3.5 隧道內預留沉降值的研究

隧道的沉降是不可避免的，軌道結構對沉降的承受能力是有限的，在隧道結構可正常使用的情況下，線路過大的不均勻沉降會使列車運行條件惡化，當沉降差超出軌道扣件的調節能力，輕者加大線路傷損，嚴重情況下會危及列車行車安全。因此，在隧道結構正常使用期間，為了達到隧道沉降處于扣件可調節范圍之內，除可設計大調高調距扣件外，也可在調坡設計中預留部分工后沉降值。目前，國內大調高調距扣件最大調高能力為40 mm，這40mm調量包括施工、制造誤差，因此，可用量也僅為20～30mm［12］。故針對隧道沉降，如何在調線調坡設計階段，選取最佳的預留量是一個值得深入研究的問題。由于預留沉降值受地質條件、結構施工條件等多種因素的影響較難確定，因此，在進行調線調坡設計時應結合本地區已運營線路的變形情況、地質情況等，通過工程類比，綜合分析比較后確定。

4 工程調線調坡設計實例

地鐵工程由于結構形式的多樣化(包括圓形隧道、矩形隧道、暗挖隧道及敞開段)，給調線調坡的測量及設計工作也帶來了一定的復雜性。現舉2個調線調坡的實例進行說明。

4.1 某明挖加暗挖區間隧道

某隧道斷面形式為矩形及馬蹄形斷面。根據測量數據，首先對區間左線(左DK7+961.398～DK9+400)進行水平和豎向限界檢查。具體檢查結果如表1所示。

表1 某明挖加暗挖區間隧道侵限情況統計

經與相關專業核實確認，馬蹄形斷面道床厚度可以減薄0.09 m，矩形斷面道床厚度直線段可以減薄0.2m，曲線段可以減薄0.14m;馬蹄形斷面最小凈空不能小于4.46m，矩形斷面最小凈空不能小于4.4m，矩形斷面凈高可以減少0.1m。左線R－3 000m半徑曲線超高為15mm。

根據本區間侵入限界的實際情況，首先召集各個相關專業對侵界的情況進行分析研究，經研究后發現:

(1)本區間水平方向最大侵限值為0.065m，設備專業在設備安裝過程中可采取有效措施滿足限界要求;

(2)本區間豎直方向底板最大侵限值為0.033m，經與軌道專業核實，無需采取措施，可滿足道床厚度要求;頂板最大侵限值為0.016 m，經與接觸網專業溝通，接觸網設計時做適當考慮即可滿足限界要去。

綜合考慮各個專業意見，本區間只要在設備安裝過程中采取一定的措施，就可滿足限界要求，而無需進行線路調整。

4.2 某盾構加明挖區間(圖1)

根據某區間隧道橫斷面凈空測量資料，在調線調坡工作中發現隧道洞體水平方向大面積侵入限界。經過二次復測，確認原測量數據無誤、中線無誤，對該段區間進行了線路中線之擬合:(1)盾構段斷面采用盾構管片拼裝圓心垂直投影至結構底部測量成果;(2)明挖段斷面根據結構剖面圖采用距邊墻較小距離處的線路中線測量成果;(3)依據實測隧道中心線(軸線)逐點坐標位置進行線路中線擬合，根據《地鐵施工圖限界資料》中關于圓形隧道在曲線超高區段，采用隧道中心向線路中心線內側偏移代替建筑限界加寬的方法得出圓曲線段偏移量，緩和曲線段直緩點(ZH)處移動量為0;圓緩點(YH)處移動量為圓曲線移動量;直緩點與圓緩點之間移動量為前兩處移動量的線性插值;(4)由于限界盾構半徑為5.2m，結構施工半徑為5.4m，所以偏移量不應超過10 cm，而明挖段大部分為擴大斷面，不影響線路調整，經過初步檢核，擬合線位基本滿足限界要求。

根據擬合后的線位進行線路中線定線測量，再次進行隧道橫斷面測量:(1)根據目前該標段右線結構侵限現狀，首先對其進行隧道軸線坐標測量，盾構段測量時要“準確找到盾構洞體的圓心”，圓心要準確垂直投影至結構底部，并且設點(點要固定好，測坐標和高程時使用);明挖段處于線路兩端方向銜接處，測量時要“準確找到原設計實際線路中心線”，然后施測橫斷面，以備線路平面擬合銜接之用;(2)以擬合后的線路中線點為測量基準線進行隧道橫斷面測量，橫斷面測量方向，直線段必須與線路方向垂直;曲線地段，必須與該曲線法線方向一致，垂直度和法線方向要求90°±5'。沿里程方向，直線段每10m，曲線段每5m測量一個斷面，以備線路調線調坡檢核之用。

圖1 盾構斷面示意(單位:m)

根據該區間右線調線調坡復測測量報告及斷面成果，再次進行調線調坡檢核。經軌道、接觸網等專業確認，圓形斷面道床厚度可減薄0.09m，圓形斷面最小凈空不能小于4.46m。右線R=600m半徑曲線超高為80 mm;R=670 m半徑曲線超高為60 mm;R=5 000m半徑曲線超高為15mm;R=6 000m半徑曲線超高為13mm;R=450m半徑曲線超高為90mm。基于上述情況并根據擬合線位的橫斷面測量資料進行水平和豎向檢查，具體侵限情況如表2所示。

表2 某盾構加明挖區間侵限情況統計 m

通過增加2個曲線(JD7－1，JD7－2)及調整JD7的曲線要素使侵限情況有了根本性的改善，侵限問題得到了解決。由《地鐵設計規范》(GB500157—2003)中表5.2.2可知，JD7取R－700m，l－60m 曲線要素時設計最高速度為80 km/h，而由公式(6.2.8)可知當JD7取 R－670m，l1－60m，l2－55m 曲線要素時理論設計速度為82.544 km/h，取理論設計速度為80 km/h時理論超高值為112.7mm，又由《全線軌道超高表》可知JD7超高值為60mm，與理論超高值112.7mm相差52.7 mm，滿足《地鐵設計規范》中“一般可允許有不大于61 mm欠超高”的規定，所以JD7采用R－670m，l1－60m，l2－55m曲線要素后滿足80 km/h設計最高速度要求;再由該區間行車速度時分侵限圖可知本段區間運營速度最高為72 km/h。所以JD7采用R－670m，l1－60m，l2－55m曲線要素后滿足運營速度要求。

從線位擬合后洞體檢核情況結果看:本區間水平方向最大侵限值為0.072 m，設備安裝過程應采取相應措施滿足限界要求即可;豎直方向底板最大侵限值為0.029m，滿足軌道專業提出的最小道床厚度要求;頂板最大侵限值為0.053 m，接觸網設計時做適當考慮即可滿足限界要求。

本次擬合線位并未降低區間隧道使用功能，行車速度亦未受到影響，擬合中線是成功的。

5 結論

由以上分析可知，調線調坡設計應遵循以下原則:以現場實測資料為基礎，在原有設計標準基礎上，對線路進行調整，以滿足限界要求;必要時，在征得各個專業同意的前提下，也可對原有設計標準進行適當調整。調線調坡的主要方法:應以線路平面及縱斷面調整為主，必要時，也可對設備進行特殊設計或對已施工結構進行處理。

總之，調線調坡是一項從測量到設計，涉及專業范圍廣的綜合工作，因此，每個調線調坡項目都有其自身特點，實際工作中應在基本設計原則和方法的基礎上，根據每個項目的特點選用適當的方法。調線調坡可以消除地鐵隧道結構中的一些不合理因素，是保證地鐵車輛安全運營的前提。我國在早期的地鐵建設中，還沒有采用調線調坡設計，為滿足限界要求，結果隧道結構斷面設計的很大，造成了很大的工程浪費。在不降低線路功能標準的前提下，采取線路擬合、限界調整等多種方案，完成調線調坡工作，避免了局部已完成隧道的返工，保證了地鐵工程進度，降低了工程造價。

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Technical Study on Route Alignment and Gradient Adjustment in Route Design of Urban Rail Transit

CHEN Ju

(Shenyang Metro Group Co．，Ltd．，Shenyang 110011，China)

Route alignment and gradient adjustment is an optimization process of route plane and profile based on actual field situation after measuring the spatial three-dimensional coordinates of the as-built bridges，tunnels and other structures，so that the route can meet the requirements of equipment and structure clearance limitations．Therefore，route alignment and gradient adjustment is an important part in route design of urban rail transit．Themain design principle of route alignment and gradient adjustment is as follows:based on the field measured data and original design standard，the route is aligned so as to meet the clearance limitation requirement;and when necessary，the original design standard may be adjusted appropriately on the premise of being agreed by all related disciplines．Themainmethod of route alignment and gradient adjustment is as follows:the alignment of route plane and profile should be the priority，and when necessary，the equipmentmay be designed specially or the as-built structuresmay be adjusted．This paper emphatically introduces the design principle and basic methods of route alignment and gradient adjustment;and in combination with specific project examples，this paper also analyzes and expounds the procedures and matters needing attention．

urban rail transit;route design;clearance checking;route alignment and gradient adjustment

U239.5

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．006

1004－2954(2014)03－0025－04

2013－10－24;

2013－11－20

陳 菊(1982—)，女，工程師，2007年畢業于西南交通大學，工學碩士，E-mail:nytwo@163．com。