地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工關鍵技術研究

曲 正

(中鐵建大橋工程局集團電氣化工程有限公司 天津 300300)

1 引言

疏散平臺作為地鐵區(qū)間的快速輔助逃生通道，在城市軌道交通領域具有十分重要的作用[1]。當前，進行地鐵區(qū)間側向平臺施工時，常規(guī)的做法是在軌道鋪設完畢后，以軌道線路中心及軌面高程為基準，對地鐵區(qū)間側向平臺鋼梁、側向平臺板等進行各項數(shù)據(jù)定測、計算，而后進行加工訂貨及后續(xù)施工。然而，隨著地鐵建設工期越來越緊，需要在地鐵軌道尚未鋪設時，即開始進行地鐵區(qū)間側向平臺的施工。

隨著國內外地鐵建設技術的日漸成熟，地鐵區(qū)間側向平臺的設置精度要求越來越高，而側向平臺疏散方式的瓶頸在于疏散平臺的寬度[2]，尤其在地鐵區(qū)間曲線地段，由于測量、計算、安裝、經驗值考慮等各方面的累計誤差，往往會超出有效標準范圍。

由于國內地鐵隧道主要以盾構圓形隧道為主[3]，同時，地鐵區(qū)間側向平臺距離軌面高度為一個定值，因而受軌面調線調坡數(shù)據(jù)影響較大。為確保側向平臺鋼梁安裝水平，平臺鋼梁與連接鋼板的角度隨著其在盾構管片上安裝高度的不同而發(fā)生變化，H型鋼布置間距在1.8 m以下時，各部件受力情況良好，滿足使用要求[4]。由于平臺鋼梁相互間距較小，角度偏差變化不明顯，常規(guī)做法一般是采用墊片進行調節(jié)，同時用水泥砂漿封堵，但當偏差較大時，則要返工，嚴重影響了施工質量及進度。

如何在無軌道條件下進行地鐵盾構區(qū)間側向平臺有效施工，同時，提高側向平臺安裝精度及質量，成為一個有價值的研究課題。

2 地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工優(yōu)越性

地鐵區(qū)間側向平臺安裝采用無軌道施工方法，擺脫了對軌道的依賴，極大地縮短了地鐵區(qū)間側向平臺安裝工期，有效地消除了軌通之后、電客車冷熱滑之前進行側向平臺安裝必要的施工時間。

地鐵區(qū)間電纜支架、線槽、水管等安裝時，一般以側向平臺板為基準，當側向平臺安裝采用無軌道施工技術施工時，地鐵區(qū)間電纜支架、線槽、水管等都可同步安裝，如圖1所示，極大地提高了地鐵區(qū)間各專業(yè)整體施工效率。

圖1 隧道直線段主要設備安裝位置(單位:mm)

3 地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工原理

(1)站臺邊緣施工，應按照鋪完軌后的軌道中心線來定位站臺邊緣與軌道中心的距離[5]，同理，地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工，要依據(jù)軌道線路調線調坡數(shù)據(jù)，采用全站儀、棱鏡、水準儀、塔尺、水平尺等儀器，結合軌道線路中心點、盾構區(qū)間水準基點等數(shù)據(jù)，復測軌道線路中心線、軌面高程等基礎數(shù)據(jù)。

(2)結合曲線要素，復測曲線段軌道線路中心、曲線半徑、兩軌面高程等相關數(shù)據(jù)。

(3)收集隧道內的標樁數(shù)據(jù)，獲得標樁已有公里標高程數(shù)據(jù)[6]，結合相應點位軌道線路中心線及軌面高程，進行平臺鋼梁及側向平臺板安裝高度、側向平臺與軌道線路中心距離等數(shù)據(jù)的定測及定位。

(4)根據(jù)定測數(shù)據(jù)，進行平臺鋼梁弧度及角度、平臺鋼梁長度、平臺板寬度及長度等相關公式推導及驗證。

(5)通過Excel表格，對上述數(shù)據(jù)進行公式編輯，結合相關定測數(shù)據(jù)，進行分類計算及匯總，得出各種材料訂貨參數(shù)，為后續(xù)施工做好準備。

4 施工關鍵技術要點

4.1 平臺鋼梁及側向平臺板對應線路中心樁點位計算

(1)確定起測點，起測點里程為施工圖中側向平臺端部里程。

(2)計算每一處平臺鋼梁里程，通過間距來推斷下一點里程，即下一處平臺鋼梁里程為上一處平臺鋼梁里程加上相應間距。

(3)計算平臺鋼梁里程對應的線路中心樁點位坐標，通過里程偏差與絕對點位坐標的關系，得出相應的點位坐標，以供全站儀配合棱鏡進行測量、放樣。

(4)計算平臺鋼梁點位處軌面高程，通過軌道專業(yè)線路調線調坡資料及鋪軌里程和軌面高程之間的關系，在施工圖紙上模擬出平臺鋼梁點位處軌面高程。

(5)計算曲線段平臺鋼梁點位處軌面高程，在曲線地段，由于要對路基進行超高設置，需考慮外軌超高，通過兩軌面高程之和除以2計算出軌面連線中心點處高程。

曲線段線路中心處軌面高程計算公式:

式中:H為軌面連線中心處高程；h1為內軌軌面高程；h2為外軌軌面高程。

超高設置會引起車輛設備限界尺寸加大和內外側限界位移不均勻，因而在曲線地段要對車輛設備限界進行加寬和偏移計算[7]。

加寬量計算公式:

式中:Ta為曲線外側加寬量；Ti為曲線內側加寬量；a為車輛定距；n為車體計算端面至相鄰中心銷距離；P為轉向架固定軸距；R為線路平面曲線半徑。通過式(2)、式(3)可計算出曲線內外側加寬量。

4.2 平臺鋼梁及側向平臺板測量與定位

(1)利用全站儀及棱鏡，對計算出的平臺鋼梁所對應線路中心樁點位坐標進行放樣、測量，放樣、測量后的點位在洞底做好標記，即為軌道線路中心線位置。

(2)棱鏡分別設置在兩個控制點上，采用后方交匯法，全站儀自由設站，通過棱鏡對線路中心樁進行放樣、定位，如圖2所示。

圖2 軌道線路中心定測及放樣

(3)利用水準儀及塔尺對基準點及軌面高程進行測量，并引至隧道側壁做好標記，其中曲線段處取兩軌面高程的平均值，如圖3所示。

圖3 軌面高程、側向平臺安裝高度定測及放樣

(4)隧道側壁軌道高程位置加上軌面以上距平臺鋼梁距離，即為平臺鋼梁安裝位置，做好標記。

(5)在軌道線路中心樁通過線墜懸吊裝置下垂一線墜，線墜與線路中心樁位置重合；從線路中心樁向側壁平臺鋼梁安裝位置引出測量尺，測出其距離，如圖4所示。

圖4 盾構側壁距線路中心距離、角度定測及放樣

(6)在測量尺上表面設置水平儀，確保測量尺測量時水平；在測量尺末端設置數(shù)顯傾角儀，粗測出平臺鋼梁制作角度，以供后續(xù)計算使用。

4.3 平臺鋼梁及側向平臺板裝配計算

(1)直線段平臺鋼梁長度＝平臺鋼梁安裝高度處襯砌內輪廓至線路中心線距離-平臺限界-限位鋼板厚度。平臺鋼梁安裝高度處襯砌內輪廓至線路中心線距離，即為平臺鋼梁安裝處隧道壁至線路中心線之間的距離。

(2)圓曲線段平臺鋼梁長度，根據(jù)曲線段側向平臺縮減量表調整；緩和曲線段平臺鋼梁長度，根據(jù)曲線段移動隧道中心線路圖計算縮減量。

(3)平臺板寬度＝平臺鋼梁長度-40 mm。

(4)平臺鋼梁長度和側向平臺板寬度按照不大于50 mm的級差進行分類。

(5)數(shù)顯傾角儀緊貼平臺鋼梁安裝高度處隧道側壁，測出對應角度，作為后續(xù)計算基礎數(shù)據(jù)。

(6)采用Excel表格對測量、計算的平臺鋼梁、側向平臺板各項參數(shù)，進行整理及統(tǒng)計。

4.4 平臺鋼梁相應角度精確計算

隨著平臺鋼梁在盾構內安裝高度的變化，為保證平臺鋼梁保持水平安裝，同時，確保平臺鋼梁內側弧形鋼板與盾構面貼合嚴密，減少誤差，需對平臺鋼梁與弧形連接鋼板形成角度進行精確測量及計算，構建相應數(shù)學模型，如圖5、圖6所示，進行公式推導與驗證。

圖5 側向平臺鋼梁角度計算模型

圖6 側向平臺鋼梁角度修正計算模型

式中:β為平臺鋼梁與連接鋼板夾角；α為連接鋼板兩側端點連線與豎直線夾角；γ為連接鋼板與連接鋼板兩側端點連線夾角；L為連接鋼板弧長；R為隧道盾構半徑；η為連接鋼板對應隧道盾構圓心處夾角；δ為連接鋼板對應隧道盾構圓心處夾角的一半；θ為連接鋼板兩側端點連線與上側端點處切線夾角；λ為連接鋼板兩側端點連線與連接鋼板中心連線夾角。L、R均為已知條件，α可通過傾角儀定測得出。通過式(5)～式(7)可計算出連接鋼板兩側端點連線與上側端點對應切線間夾角，通過式(8)～式(10)可計算出連接鋼板兩側端點連線與連接鋼板中心連線夾角，通過式(7)、式(11)、式(12)可確定出連接鋼板與連接鋼板兩側端點連線夾角取值范圍，通過式(4)可計算出平臺鋼梁與連接鋼板夾角。

5 施工情況及應用效果

上海軌道交通13號線二、三期供電系統(tǒng)安裝工程，共計5個區(qū)間進行側向平臺安裝。采用無軌道施工技術，完成了盾構區(qū)間內所有側向平臺安裝及調整工作。經“限界檢測車”檢測，滿足相關技術標準，順利通過了竣工驗收，極大地縮短了施工工期，開通以來零事故，充分驗證了地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工技術的可行性、可靠性及實用性。

6 其他有關事項說明

地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工技術，由于應用的時間較短，技術不夠成熟，尚有部分事項需要注意:

(1)要在軌道鋪設前確定軌道的標高，需要做充足的準備[8]，要注重土建及鋪軌專業(yè)交樁點位的準確性。

(2)測量儀器及時做好檢定及校正，確保精確度；強化操作管理，測量人員要經過專業(yè)培訓和經驗積累，固定專人測量，減少人員操作誤差[9]。

(3)緩和曲線地段內，由于曲線的曲率半徑及外軌超高均為漸變狀態(tài)，故其內、外側加寬量與車輛的兩個轉向架所處具體位置有關[10]，地鐵車輛行至此處時，車體將發(fā)生曲內傾斜，要考慮車體輪軌關系而引起的間距誤差。

(4)地鐵區(qū)間側向平臺存在線性連續(xù)性及漸變性，在進行平臺板拼接時，需考慮平滑過渡及協(xié)調性，加入相應經驗調整數(shù)值。

(5)加強安全防護，交叉作業(yè)時要及時安排人員、設備、材料就位，必須做到一崗雙責，能組織施工、能及時制止不安全行為[11]。

7 結束語

地鐵疏散平臺是保障地鐵安全運營的重要保障措施之一[12]，本文在總結當前地鐵區(qū)間側向平臺常規(guī)施工方法的基礎上，對無軌道施工關鍵技術進行了論述，通過對無軌道定測原理、施工關鍵技術的闡述，說明了地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工的合理性及可行性。通過在上海地鐵13號線二、三期供電系統(tǒng)安裝工程中5個盾構區(qū)間側向平臺的施工實踐，充分證明了地鐵區(qū)間側向平臺無軌道施工的實用性，為今后地鐵區(qū)間側向平臺施工技術的提升提供有益借鑒，值得進一步研究及推廣應用。