薄 清

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司城交分院,天津 300251)

1 概述

地鐵隧道結構竣工后線路調整設計是在土建結構基本完成、鋪軌工程尚未開始前開展的一項重要工作。通過此項工作可對施工誤差、結構不均勻沉降及變形等原因帶來的結構限界侵限情況進行檢查分析,并提出解決問題的方法。能使列車運行于良好的“三維空間”,充分滿足建筑限界、設備限界和各相關專業(yè)的要求,保證將來列車安全運行。

2 線路調整設計前的準備工作

全線土建結構基本貫通,一般情況下在結構“徐變期”及“沉降期”以后,針對侵限情況進行線路調整。在此之前需要測量單位對地鐵隧道結構進行橫斷面測量工作,測量成果反映出地鐵隧道結構的侵限狀態(tài),并以此為設計依據開展線路平、縱斷面調整設計。因此線路設計者在開展調整工作之前需向測量單位提供地鐵隧道結構測量技術要求,以便測量成果滿足線路調整工作的要求。在測量工作開展前,應清理線路上的所有障礙,為測量工作提供良好的條件。

3 地鐵隧道結構測量

地鐵隧道結構測量工作必須滿足線路調整設計工作的技術要求。通過測量,反映工程結構內輪廓及高程現狀。地鐵隧道結構測量主要內容包括導線及高程測量、線路中線測量、結構橫斷面測量等內容,均應嚴格按照《城市軌道交通工程測量規(guī)范》有關規(guī)定辦理,其中結構橫斷面測量是地鐵隧道竣工后線路調整工作開展的重要條件,通過結構橫斷面測量,為線路調整設計提供基礎數據。

3.1 結構橫斷面測量主要要求

(1)必須以線路中線為測量基準線,線路如需變更,應以調整后的線路中線點為測量基準線,進行結構橫斷面測量。

(2)結構橫斷面測量方向在直線地段必須與線路方向垂直；曲線地段,必須與該曲線點法線方向一致,如圖1所示。

圖1 結構橫斷面測量方向示意

(3)按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》要求,在直線段每6 m、曲線段每5 m測量一個橫斷面(圖1),除此之外還需加測如下斷面。

①區(qū)間范圍：曲線5大樁，區(qū)間起、終點，結構變化點，泵房中心點，隔斷門。

②車站、渡線地段的結構變化點及控制點。

③車站起、終點(與區(qū)間起、終點同一里程,但不同結構形式),站臺兩端起、終點，站臺面高程變化點,站中心點。

3.2 地鐵隧道結構橫斷面測量點位

根據地鐵隧道斷面不同形式,測量點位的確定有如下3種情況。

(1)矩形測量位置的確定

矩形斷面比較簡單,根據設備安裝位置以及歷史經驗確定Y1、Y2、Y3(或更多的點)，確定矩形斷面測量位置。不同地鐵工程設備安裝位置可能不同,這些點根據具體情況具體分析,見圖2。

(2)圓形測量位置的確定

根據設備安裝位置以及反映圓形輪廓線的控制點Y1、Y2、Y3(或更多的點)，確定圓形斷面測量位置,見圖3。

(3)馬蹄形測量位置的確定

馬蹄形斷面比較復雜,根據設備安裝位置以及反映馬蹄形輪廓的控制點Y1、Y2、Y3(或更多的點)，確定馬蹄形斷面測量位置,見圖4。

圖2 矩形隧道測量位置示意

圖3 圓形隧道測量位置示意

圖4 馬蹄形隧道測量位置示意

(4)車站范圍測量位置的確定

車站計算站臺范圍為主要測量對象,因為站臺一端如果侵限,導致車體與結構摩擦或碰撞,引起不安全因素；而如果站臺與車體間距過寬,可能引起上下車旅客不方便,特別是小孩,可能發(fā)生卡腳事件。車體踏板如果與裝修后的站臺面有高差,出現臺階現象,可能絆倒旅客。所以首先研究車站結構特點：結構的一半是站臺邊緣控制,另一半是矩形斷面,測量點位見圖5。

圖5 車站斷面測量注:測量斷面始終面向大里程方向測量。A1(左下)、A2(左中)、A3(左上)、B1(右下)、B2(右中)、B3(右上)為相應各點與線路中線的距離,H頂、H底、站臺面高程H為測點高程。車站斷面中A1為線路中心至站臺板底邊距離；A2為站臺面高程；A3為線路中心至站臺板邊緣距離。各數據精確到小數點3位。

通過分析確定站臺一側測量站臺板底下側墻至線路中心的距離、站臺板面高程和站臺板邊緣至線路中線的距離,另一側按照矩形控制點作為測量點(Y1、Y2、Y3)。通過這些點控制完全滿足限界、安全、技術等要求。

以深圳地鐵1號線續(xù)建工程測量點位要求為例。

(1)隧道區(qū)間測矩形、圓形、馬蹄形共計8個點：底板面、頂板底各1點、左右側各3點。

(2)車站范圍內測站臺一側站臺板高程、站臺板邊緣至線路中心的距離和站臺板底下側墻至線路中心的距離,另一側按照矩形控制點作為測量點。

各測點具體位置如圖6所示。

圖6 隧道結構橫斷面測量點位示意(單位：m)

4 地鐵隧道結構侵限后線路調整設計方法

4.1 地鐵限界分類

地鐵限界分為車輛限界、設備限界和建筑限界。受電弓限界或受流器限界是車輛限界的組成部分,接觸軌限界屬于設備限界的輔助限界。

建筑限界是在設備限界基礎上,考慮了設備和管線安裝尺寸后的最小有效斷面。建筑限界又分為矩形隧道建筑限界、馬蹄形隧道建筑限界、圓形隧道建筑限界、高架線及地面線建筑限界、車輛段車場線建筑限界。

建筑限界中不包括測量誤差、施工誤差、結構沉降、位移變形等因素,是考慮了設備和管線安裝尺寸后的最小有效斷面,因此當隧道結構侵入建筑限界時,就應該進行線路調整設計或是其他專業(yè)采取措施消除侵限。隧道洞體侵限值是建筑限界值與測量實測值的差值,因此確定了建筑限界值就能確定侵限值,各專業(yè)才能根據侵限值大小采取相應處理措施。

4.2 線路調整設計方法

建筑限界設計值和測量實測值是地鐵隧道結構侵入建筑限界后線路調整設計前的參考標準和設計依據。通過結構橫斷面測量數據分析,若隧道結構侵入建筑限界且無法通過調整設備安裝滿足設備限界要求,需調整線路平面及縱斷面。線路的平、縱斷面調整設計應按“先平面、后縱斷面”的原則進行,調整平面的方法視具體情況而定,有調整一條邊的角度改變交點位置、增加交點、加大曲線半徑、加長緩和曲線長度等方法；調整縱斷面的方法主要有以下措施。

(1)調整坡度降低軌面高程,減薄道床厚度、加大軌上凈空高度。一般情況下軌下部位混凝土道床較軌上凈空的調整量大些,但軌下部位混凝土道床厚度在直線地段不宜小于130 mm,曲線地段不宜小于110 mm,在必要時可下鑿底板面,鑿除量視斷面形式及工程情況而定。

(2)調整坡度上升軌面高程,增加道床厚度,減少軌上凈空高度。在滿足最小凈空要求下,增加道床厚度就會增加混凝土工程量,增加工程投資,因此需綜合考慮確定最佳方案。

縱斷面調整具體有調整坡率坡長、移動變坡點、拆分坡段等操作方法。

無論是調整線路平面還是縱斷面都需注意新、老線接軌,相連標段的連接等問題。

5 地鐵隧道結構侵限后線路調整設計常見問題及解決方法

地鐵隧道結構侵限后線路調整設計工作中一般會遇到如下3種情況。

(1)結構水平方向侵入建筑限界,可以通過調整設備安裝滿足設備限界要求的,平面不需做調整,一般縱斷面需做微調,大多數線路調整設計工作是屬于此種情況。

(2)結構水平方向侵入建筑限界嚴重,無法通過調整設備安裝滿足設備限界要求,需要對線路平面進行擬合設計及縱斷面微調。需要注意的是根據擬合后的線路平面應重新進行結構橫斷面測量,檢核洞體侵限狀態(tài),若限界檢核結果仍不滿足限界要求,需根據侵限情況再一次進行平面擬合及縱斷面調整,再一次進行結構橫斷面測量,再進行限界檢核,如果調整的結果仍然存有問題,仍需進行循環(huán)調整,直至到達最佳狀態(tài)。

(3)結構水平方向侵限不大,縱斷面侵限嚴重,需要根據侵限情況及原施工圖設計資料對線路縱斷面進行擬合設計。需要注意的是，在縱斷面擬合設計時要滿足道床最小結構高度和最小軌上凈空要求,另外和第二種情況一樣有必要時需進行循環(huán)設計和檢核,直至到達最佳狀態(tài)。

以深圳地鐵1號線續(xù)建工程寶體站車站結構侵限后線路調整工作為例。

經對隧道橫斷面測量數據分析,寶體站右端豎向頂板(H頂)侵限嚴重,最大侵限值約0.103 m；車站左端豎向底板(H底)侵限嚴重,最大侵限值約0.084 m,見示意圖7。

圖7 寶體站頂、底板侵限示意(單位:mm)

即使通過調整設備安裝和軌道結構高度也不能滿足限界要求。后根據侵限情況對寶體站線路坡度進行了擬合,對侵限嚴重的區(qū)段進行了拆分坡度調整,如圖8所示。

圖8 寶體站縱斷面調整示意

將原施工圖中坡長為400.031 m、坡度為-2‰的一個坡段分為兩個坡段：

①SK28+747.766～SK28+948,坡長為200.234 m、坡度-2‰；

②SK28+948～SK29+148.889,坡長為200.889 m、坡度-1.6‰。

因兩個坡度的代數差小于2‰,所以未設圓曲線型的豎曲線進行連接,兩端變坡點位置均有相應調整。

此方案滿足線路坡段長度不宜小于遠期列車長度,并滿足相鄰豎曲線間的夾直線長度要求。經限界檢核：豎向頂板最大侵限值為0.023 m,底板侵限值最大為0.107 m,經與相關專業(yè)研究協商,軌道專業(yè)和接觸網專業(yè)在此段落均采取特殊設計,滿足了鋪軌要求,目前此區(qū)間已完成了鋪軌工作。

6 與上序專業(yè)的設計接口及對下序專業(yè)的影響

6.1 與上序有關專業(yè)的設計接口

(1)線路專業(yè)負責提供線路平、縱斷面圖。

(2)軌道專業(yè)負責提供曲線超高值、超高設置方式、軌道標準(各種隧道軌道結構高度)及圖紙,減振軌道地段里程范圍。

(3)隧道專業(yè)負責提供車站、區(qū)間的結構設計圖紙。

(4)建筑專業(yè)負責提供車站建筑設計圖紙。

(5)橋梁負責提供橋梁平面圖及里程。

(6)路基專業(yè)負責提供路基設計橫斷面圖及與隧道、高架橋分界里程。

(7)給排水專業(yè)負責提供區(qū)間給、排水平面布置圖及排水管安裝高度、法蘭直徑、管中心至線路中心線的最小水平距離。

(8)限界專業(yè)負責提供限界圖及管線布置圖。

(9)人防專業(yè)負責提供人防門位置及相關設計圖紙,并明確人防門施工情況。

6.2 對下序專業(yè)影響

各專業(yè)在接收到線路調整設計成果后,需對本專業(yè)內容進行檢核,根據侵限情況采取相應解決措施,影響主要專業(yè)情況如下。

(1)若頂板侵限較大,接觸網專業(yè)需對本專業(yè)內容進行調整設計。

(2)若底板侵限較大,軌道專業(yè)需對本專業(yè)內容進行調整設計。

(3)裝修專業(yè)根據調后站臺檢查表進行車站站臺板面、車站站臺板邊緣裝修層厚度調整(視工程項目確定是否進行裝修)。

(4)若洞體侵限嚴重,導致車站平面位置和縱剖面進行了修改,建筑專業(yè)需根據調后線路平、縱斷面圖進行調整設計。

(5)設備專業(yè)根據水平侵限表進行本專業(yè)內容檢核,若侵限較大,需對電纜支架等設備進行調整。

(6)若洞體侵限嚴重,無法通過其他專業(yè)調整消除侵限,需采取工程措施消除侵限的,結構專業(yè)需配合施工單位確定工程處理方案。

(7)若洞體侵限嚴重,給排水專業(yè)需結合侵限情況布置區(qū)間消火栓及法蘭盤間距或采取其他處理措施。

(8)人防專業(yè)需根據人防門施工情況確定是否進行本專業(yè)內容調整并提出反饋意見。

總之,在地鐵隧道竣工后線路調整設計之前及過程中需與相關專業(yè)密切配合,盡量滿足各相關專業(yè)要求,避免重復性工作,保證列車安全運營。

7 結語

地鐵隧道結構竣工后線路調整設計是一項十分煩瑣、涉及專業(yè)多的綜合性工作,在此設計的過程中,還必須與其他相關專業(yè)進行協調,然后才能確定最佳的線路平、縱斷面位置,目的是消除地鐵隧道結構中的一些不利因素,指導鋪軌單位順利進行鋪軌施工,保證地鐵車輛安全運營。

[1]北京市規(guī)劃委員會.GB50157—2003 地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]北京市規(guī)劃委員會.GB50308—2008 城市軌道交通工程測量規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]張佩竹，李家穩(wěn)，孟凡鐵，等.城市軌道交通調線調坡集成技術[C]∥中國城市軌道交通新技術·第二集.北京：中國科學技術出版社,2007.