地铁隧道结构竣工后线路调整设计研究

薄 清

(铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院,天津 300251)

1 概述

地铁隧道结构竣工后线路调整设计是在土建结构基本完成、铺轨工程尚未开始前开展的一项重要工作。通过此项工作可对施工误差、结构不均匀沉降及变形等原因带来的结构限界侵限情况进行检查分析,并提出解决问题的方法。能使列车运行于良好的“三维空间”,充分满足建筑限界、设备限界和各相关专业的要求,保证将来列车安全运行。

2 线路调整设计前的准备工作

全线土建结构基本贯通,一般情况下在结构“徐变期”及“沉降期”以后,针对侵限情况进行线路调整。在此之前需要测量单位对地铁隧道结构进行横断面测量工作,测量成果反映出地铁隧道结构的侵限状态,并以此为设计依据开展线路平、纵断面调整设计。因此线路设计者在开展调整工作之前需向测量单位提供地铁隧道结构测量技术要求,以便测量成果满足线路调整工作的要求。在测量工作开展前,应清理线路上的所有障碍,为测量工作提供良好的条件。

3 地铁隧道结构测量

地铁隧道结构测量工作必须满足线路调整设计工作的技术要求。通过测量,反映工程结构内轮廓及高程现状。地铁隧道结构测量主要内容包括导线及高程测量、线路中线测量、结构横断面测量等内容,均应严格按照《城市轨道交通工程测量规范》有关规定办理,其中结构横断面测量是地铁隧道竣工后线路调整工作开展的重要条件,通过结构横断面测量,为线路调整设计提供基础数据。

3.1 结构横断面测量主要要求

(1)必须以线路中线为测量基准线,线路如需变更,应以调整后的线路中线点为测量基准线,进行结构横断面测量。

(2)结构横断面测量方向在直线地段必须与线路方向垂直；曲线地段,必须与该曲线点法线方向一致,如图1所示。

图1 结构横断面测量方向示意

(3)按《城市轨道交通工程测量规范》要求,在直线段每6 m、曲线段每5 m测量一个横断面(图1),除此之外还需加测如下断面。

①区间范围：曲线5大桩，区间起、终点，结构变化点，泵房中心点，隔断门。

②车站、渡线地段的结构变化点及控制点。

③车站起、终点(与区间起、终点同一里程,但不同结构形式),站台两端起、终点，站台面高程变化点,站中心点。

3.2 地铁隧道结构横断面测量点位

根据地铁隧道断面不同形式,测量点位的确定有如下3种情况。

(1)矩形测量位置的确定

矩形断面比较简单,根据设备安装位置以及历史经验确定Y1、Y2、Y3(或更多的点)，确定矩形断面测量位置。不同地铁工程设备安装位置可能不同,这些点根据具体情况具体分析,见图2。

(2)圆形测量位置的确定

根据设备安装位置以及反映圆形轮廓线的控制点Y1、Y2、Y3(或更多的点)，确定圆形断面测量位置,见图3。

(3)马蹄形测量位置的确定

马蹄形断面比较复杂,根据设备安装位置以及反映马蹄形轮廓的控制点Y1、Y2、Y3(或更多的点)，确定马蹄形断面测量位置,见图4。

图2 矩形隧道测量位置示意

图3 圆形隧道测量位置示意

图4 马蹄形隧道测量位置示意

(4)车站范围测量位置的确定

车站计算站台范围为主要测量对象,因为站台一端如果侵限,导致车体与结构摩擦或碰撞,引起不安全因素；而如果站台与车体间距过宽,可能引起上下车旅客不方便,特别是小孩,可能发生卡脚事件。车体踏板如果与装修后的站台面有高差,出现台阶现象,可能绊倒旅客。所以首先研究车站结构特点：结构的一半是站台边缘控制,另一半是矩形断面,测量点位见图5。

图5 车站断面测量注:测量断面始终面向大里程方向测量。A1(左下)、A2(左中)、A3(左上)、B1(右下)、B2(右中)、B3(右上)为相应各点与线路中线的距离,H顶、H底、站台面高程H为测点高程。车站断面中A1为线路中心至站台板底边距离；A2为站台面高程；A3为线路中心至站台板边缘距离。各数据精确到小数点3位。

通过分析确定站台一侧测量站台板底下侧墙至线路中心的距离、站台板面高程和站台板边缘至线路中线的距离,另一侧按照矩形控制点作为测量点(Y1、Y2、Y3)。通过这些点控制完全满足限界、安全、技术等要求。

以深圳地铁1号线续建工程测量点位要求为例。

(1)隧道区间测矩形、圆形、马蹄形共计8个点：底板面、顶板底各1点、左右侧各3点。

(2)车站范围内测站台一侧站台板高程、站台板边缘至线路中心的距离和站台板底下侧墙至线路中心的距离,另一侧按照矩形控制点作为测量点。

各测点具体位置如图6所示。

图6 隧道结构横断面测量点位示意(单位：m)

4 地铁隧道结构侵限后线路调整设计方法

4.1 地铁限界分类

地铁限界分为车辆限界、设备限界和建筑限界。受电弓限界或受流器限界是车辆限界的组成部分,接触轨限界属于设备限界的辅助限界。

建筑限界是在设备限界基础上,考虑了设备和管线安装尺寸后的最小有效断面。建筑限界又分为矩形隧道建筑限界、马蹄形隧道建筑限界、圆形隧道建筑限界、高架线及地面线建筑限界、车辆段车场线建筑限界。

建筑限界中不包括测量误差、施工误差、结构沉降、位移变形等因素,是考虑了设备和管线安装尺寸后的最小有效断面,因此当隧道结构侵入建筑限界时,就应该进行线路调整设计或是其他专业采取措施消除侵限。隧道洞体侵限值是建筑限界值与测量实测值的差值,因此确定了建筑限界值就能确定侵限值,各专业才能根据侵限值大小采取相应处理措施。

4.2 线路调整设计方法

建筑限界设计值和测量实测值是地铁隧道结构侵入建筑限界后线路调整设计前的参考标准和设计依据。通过结构横断面测量数据分析,若隧道结构侵入建筑限界且无法通过调整设备安装满足设备限界要求,需调整线路平面及纵断面。线路的平、纵断面调整设计应按“先平面、后纵断面”的原则进行,调整平面的方法视具体情况而定,有调整一条边的角度改变交点位置、增加交点、加大曲线半径、加长缓和曲线长度等方法；调整纵断面的方法主要有以下措施。

(1)调整坡度降低轨面高程,减薄道床厚度、加大轨上净空高度。一般情况下轨下部位混凝土道床较轨上净空的调整量大些,但轨下部位混凝土道床厚度在直线地段不宜小于130 mm,曲线地段不宜小于110 mm,在必要时可下凿底板面,凿除量视断面形式及工程情况而定。

(2)调整坡度上升轨面高程,增加道床厚度,减少轨上净空高度。在满足最小净空要求下,增加道床厚度就会增加混凝土工程量,增加工程投资,因此需综合考虑确定最佳方案。

纵断面调整具体有调整坡率坡长、移动变坡点、拆分坡段等操作方法。

无论是调整线路平面还是纵断面都需注意新、老线接轨,相连标段的连接等问题。

5 地铁隧道结构侵限后线路调整设计常见问题及解决方法

地铁隧道结构侵限后线路调整设计工作中一般会遇到如下3种情况。

(1)结构水平方向侵入建筑限界,可以通过调整设备安装满足设备限界要求的,平面不需做调整,一般纵断面需做微调,大多数线路调整设计工作是属于此种情况。

(2)结构水平方向侵入建筑限界严重,无法通过调整设备安装满足设备限界要求,需要对线路平面进行拟合设计及纵断面微调。需要注意的是根据拟合后的线路平面应重新进行结构横断面测量,检核洞体侵限状态,若限界检核结果仍不满足限界要求,需根据侵限情况再一次进行平面拟合及纵断面调整,再一次进行结构横断面测量,再进行限界检核,如果调整的结果仍然存有问题,仍需进行循环调整,直至到达最佳状态。

(3)结构水平方向侵限不大,纵断面侵限严重,需要根据侵限情况及原施工图设计资料对线路纵断面进行拟合设计。需要注意的是，在纵断面拟合设计时要满足道床最小结构高度和最小轨上净空要求,另外和第二种情况一样有必要时需进行循环设计和检核,直至到达最佳状态。

以深圳地铁1号线续建工程宝体站车站结构侵限后线路调整工作为例。

经对隧道横断面测量数据分析,宝体站右端竖向顶板(H顶)侵限严重,最大侵限值约0.103 m；车站左端竖向底板(H底)侵限严重,最大侵限值约0.084 m,见示意图7。

图7 宝体站顶、底板侵限示意(单位:mm)

即使通过调整设备安装和轨道结构高度也不能满足限界要求。后根据侵限情况对宝体站线路坡度进行了拟合,对侵限严重的区段进行了拆分坡度调整,如图8所示。

图8 宝体站纵断面调整示意

将原施工图中坡长为400.031 m、坡度为-2‰的一个坡段分为两个坡段：

①SK28+747.766～SK28+948,坡长为200.234 m、坡度-2‰；

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

因两个坡度的代数差小于2‰,所以未设圆曲线型的竖曲线进行连接,两端变坡点位置均有相应调整。

此方案满足线路坡段长度不宜小于远期列车长度,并满足相邻竖曲线间的夹直线长度要求。经限界检核：竖向顶板最大侵限值为0.023 m,底板侵限值最大为0.107 m,经与相关专业研究协商,轨道专业和接触网专业在此段落均采取特殊设计,满足了铺轨要求,目前此区间已完成了铺轨工作。

6 与上序专业的设计接口及对下序专业的影响

6.1 与上序有关专业的设计接口

(1)线路专业负责提供线路平、纵断面图。

(2)轨道专业负责提供曲线超高值、超高设置方式、轨道标准(各种隧道轨道结构高度)及图纸,减振轨道地段里程范围。

(3)隧道专业负责提供车站、区间的结构设计图纸。

(4)建筑专业负责提供车站建筑设计图纸。

(5)桥梁负责提供桥梁平面图及里程。

(6)路基专业负责提供路基设计横断面图及与隧道、高架桥分界里程。

(7)给排水专业负责提供区间给、排水平面布置图及排水管安装高度、法兰直径、管中心至线路中心线的最小水平距离。

(8)限界专业负责提供限界图及管线布置图。

(9)人防专业负责提供人防门位置及相关设计图纸,并明确人防门施工情况。

6.2 对下序专业影响

各专业在接收到线路调整设计成果后,需对本专业内容进行检核,根据侵限情况采取相应解决措施,影响主要专业情况如下。

(1)若顶板侵限较大,接触网专业需对本专业内容进行调整设计。

(2)若底板侵限较大,轨道专业需对本专业内容进行调整设计。

(3)装修专业根据调后站台检查表进行车站站台板面、车站站台板边缘装修层厚度调整(视工程项目确定是否进行装修)。

(4)若洞体侵限严重,导致车站平面位置和纵剖面进行了修改,建筑专业需根据调后线路平、纵断面图进行调整设计。

(5)设备专业根据水平侵限表进行本专业内容检核,若侵限较大,需对电缆支架等设备进行调整。

(6)若洞体侵限严重,无法通过其他专业调整消除侵限,需采取工程措施消除侵限的,结构专业需配合施工单位确定工程处理方案。

(7)若洞体侵限严重,给排水专业需结合侵限情况布置区间消火栓及法兰盘间距或采取其他处理措施。

(8)人防专业需根据人防门施工情况确定是否进行本专业内容调整并提出反馈意见。

总之,在地铁隧道竣工后线路调整设计之前及过程中需与相关专业密切配合,尽量满足各相关专业要求,避免重复性工作,保证列车安全运营。

7 结语

地铁隧道结构竣工后线路调整设计是一项十分烦琐、涉及专业多的综合性工作,在此设计的过程中,还必须与其他相关专业进行协调,然后才能确定最佳的线路平、纵断面位置,目的是消除地铁隧道结构中的一些不利因素,指导铺轨单位顺利进行铺轨施工,保证地铁车辆安全运营。

[1]北京市规划委员会.GB50157—2003 地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]北京市规划委员会.GB50308—2008 城市轨道交通工程测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]张佩竹，李家稳，孟凡铁，等.城市轨道交通调线调坡集成技术[C]∥中国城市轨道交通新技术·第二集.北京：中国科学技术出版社,2007.