地鐵線路調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)原理與工作方法研究

應(yīng)立弢

（中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江 杭州310004）

1 調(diào)線調(diào)坡的目的

調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)是在城市軌道交通車站、區(qū)間等土建工程基本完成后、鋪軌工程尚未開始時(shí)的一項(xiàng)重要工作。由于受施工場(chǎng)地環(huán)境及人為因素影響，在施工過程中存在不可避免的測(cè)量、施工誤差，結(jié)構(gòu)變形變位等不利因素，竣工后實(shí)測(cè)的線路中心線往往會(huì)偏離原設(shè)計(jì)位置，當(dāng)出現(xiàn)的誤差超過允許范圍，無法滿足軌道、接觸網(wǎng)和其他設(shè)備的安裝要求時(shí)，只能用調(diào)整線位及高程的方法與之適應(yīng)[1-2]，這就是所謂的調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)[3]。

在實(shí)際工作中，調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作屬于線路設(shè)計(jì)中最后也是極為關(guān)鍵的一環(huán)，由于調(diào)線調(diào)坡的結(jié)果直接影響鋪軌和后續(xù)的機(jī)電安裝工作，設(shè)計(jì)人員在收到測(cè)量資料后需要在較短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作并確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此為更快更好地完成調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作，線路設(shè)計(jì)人員需熟練掌握調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)的基本原理和方法。根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出了地鐵調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)中幾種較為常用的工作方法，希望對(duì)今后的地鐵線路設(shè)計(jì)提供借鑒和幫助。

2 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)基本原理

地鐵調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行限界檢查，即對(duì)實(shí)測(cè)限界值與設(shè)計(jì)限界值進(jìn)行比較，分別得出水平及垂直誤差值，然后根據(jù)誤差值的大小判斷是否進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡處理，如誤差值超過規(guī)范規(guī)定的極限值，進(jìn)而分別進(jìn)行調(diào)線及調(diào)坡設(shè)計(jì)工作[4]。

調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)要遵循“先平面、后縱斷面”的設(shè)計(jì)原則[5]。線路平面調(diào)整主要包括交點(diǎn)位置、曲線半徑、緩和曲線長(zhǎng)度單個(gè)因素或多個(gè)因素的綜合調(diào)整，線路縱斷面調(diào)整主要包括變坡點(diǎn)、坡長(zhǎng)、坡度、豎曲線半徑的調(diào)整。調(diào)整以后，再次校核結(jié)構(gòu)侵限情況，如若不合適需重新進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作，直至滿足相關(guān)規(guī)范要求為止。

3 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作方法研究

土建施工完成后鋪軌前，土建單位會(huì)將作業(yè)面移交給第三方監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行測(cè)量。線路設(shè)計(jì)單位根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)提交的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的調(diào)線調(diào)坡工作，進(jìn)而得出調(diào)線調(diào)坡成果供鋪軌單位施工。這個(gè)階段的調(diào)線調(diào)坡工作是最為常見同時(shí)工作量比較大。地鐵全線主要分為車站和區(qū)間兩部分，而區(qū)間根據(jù)施工工法不同又可分為明挖區(qū)間、暗挖區(qū)間（盾構(gòu)法、礦山法）、高架區(qū)間等。本小節(jié)針對(duì)不同形式隧道結(jié)構(gòu)提出常見的工作方法。

3.1 圓形盾構(gòu)區(qū)間隧道調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作方法

設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，它們的差值只能說明實(shí)際施工與設(shè)計(jì)的偏差，不能直觀得出是否侵限，是否需要進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)。通常，設(shè)計(jì)值會(huì)大于限界的要求，有一定的余量。以直線段圓形5.5m 內(nèi)徑盾構(gòu)隧道為例，線路中心距離盾構(gòu)壁的設(shè)計(jì)值為2.75m，建筑限界為2.6m，兩者間存在15cm的設(shè)計(jì)余量[6]。

由此筆者提出一種限界包絡(luò)線的計(jì)算表示方法，由此可將測(cè)量數(shù)據(jù)直觀反映到CAD圖中指導(dǎo)下一步的調(diào)線調(diào)坡工作。一般第三方監(jiān)測(cè)單位會(huì)提供如表所示基本信息。

第三方監(jiān)測(cè)單位提供的測(cè)量數(shù)據(jù)表

根據(jù)以上信息，可以首先算出線路的實(shí)際轉(zhuǎn)角α"：

第二步，對(duì)轉(zhuǎn)角值的大小進(jìn)行判斷，與此同時(shí)判斷其與方位角α'的關(guān)系：

由此可得出α'、α"的相對(duì)關(guān)系，并將α'用弧度制表示成α。

第三步，計(jì)算出考慮了盾構(gòu)隧道限界允許誤差δ 后K1里程點(diǎn)的線路左側(cè)、右側(cè)包絡(luò)線坐標(biāo)（X1"，Y1"）、（X1'，Y1'）。

注：δ- 圓形盾構(gòu)隧道限界允許誤差值，一般取0.15m

λ- 轉(zhuǎn)向系數(shù)，左轉(zhuǎn)λ=1，右轉(zhuǎn)λ=-1，直線段λ=0

l- 緩和曲線長(zhǎng)度

ZH- 直緩點(diǎn)或緩直點(diǎn)里程，視該測(cè)點(diǎn)位于前緩和曲線還是后緩和曲線而定

縱斷面的限界包絡(luò)線計(jì)算公式較為簡(jiǎn)單，以5.5m內(nèi)徑盾構(gòu)隧道為例，可根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)頂、底標(biāo)高，并結(jié)合對(duì)應(yīng)地段軌道道床和接觸網(wǎng)安裝要求的最小高度[7]，在縱斷面上生成上下兩條包絡(luò)線。其中某點(diǎn)的上下包絡(luò)線可用如下公式計(jì)算：

h1'=h1+軌道結(jié)構(gòu)最小高度

H1'=H1- 接觸網(wǎng)安裝最小高度[8]

根據(jù)以上公式可求出每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的左右限界包絡(luò)線坐標(biāo)以及上下限界包絡(luò)線坐標(biāo)，將所有坐標(biāo)輸入線路CAD 平、縱斷面圖中并依次連接成線。當(dāng)線路中心線被這兩根線包絡(luò)住時(shí)，說明沒有侵限，反之說明存在侵限情況，可清晰地指導(dǎo)下一步的調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作。

3.2 明挖、礦山法區(qū)間隧道調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作方法

相比較盾構(gòu)區(qū)間隧道而言，明挖矩形隧道和礦山法馬蹄形隧道由于在現(xiàn)場(chǎng)施工中一般都是超挖施工，所以較少存在侵限的狀況，尤其是平面侵限。但筆者在實(shí)際工作中卻遇到不少明挖區(qū)間和暗挖區(qū)間需進(jìn)行調(diào)坡，主要有以下兩個(gè)原因：（1）現(xiàn)場(chǎng)施工有部分區(qū)段未按軌道提資的減振段預(yù)留，造成軌道結(jié)構(gòu)高度預(yù)留不足，需進(jìn)行調(diào)坡設(shè)計(jì)，抬高原設(shè)計(jì)軌面標(biāo)高以滿足軌道安裝高度要求。（2）現(xiàn)場(chǎng)施工底板澆筑過厚，造成軌道結(jié)構(gòu)高度不夠而現(xiàn)場(chǎng)又難以鑿除，需進(jìn)行調(diào)坡抬高設(shè)計(jì)軌面處理。

3.3 高架區(qū)間調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作方法

相比以上幾種地下結(jié)構(gòu)形式區(qū)間，采用高架形式的地鐵區(qū)間的施工質(zhì)量一般較好，而且由于不受接觸網(wǎng)安裝高度限制，同時(shí)線路外側(cè)基本也不受限，因此高架段的限界空間較大，一般調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作量較小，且調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)難度也較小。

3.4 車站調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作方法

車站一般采用明挖法施工，施工精度較暗挖容易控制，且車站內(nèi)設(shè)備較多，調(diào)線調(diào)坡影響面大（直接影響站臺(tái)門、人防門）。因此，車站范圍線路一般不進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡，若有部分侵限情況，可通過調(diào)整設(shè)備安裝等整改措施滿足要求。

理論上車站站臺(tái)板的施工應(yīng)該在鋪軌施工后完成，但現(xiàn)場(chǎng)一般都會(huì)先行澆筑站臺(tái)板，而后期站臺(tái)板裝修一般只能消除5cm以內(nèi)的誤差，因此站臺(tái)板先行澆筑會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，一旦站臺(tái)板標(biāo)高大面積比設(shè)計(jì)值高出誤差允許范圍時(shí)可能會(huì)引起車站調(diào)坡。因此，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，第三方監(jiān)測(cè)單位在提交車站的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)需同時(shí)提供已澆筑站臺(tái)板的標(biāo)高，以便設(shè)計(jì)單位進(jìn)行核實(shí)。

4 結(jié)論

線路調(diào)線調(diào)坡工作需要各相關(guān)專業(yè)密切配合，線路設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極與各專業(yè)溝通，共同商討方案措施，從而取得綜合最優(yōu)的調(diào)整方案。圓形盾構(gòu)區(qū)間隧道調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作可采用限界包絡(luò)線法，可使設(shè)計(jì)工作更為直觀，提高設(shè)計(jì)效率；明挖矩形隧道和暗挖馬蹄形隧道一般施工誤差較小，但需土建設(shè)計(jì)單位與軌道設(shè)計(jì)單位密切配合，使環(huán)評(píng)規(guī)定的減振段與現(xiàn)場(chǎng)施工預(yù)留的減振段相吻合；地鐵車站一般不進(jìn)行調(diào)線調(diào)坡，但需第三方監(jiān)測(cè)單位提供站臺(tái)板標(biāo)高測(cè)量數(shù)據(jù)。