调线调坡设计以及对线路设计的启示

郭俊义

(北京城建设计研究总院有限责任公司 北京 100037)

1 调线调坡设计

地铁线路调线调坡设计，是在结构主体如车站主体、区间盾构或明挖段施工完成后，根据实测断面数据所进行的线路平面和纵断面调整设计。由于是工程地质原因或重大工程失误造成线路重大偏离情况下的一种挽回手段，应尽量避免。调线调坡作为整个地铁设计过程中的一个中间环节，提供了稳定的线路设计资料，将作为后续设计的依据，如轨道综合图设计、牵引计算、信号系统设计、接触网设计等。最重要的是，经过调线调坡设计后，稳定了轨面标高和平面位置，之后方可进行车站站台板和轨顶风道施工。在某城市地铁1号线施工过程中，由于缺乏经验，某些车站在没有做该项工作前就完成了站台板和轨顶风道的施工，造成了一些返工。所以，调线调坡设计是地铁设计的一个重要环节，必须引起重视。

由于施工中难免有这样那样的施工误差，甚至施工人员未理解设计意图就盲目施工，造成人为错误。笔者结合实际工作，对于调线调坡设计过程中碰到的一些问题的解决方法进行一些总结，希望对今后的地铁设计和施工给予帮助。

2 竣工测量内容

根据以往的经验，竣工测量首先制定出技术要求，名称一般为《XX市地铁X号线竣工测量技术要求》。对测量中的控制点引入、测量精度、测点间距、不同的结构断面型式对应的断面测点位置等，进行了详细的规定。这些断面型式主要包括:矩形隧道、圆形隧道、地下岛式站台、U型槽结构、双线马蹄形隧道、双线高架桥面、高架侧式站台车站等类型。对不同断面型式绘制了测点图和制定了针对每种类型的固定表格(Excel格式)。竣工测量的成果一方面用于线路调线调坡，另一方面用于限界检查，设备安装、工程验收等。

3 调线调坡原因

3.1 地下车站端部盾构钢环位置错误

车站端部盾构钢环是盾构始发和接收点。施工中主要出现两种错误:一是平面位置错误，二是竖向位置错误。平面错误主要原因是:如果该段为曲线段，由于曲线外轨超高的影响，隧道中心线与线路中心线之间有一定的偏移量。部分施工单位没有经验，错误地把线路中心线作为盾构中心线，造成错误。偏移量计算公式为

式中，d为隧道中心线与线路中心线的偏移值，mm;h为外轨超高值，mm;h0为隧道中心与轨面的垂向距离(对于B型车为1860 mm);s为轨距，取1500 mm。例如，如果超高值为45 mm，则偏移量为55.8 mm。为了避免平面位置错误，线路设计人员尽量在车站范围内采用直线，一是方便盾构始发，二是施工单位不容易出错。另外，区间结构设计人员在施工交底时，对于曲线段需特别强调。

对于竖向位置错误，主要原因是没有考虑竖曲线改正值。地下车站坡度一般为2‰，出站后区间一般设置为动力坡。为了让动力坡起作用，变坡点应尽量靠近车站，所以盾构钢环位置一般设在竖曲线上，如果没有考虑竖曲线，则会造成误差。例如，按坡度代数差27‰，竖曲线半径 R=3000，则竖曲线改正值约为0.27 m。对于竖向位置错误必须引起设计和施工人员高度重视，设计人员需保证设计图纸数据正确，特别是线路专业给建筑和结构专业图纸会签时应特别注意该处的标高，另外，结构设计人员在施工交底时也应强调钢环处的标高值，施工单位更要重视该环节，避免出错。

3.2 盾构施工误差

盾构施工同样会存在水平和竖向误差，产生误差的原因主要有:盾构推进技术、地质情况复杂以及对上部建筑物分析不清楚等。推进技术方法因施工单位缺乏经验，特别是小半径曲线(如半径R=300 m)，难以掌握好推进技术，产生水平向误差较大;地质复杂和上部建筑物的影响是因为南方地区，土层含水量比较高，抗浮问题解决不好，盾构就会产生上浮现象。另外，在建筑物下方推进时，也容易产生低头现象。尽量避免小半径曲线，对于下穿建筑桩群时，不宜采用最大坡度(如30‰)，而应该有一定的富余量，比如采用25‰，这样即使产生低头现象，因推进坡度比设计坡度大，也会有不大于限制坡度的调坡条件。

4 调线调坡最大利用空间

4.1 区间盾构断面分析

根据某线B型车直线地段盾构限界资料，盾构实际内径5.5 m，建筑限界直径为5.2 m。施工误差、测量误差、变误差形考虑了0.15 m(半径方向)。所以，从这个角度分析，盾构上下左右均有0.15 m的允许误差。

4.2 关于A型车和B型车

A型车和B型车高度一样，均为3.8 m。A型车宽度为3.0 m，B型车宽度为2.8 m。目前，盾构尺寸一般为半径3.1 m(直径6.2 m)的圆。既然能适应A型车限界，对于B型车，则左右均有0.1 m的富余量。

4.3 关于轨道高度

轨道高度(竖向向下可利用空间)车站内一般为560 mm，隧道内轨顶距离建筑限界底高度为740 mm，实际也是560 mm高度。对于轨道高度，特殊情况下最小可以到420 mm，也就是可以减少140 mm。所以，竖向可以有向下140 mm的空间。但是，对于减振地段特殊情况，需根据实际情况具体分析。在实际工作中，特殊减振地段采用浮置板道床减振，结构高度可最小减少至700 mm，也就是仅仅可从740 mm减少40 mm。

4.4 关于接触网高度

对于接触网供电方式，接触网高度(竖向向上可利用空间)一般为距轨面4040 mm，在正常情况下，轨面至结构顶高度为4610 mm。特殊情况下高度可以减少，根据限界计算，轨面至实际结构顶最小距离可按4360 mm控制，竖向向上也有250 mm的调整空间，若仅仅考虑建筑限界，向上可调整(250－150)100 mm。

4.5 综合分析

根据以上分析，左右可以有(150+100)250 mm的调整误差;竖向向上有(150+100)250 mm的调整量;向下均有(150+140)290 mm的调整量。调线调坡设计，就是要利用这些空间进行线路的再设计。

5 调线调坡设计

1)检查每个断面的测量数据是否满足限界要求。限界专业人员对每个断面进行分析判断，检查误差是否在可利用空间范围之内。如果不能满足限界要求，则将成果提交给线路专业人员，进行调线调坡设计。工作中，如发现有些个别地段侵限，一般也不进行调线调坡，而是通过对断面特殊处理，使得设备满足限界要求。

2)检查每个断面的测量数据是否满足轨道专业要求。轨道专业人员对每个断面进行分析判断，检查误差是否在可利用空间范围之内，如果不能满足轨道高度，则将成果提交给线路专业人员，进行调线调坡设计。

3)纵断面调整(调坡设计)。为了进行纵断面调坡设计，首先在原纵断面图中绘制实测轨顶标高线。然后绘出纵断面调整范围线，即绘制出竖向上下可调范围线，范围为本文4.5节中分析的可利用竖向空间。上下各绘制一条，这样图中就绘出了3条线。调整纵断面设计就是在满足规范的前提下，坡度线始终在上下两条线之间进行调整，调整后再次提交线路设计数据给轨道和限界专业人员进行复核，这样反复几次直到满足要求为止(见图1)。

4)平面调整(调线设计)。为了进行平面调线设计，首先在原平面图中绘制实测盾构中心线，再根据线路中心线和盾构中心偏移量绘制出实测的线路中心线。然后，绘制出左右可利用空间范围线，绘制方法是用CAD的offset命令，间距就是在4.5节中分析的左右可利用的空间值，绘制后图中就有3条线。调线设计就是在满足规范的情况下，进行反复调整，直到设计线路中心线始终在左右两条可利用空间范围线内，就完成了调线设计。调完后需要限界、轨道专业人员进行再复核，若均满足规范要求，则作为最终调线调坡成果。

图1 某工程调坡设计

6 调线调坡设计软件自动化处理

由于竣工测量数据量比较大，而且数据表格有规范的格式，适合进行软件开发，作为调线调坡辅助设计工具，可避免人工出错，提高设计质量和效率。图2是作者开发的调线调坡软件用户界面，主要有三部分功能:一是对数据进行检查，这里主要检查表中的设计数据等;二是绘制纵断面实测线及用最小二乘法模拟坡度线;三是绘制平面实际中心线。

具体包括:① 制订标准化竣工测量表格，以便计算能统一处理数据;②可视化数据输入、修改;③复核测量单位提交报告中的设计数据;④给出测量的每个数据的准许误差值，如果设计值和实测值不在该准许范围时，将测量表格中的数据字体变为红色，进行报警;⑤对于需要调整的线路坡度，可根据实测数据分段进行坡度拟合，在满足限界要求的情况下，最大化减少地误差;⑥对于需要调整平面的，将实测结构中线坐标绘制到线路平面设计图中，根据允许误差值，绘制出可调整的范围线，设计人员在允许调整范围内进行平面的再设计。设计完成后，由于里程的变化，需重新调整纵断面。调线调坡软件界面见图2。

图2 调线调坡软件界面

7 调线调坡设计对线路设计启示

7.1 关于车站两端竖曲线位置

《地铁设计规范》里提倡纵断面设计为节能坡，也就是出站下坡，进站上坡。车站坡度一般为2‰，相邻一般为25‰左右的下坡，竖曲线切点不能进入站台。那么，切点到有效站台边距离是不是越小越好呢?未必。因为如距离过小在某些情况下会难以进行调坡设计。车站结构体出现上浮，车站内轨面需要整体上移，在这种情况下，如果原竖曲线过于靠近车站，则上浮后竖曲线切点向车站内靠拢，有可能不能满足规范要求。这里简单进行分析，如果上移0.15 m。车站两端坡度若为25‰，则水平偏移为6 m。因此设计时，建议竖曲线切点距离车站有效站台端预留10 m的距离富余量，这样既满足动力坡需要，又能满足可能的调线调坡需要。

7.2 对于下穿建筑物

根据某施工单位推进经验，下穿建筑物时(包括下穿建筑物桩基的情况)，盾构容易“栽头”，难以控制坡度，往往推进的比实际的坡度大，原设计坡度为28‰，结果实际完成的坡度为40‰，造成调坡非常困难。所以在这种情况下，坡度不要用到最大坡度，应采用25‰左右的坡度，使最大限制坡度(30‰)有一定富余量，一旦施工误差较大，也可在满足规范情况下调线调坡。

7.3 尽量避免“半径小曲线长”的曲线

对于缺乏经验的施工单位，在推进这类曲线时出现误差较大，在纠偏时如果没经验会推成S弯，使得线路难以调线。对线路设计人员启示是:在选线过程中应尽量沿道路红线，避免从一条道路转向垂直的另一条道路，这样的近乎90°的弯道往往半径小曲线长，而且切割地块，也不利于地块的开发使用。

7.4 其他体会

1)结构专业人员应切实做好车站两端竖曲线设置的施工交底工作。

2)如果车站端部是曲线，设计交底时，强调盾构中心线和线路中心线的偏移量，避免错误。

3)设计平面和纵断面时，设计值不要和规范要求的最小值非常接近，比如夹直线长度、圆曲线长度等，应留有余地，方便调线调坡。

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