地鐵線路平面小半徑曲線方案研究

馬驍

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043）

1 工程概況

蘭州市城市軌道交通2號線是蘭州軌道交通線網中東西向的骨架線路，全長約37 km，設站32座，設1段1場。其中，一期工程起于東方紅廣場站，終于雁北路站，線路全長約9.06 km，設地下站9座，排洪南路停車場1座。

2 小半徑曲線的應用

蘭州軌道交通2號線一期工程位于蘭州市城關區，城市開發強度大，道路兩側建筑鱗次櫛比，軌道交通線路沿道路進行了3次轉換。受道路紅線與道路兩側建構筑物影響，2號線一期工程正線平面曲線共有3處半徑小于400 m，均位于道路轉換處；另有一處位于出入線由排洪南路轉入地塊的過程中。

2.1 東方紅廣場至郵電大樓區間

東方紅廣場站為1、2號線換乘站，采用雙島四線，2號線在內為側式站。2號線右線在車站范圍與1號線右線進行立交，之后線路南轉進入平涼路。受46層國芳大酒店以及萬通物業大廈（F20）影響，左右線出站后采用半徑為350 m的平面曲線，由慶陽路轉至平涼路，區間盾構井位于圓曲線。

2.2 郵電大樓至火車站區間

火車站片區獨特的地理位置及路網條件，導致線路從平涼路轉向火車站東路時軌道交通車站難以靠近火車站廣場。為使得軌道交通火車站站盡量靠近火車站廣場，且盡量降低對地塊及周邊構筑物的影響，線路從郵電大樓站引出后，通過設一組半徑為400 m和350 m反向曲線在平涼路西側地塊進行迂回敷設，以達到火車站廣場前設站的目的。線路為減少與建構筑物關系，最小曲線半徑R為350 m，下穿建工瑞景裙房、盛世芙蓉高層建筑預留廊道后接入火車站。

2.3 停車場出入線平面

排洪南路停車場出入線自公交五公司站后交叉渡線引出后，下穿排洪溝，上跨右線正線，沿排洪南路向東敷設，最終南轉進入排洪南路停車場地塊。排洪南路規劃道路紅線寬30 m，道路狹窄，交通流量大，施工期間交通疏解、管線遷改問題突出，地鐵結構距離路側建筑（路側建筑多侵入規劃紅線）較近，對建筑物影響較大。停車場出入線由排洪南路南轉進入地塊期間受西側武警用地、東側中國外運甘肅公司綜合樓以及北側沿街1層商鋪等影響，出入線采用半徑為180 m的反向曲線由排洪南路轉入停車場地塊。

2.4 應用小結

通過以上實例可以總結得出：線路平面小半徑曲線的應用主要位于以下幾處：

1）道路轉換處。地鐵一般敷設于城市道路下方。但受半徑大小影響，不能完全與市政道路統一。在道路轉換處通常采用小曲線半徑以達到對周邊地塊影響最小的目標。

2）降低與建構筑物風險。由于地鐵線路串聯城市主要客流集散點，周邊建筑鱗次櫛比，為降低施工風險，減少后期運營影響，小曲線半徑能夠有效保證與周邊建構筑尤其是高層建筑的安全距離。

3 小半徑曲線的影響

地鐵線路平面半徑過小會產生諸多影響，如列車不能達到最高設計運行速度，在同一區間增加牽引與制動，不利于行車運營；對施工技術水平要求較高；后期對軌道磨耗大，不利于運營養護及維修；小半徑曲線范圍內產生的噪聲也較多，對周邊環境產生一定影響。

3.1 行車速度

排洪南路停車場出入線最小曲線半徑為180 m。根據2號線車輛平均加速度與常用制動平均減速度，可以計算得到在出入線小半徑曲線起點處的出段速度為71.6 km/h，入段速度為設計速度80 km/h。但根據正常情況下列車最高速度限制計算可知，平面曲線半徑為180 m的條件下對應的行車速度僅達到52.45 km/h。

3.2 施工影響

由于地鐵小半徑曲線選用的一個重要因素就是保證與周圍建構筑物尤其是高層建構筑物的安全距離。因此，小半徑曲線與建構筑物關系較近，增加施工難度。另一方面，小半徑曲線靠近車站附近時，盾構接受及始發均在小曲線上，受盾構機自身構造特性等因素，小半徑曲線對盾構始發及掘進都帶來一定難度，對施工技術水平要求較高。

郵電大樓至火車站區間根據盾構籌劃，由火車站始發向郵電大樓方向掘進。一般情況下，盾構機在曲線地段始發沿該點的切線方向。而火車站站始發點位于半徑為350 m的圓曲線，若沿切線始發則會導致盾構機與設計線路偏離較大，因此施工單位采取沿該點割線方向始發的施工方案。但受曲線半徑小的影響，盾構機采用最小轉彎半徑進行掘進。同時采取提前設定預偏量、采用弧形導臺鋼軌始發、嚴控推進速度與推力等措施。可見，小曲線割線始發風險較大。

排洪南路停車場出入線小半徑曲線位于排洪南路南轉進入停車場地塊范圍內。根據現狀基礎條件，線路西側與新東方烹飪學校門房，東側與甘肅外運公司綜合樓距離較近。新東方烹飪學校大門處區間仍為地下結構，基坑埋深較深，而新東方大門為地面1層建筑，自身基礎條件差，因此，應著重考慮到對門房的安全影響，區間結構與建構筑物凈距約2.14 m；甘肅外運公司綜合樓為鋼筋混凝土結構，自身基礎較好，區間結構與該建構筑物凈距約1.75 m；同時該處為明挖法施工，對排洪南路道路實行“借幾還幾”的交通疏解方案，因此考慮距北側臨街商鋪的距離滿足兩車道交通疏解方案。受以上因素制約，出入線小半徑段落的施工條件緊張，難度大，需要在施工過程中重點監控，確保安全。

3.3 軌道影響

在曲線中小半徑曲線是軌道最薄弱的，也是病害集中地，軌道狀態不易控制，養護維修工作量較大。同時，由于小半徑曲線對速度限制較大，、車輪及鋼軌磨耗較大，容易產生安全隱患，以及列車行駛時乘客舒適度明顯降低[1]。小半徑曲線對軌道影響主要有以下幾個方面：

1）鋼軌側磨。側面磨耗削弱了鋼軌強度，加劇鋼軌損傷，縮短鋼軌使用壽命。

2）鋼軌波磨。鋼軌波磨一般出現在曲線地段，是指鋼軌使用后鋼軌頂面出現的波形不均勻磨耗。在地鐵等高速行車和小半徑曲線地段，一般為鋼軌短波磨耗，且半徑越小，出現和發生的速度越快。波磨對列車運行安全構成了一定危害，增加了后期維修工作量和難度[2]。

3）運營費用增加。輪軌間的摩擦造成了對鋼軌的磨耗。曲線半徑越小，對鋼軌的磨耗越嚴重，運營費用越高，同時縮短了鋼軌更換的周期。有資料顯示，當曲線半徑R=400 m軌使用壽命基本為直線地段鋼軌壽命的1/2，當R≤350 m時，鋼軌使用壽命明顯縮短，基本為直線地段鋼軌壽命的1/3～1/4。

4）環境影響較大。地鐵列車在通過小半徑曲線時，由于輪緣與軌頭側面接觸處的半徑大于車輪踏面的半徑，因此，在車輪繞瞬間轉動中心轉動時，輪緣與軌頭側面的磨耗會產生尖嘯的噪聲和振動，進而直接對周邊環境產生影響，從而影響環境評估，甚至在運營期引起周邊市民投訴。

4 小半徑曲線設置原則

小半徑曲線的設置在工程實施階段及后期運營養護階段都會產生一定影響，因此一般情況下應盡量避免使用。但在城市地鐵修建過程中，小半徑曲線因其靈活性，可以解決與城市路網、城市規劃以及周邊建構筑關系等問題，對此應結合現狀與規劃、線站位方案以及確保施工安全等幾個方面考慮，合理選擇設置小曲線半徑。

4.1 結合現狀與規劃

城市軌道交通不僅能夠解決城市中的交通擁堵問題，還能提升沿線土地價值。對于規劃尚未完全實施的地段可適當采取小半徑曲線，減少對沿線規劃地塊的切割，提高土地利用價值。對于城市建成區，應考慮現狀沿線周邊建構筑物，尤其是高層建構筑物。為保證與高層建構筑物的安全距離，降低施工風險，可適當選取小半徑曲線。

4.2 結合線站位方案

通常來說，小半徑曲線長度較長，對于城市軌道交通，站間距一般僅1 km左右，小半徑曲線過長會影響整個區間運行速度，車輛牽引及制動頻率增加，不利于行車。因此，可以結合線站位方案，對于需要使用小半徑曲線的地段盡量靠近車站及區間端部，避免在區間中部使用。

4.3 運營養護及維修

通常情況下，小半徑曲線地段是軌道病害集中地段，是運營階段維修和養護的重點內容，軌道養護及維修能夠保證行車安全及軌道各部件處于良好狀態，延長軌道各部件的使用壽命[3]。而對于小半徑曲線的軌道養護來說，標準半徑的養護及維修工作更加有利。因此，在選取小半徑曲線時應盡量避免使用非標半徑，在有條件的情況下選擇標準半徑以提高后期運營養護工作效率。

5 結語

在地鐵設計過程中，小半徑曲線對行車速度影響大，對施工技術水平要求較高，同時增加后期與運營養護及維修成本，但不可否認的是小半徑曲線因其靈活性能夠避免與城市道路兩側建構筑的關系，減少施工風險，降低對既有建構筑物的影響。因此，在前期線路平面設計過程中，應結合小半徑曲線特點，因地制宜，適當選取合適的半徑，既滿足工程要求，又保證后期運營安全及養護維修條件。