地鐵調線調坡設計方法探討

周 旭

地鐵調線調坡設計方法探討

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，需對區(qū)間隧道、橋梁及車站等土建工程進行限界檢核，并需對線路原有設計進行調線調坡。文章就線路平縱斷面、曲線超高等調線調坡設計方法以及設備尺寸和安裝位置調整等進行探討。

地鐵線路；調線調坡；設計方法；探討

城市地鐵工程的建設中，由于施工誤差、結構沉降、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計位置，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，需要通過調整線路平、縱斷面等方式，使設計滿足工程現(xiàn)狀，消除施工誤差，滿足限界要求。本文重點對區(qū)間線路調線調坡方法以及設備調整進行總結、分析。

1 調線調坡設計原則

1.1 平面調整原則

在進行線路調線調坡之前，需對完工后的隧道進行貫通測量，測量斷面間距5 m。測量以原有設計線路中線為基準，計算測量斷面上各測點的限界距離，其中，測點的位置和數量由限界專業(yè)根據車輛限界及設備限界選定。

對于圓形隧道和區(qū)間單線橋，隧道測量斷面設置8個測點，橋梁斷面設置5個測點，這些測點均為設備安裝的最不利點。將這些測點的實測數據與限界值進行比較，確定其是否滿足限界要求，若實測數據小于限界值較多，超出了限界的富余，則需進行線路調整（圖1、2）。

圖1 圓形隧道斷面測點分布圖 （單位：mm）

圖2 單線橋斷面測點分布圖

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

1.2 縱斷面調整原則

在貫通測量中，還需對隧道底板和頂板的高程進行測量，以便核查軌道結構高度和軌上凈空是否滿足軌道設計及限界要求。實際軌道結構高度、實際軌上凈空計算：實際軌道結構高度=設計軌面高程-實測隧道底板高程；實際軌上凈空=實測隧道頂板高程-設計軌面高程。

根據計算所得的實際軌道結構高度、實際軌上凈空與設計軌道結構高度、設計軌上限界值比較，實際值小于設計值的區(qū)段需進行縱斷面調整。

2 調線調坡設計方法

2.1 線路平面調整

線路平面的調整主要是調整直線段的平面線位或曲線段的曲線參數。

2.1.1 直線段平面線位調整

在區(qū)間直線段出現(xiàn)同側施工誤差且誤差值相當情況下，進行直線段平面線位調整，使直線段的線路中線與實際隧道吻合，并在施工誤差較小處擬合新的曲線，與原設計線路順接。

2.1.2 曲線段曲線參數調整

（1）曲線半徑R調整。在曲線地段，調整曲線半徑可改變曲線的線位。半徑越大，曲線曲率越小，線路越向曲線內側偏移；半徑越小，曲線曲率越大，線路越向曲線外側偏移。根據施工誤差的實際情況，選擇調大或減小曲線半徑，使調整后的線路盡量與實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)同側施工偏差的情況。需要注意的是，為了有利于軌道養(yǎng)護、維修，曲線半徑不宜取得過于零碎，宜取到小數點后1位。

（2）緩和曲線長度l調整。在圓曲線兩端增設緩和曲線后，圓曲線會相對原線位發(fā)生移動，圓曲線移動量P按式（1）計算：

式（1）中，l為緩和曲線長；R為圓曲線半徑。

由式（1）可知，在曲線半徑不變的前提下，加長緩和曲線長度l可使圓曲線移動量P增加，線路相對原設計線路向曲線內側移動；縮短緩和曲線長度l可使圓曲線移動量P減小，線路相對原設計線路向曲線外側移動。因此，可根據施工誤差的大小和偏差方向，通過調整緩和曲線的長度改變圓曲線的移動量P，消除施工誤差，調線前后圓曲線移動量P的變化值近似等于施工誤差的數值。

需要指出的是，緩和曲線長度的變化將引起緩和曲線及圓曲線的共同偏移，因此，這種緩和曲線調整適用于整個曲線地段均存在同側施工誤差的情況。而在實際工程中，施工誤差值肯定是具有離散性的，不僅數值大小不等，偏移的方向也會變化，在這種情況下可采用不等長緩和曲線的方式進行調整（加長一端緩和曲線或縮短另一端緩和曲線），以適應不同地段不同的施工誤差。

（3）曲線半徑R和緩和曲線長度l組合調整。在大多數情況下，單一調整曲線半徑R或緩和曲線長度l很難完全消除施工誤差，因此，需要在調整緩和曲線長度的同時，結合曲線半徑的調整，以達到消除施工誤差的目的。

曲線半徑和緩和曲線長度綜合調整時存在2個變量，在實際設計中，可根據緩和曲線切線支距Y的計算公式（2）進行試算：

式（2）中，L為緩和曲線上任意點至曲線起點ZH（或終點HZ）的距離。

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

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

計算中選擇某幾個測量斷面處的D和L，采用試算的辦法，在R前、l前數值附近試取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度的組合值，即可達到調整線路消除施工誤差的目的。

（4）交點位置及曲線參數調整。對于某些施工誤差較大的地段，需要同時調整交點的位置及參數，此種情況較為復雜，一般采用作圖法進行線路的擬合和調整，需要經過多次的試算方能達到目的。

在線路平面調整后，需要根據新的線路中線坐標和高程，重新進行橫斷面測量，以檢核調整后的線路是否滿足限界要求，若依然存在較為嚴重的侵限，則需重新進行線路調整。

2.1.3 曲線超高h調整

根據施工誤差值的大小及曲線參數，在部分出現(xiàn)施工誤差的曲線地段采用調整曲線超高值的方式，可在一定程度上消除誤差。對于圓形隧道，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為滾動圓間距，一般取值1 506 mm。

GB50157-2013《地鐵設計規(guī)范》中規(guī)定“設置的最大超高應為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，可以調整侵限地段曲線的超高值，使之存在一定量的欠超高，進而減小限界加寬量，使原本侵限的地段滿足限界的要求。

根據公式（4），在不影響列車運行速度的條件下，通過調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于已實施隧道的適應性。但需注意的是，在某些設置了120 mm超高的小半徑曲線段，本身受規(guī)范“設置的最大超高應為120 mm”的限制，已經存在部分欠超高，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，加劇外側鋼軌的磨耗，應根據侵限情況，盡量采用較小的欠超高值。

2.1.4 軌面高程調整

在圓形隧道或馬蹄形隧道段，隧道中部限界富余較大，因此，可通過對軌面高程進行調整，抬高或降低軌面，進而增加車輛下部或肩部限界最不利點的橫向限界寬度，滿足限界要求，但需注意核查調整后軌道結構高度和軌上凈空。

2.2 線路縱斷面調整

線路縱斷面的調整主要包括調整坡長和坡率，根據實測高程資料，對軌道結構高度不足的地段適當增大坡度，對頂部結構侵限段適當減小坡度，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豎向高程變化較大，這種情況通常采用將長坡段調整為數個坡率不同的短坡段以適應高程的迅速變化，但需要注意的是，相鄰坡段的坡度代數差若大于2‰，需設置豎曲線，并需保證夾直線長度不小于50 m。

3 設備調整

若線路平、縱斷面的調整無法完全消除施工誤差，還可對設備的安裝位置和尺寸進行調整。對于圓形隧道，根據侵限位置的不同，可對設備進行調整（圖3）。

圖3 圓形隧道曲線地段建筑限界圖

3.1 弱電支架長度調整

曲線隧道內側上方設置了2排弱電支架，第1排長度為250 mm，第2排為400 mm，在侵限地段可將第2排支架的長度由400 mm調整為250 mm。由于調整段長度一般不大，所以基本不影響弱電電纜的布置。

3.2 三軌安裝位置調整

接觸軌一般設于隧道行車方向左側，部分區(qū)間由于隧道施工誤差較大，導致三軌無法安裝。這時，可采用將接觸軌換邊布置的方法，將侵限嚴重地段的接觸軌設于隧道行車方向右側，這種調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 疏散平臺寬度調整

在侵限地段可將區(qū)間疏散平臺設為GB50157-2013《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定的隧道內最小寬度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整

漏泄同軸電纜設于隧道行車方向外側，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，保證車輛肩部位置限界滿足要求。

4 結束語

調線調坡設計采用線路或設備的調整方法，可有效消除因施工誤差產生的侵限問題，保證軌道的順利鋪設和通車運營。調線調坡是一項從測量到設計，涉及多個專業(yè)的綜合性工作，在今后的設計工作中還應該繼續(xù)探索和研究新的調線調坡設計方法。針對調線調坡設計，提出以下建議：

（1）測量數據是調線調坡的最重要資料，為更好地為設計提供測量基礎資料，建議委托有資質的第三方測量單位進行全線貫通測量；

（2）設計圖紙盡量避免施工可能出現(xiàn)的錯誤或誤差，如，車站坡段問題，應盡量將車站范圍設計為一個坡段，避免豎曲線進入車站主體范圍；

（3）線路縱斷面設計中盡量避免長大緩坡。

[1] 孟凡鐵. 深圳地鐵調線調坡技術研究[J]. 鐵道標準設計，2004 (3).

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

責任編輯 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：中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，四川成都 610031