地铁调线调坡设计方法探讨

周 旭

地铁调线调坡设计方法探讨

周 旭

城市地铁工程土建完工后，为消除施工误差、满足限界要求，需对区间隧道、桥梁及车站等土建工程进行限界检核，并需对线路原有设计进行调线调坡。文章就线路平纵断面、曲线超高等调线调坡设计方法以及设备尺寸和安装位置调整等进行探讨。

地铁线路；调线调坡；设计方法；探讨

城市地铁工程的建设中，由于施工误差、结构沉降、变形等因素，完工后的区间隧道、桥梁或多或少将偏离原设计位置，部分偏离较大的地方难以满足限界要求，为避免返工或整改引起新的工程量和投资的增加，需要通过调整线路平、纵断面等方式，使设计满足工程现状，消除施工误差，满足限界要求。本文重点对区间线路调线调坡方法以及设备调整进行总结、分析。

1 调线调坡设计原则

1.1 平面调整原则

在进行线路调线调坡之前，需对完工后的隧道进行贯通测量，测量断面间距5 m。测量以原有设计线路中线为基准，计算测量断面上各测点的限界距离，其中，测点的位置和数量由限界专业根据车辆限界及设备限界选定。

对于圆形隧道和区间单线桥，隧道测量断面设置8个测点，桥梁断面设置5个测点，这些测点均为设备安装的最不利点。将这些测点的实测数据与限界值进行比较，确定其是否满足限界要求，若实测数据小于限界值较多，超出了限界的富余，则需进行线路调整（图1、2）。

图1 圆形隧道断面测点分布图 （单位：mm）

图2 单线桥断面测点分布图

在曲线地段，限界值应考虑加宽。圆形隧道与矩形隧道、高架桥、路基段断面限界加宽值的计算方法有所不同，可参见相关限界计算方法。

1.2 纵断面调整原则

在贯通测量中，还需对隧道底板和顶板的高程进行测量，以便核查轨道结构高度和轨上净空是否满足轨道设计及限界要求。实际轨道结构高度、实际轨上净空计算：实际轨道结构高度=设计轨面高程-实测隧道底板高程；实际轨上净空=实测隧道顶板高程-设计轨面高程。

根据计算所得的实际轨道结构高度、实际轨上净空与设计轨道结构高度、设计轨上限界值比较，实际值小于设计值的区段需进行纵断面调整。

2 调线调坡设计方法

2.1 线路平面调整

线路平面的调整主要是调整直线段的平面线位或曲线段的曲线参数。

2.1.1 直线段平面线位调整

在区间直线段出现同侧施工误差且误差值相当情况下，进行直线段平面线位调整，使直线段的线路中线与实际隧道吻合，并在施工误差较小处拟合新的曲线，与原设计线路顺接。

2.1.2 曲线段曲线参数调整

（1）曲线半径R调整。在曲线地段，调整曲线半径可改变曲线的线位。半径越大，曲线曲率越小，线路越向曲线内侧偏移；半径越小，曲线曲率越大，线路越向曲线外侧偏移。根据施工误差的实际情况，选择调大或减小曲线半径，使调整后的线路尽量与实际隧道的线路中线拟合。这种方法适用于圆曲线地段及部分缓和曲线地段出现同侧施工偏差的情况。需要注意的是，为了有利于轨道养护、维修，曲线半径不宜取得过于零碎，宜取到小数点后1位。

（2）缓和曲线长度l调整。在圆曲线两端增设缓和曲线后，圆曲线会相对原线位发生移动，圆曲线移动量P按式（1）计算：

式（1）中，l为缓和曲线长；R为圆曲线半径。

由式（1）可知，在曲线半径不变的前提下，加长缓和曲线长度l可使圆曲线移动量P增加，线路相对原设计线路向曲线内侧移动；缩短缓和曲线长度l可使圆曲线移动量P减小，线路相对原设计线路向曲线外侧移动。因此，可根据施工误差的大小和偏差方向，通过调整缓和曲线的长度改变圆曲线的移动量P，消除施工误差，调线前后圆曲线移动量P的变化值近似等于施工误差的数值。

需要指出的是，缓和曲线长度的变化将引起缓和曲线及圆曲线的共同偏移，因此，这种缓和曲线调整适用于整个曲线地段均存在同侧施工误差的情况。而在实际工程中，施工误差值肯定是具有离散性的，不仅数值大小不等，偏移的方向也会变化，在这种情况下可采用不等长缓和曲线的方式进行调整（加长一端缓和曲线或缩短另一端缓和曲线），以适应不同地段不同的施工误差。

（3）曲线半径R和缓和曲线长度l组合调整。在大多数情况下，单一调整曲线半径R或缓和曲线长度l很难完全消除施工误差，因此，需要在调整缓和曲线长度的同时，结合曲线半径的调整，以达到消除施工误差的目的。

曲线半径和缓和曲线长度综合调整时存在2个变量，在实际设计中，可根据缓和曲线切线支距Y的计算公式（2）进行试算：

式（2）中，L为缓和曲线上任意点至曲线起点ZH（或终点HZ）的距离。

在曲线交点不变的前提下，某一点的施工误差D近似等于该点调线前、后曲线的切线支距Y前、Y后之差，即：

式（3）中，R前、l前分别为调线前的圆曲线半径和缓和曲线长；R后、l后分别为调线后的圆曲线半径和缓和曲线长。

计算中选择某几个测量断面处的D和L，采用试算的办法，在R前、l前数值附近试取R后、l后，带入公式（3）试算，选取合理的曲线半径和缓和曲线长度的组合值，即可达到调整线路消除施工误差的目的。

（4）交点位置及曲线参数调整。对于某些施工误差较大的地段，需要同时调整交点的位置及参数，此种情况较为复杂，一般采用作图法进行线路的拟合和调整，需要经过多次的试算方能达到目的。

在线路平面调整后，需要根据新的线路中线坐标和高程，重新进行横断面测量，以检核调整后的线路是否满足限界要求，若依然存在较为严重的侵限，则需重新进行线路调整。

2.1.3 曲线超高h调整

根据施工误差值的大小及曲线参数，在部分出现施工误差的曲线地段采用调整曲线超高值的方式，可在一定程度上消除误差。对于圆形隧道，曲线地段由超高引起的限界加宽量A按公式（4）计算：

式（4）中，h0为隧道中心线至轨面的竖向距离，B型车一般取值1 820 mm；h为轨道超高值；s为滚动圆间距，一般取值1 506 mm。

GB50157-2013《地铁设计规范》中规定“设置的最大超高应为120 mm，未被平衡超高允许值不宜大于61 mm”，因此，在满足规范的情况下，可以调整侵限地段曲线的超高值，使之存在一定量的欠超高，进而减小限界加宽量，使原本侵限的地段满足限界的要求。

根据公式（4），在不影响列车运行速度的条件下，通过调整超高可使超高引起的限界加宽量A减小1 820×61/1 506＝73.7 mm，这可大大改善限界对于已实施隧道的适应性。但需注意的是，在某些设置了120 mm超高的小半径曲线段，本身受规范“设置的最大超高应为120 mm”的限制，已经存在部分欠超高，需将此部分欠超高一并考虑。此外，欠超高的增加将降低乘客的舒适度，加剧外侧钢轨的磨耗，应根据侵限情况，尽量采用较小的欠超高值。

2.1.4 轨面高程调整

在圆形隧道或马蹄形隧道段，隧道中部限界富余较大，因此，可通过对轨面高程进行调整，抬高或降低轨面，进而增加车辆下部或肩部限界最不利点的横向限界宽度，满足限界要求，但需注意核查调整后轨道结构高度和轨上净空。

2.2 线路纵断面调整

线路纵断面的调整主要包括调整坡长和坡率，根据实测高程资料，对轨道结构高度不足的地段适当增大坡度，对顶部结构侵限段适当减小坡度，以满足限界要求。

某些地段由于施工误差，隧道在较短的距离内竖向高程变化较大，这种情况通常采用将长坡段调整为数个坡率不同的短坡段以适应高程的迅速变化，但需要注意的是，相邻坡段的坡度代数差若大于2‰，需设置竖曲线，并需保证夹直线长度不小于50 m。

3 设备调整

若线路平、纵断面的调整无法完全消除施工误差，还可对设备的安装位置和尺寸进行调整。对于圆形隧道，根据侵限位置的不同，可对设备进行调整（图3）。

图3 圆形隧道曲线地段建筑限界图

3.1 弱电支架长度调整

曲线隧道内侧上方设置了2排弱电支架，第1排长度为250 mm，第2排为400 mm，在侵限地段可将第2排支架的长度由400 mm调整为250 mm。由于调整段长度一般不大，所以基本不影响弱电电缆的布置。

3.2 三轨安装位置调整

接触轨一般设于隧道行车方向左侧，部分区间由于隧道施工误差较大，导致三轨无法安装。这时，可采用将接触轨换边布置的方法，将侵限严重地段的接触轨设于隧道行车方向右侧，这种调整仅需增加部分端部弯头及过轨管线，不影响接触轨的正常使用。

3.3 疏散平台宽度调整

在侵限地段可将区间疏散平台设为GB50157-2013《地铁设计规范》规定的隧道内最小宽度550 mm（单线），以节省空间，满足限界要求。

3.4 通信漏缆安装位置调整

漏泄同轴电缆设于隧道行车方向外侧，与车辆肩部基本等高，在侵限地段可将其安装位置下移200～ 300 mm，以避开限界最不利点，保证车辆肩部位置限界满足要求。

4 结束语

调线调坡设计采用线路或设备的调整方法，可有效消除因施工误差产生的侵限问题，保证轨道的顺利铺设和通车运营。调线调坡是一项从测量到设计，涉及多个专业的综合性工作，在今后的设计工作中还应该继续探索和研究新的调线调坡设计方法。针对调线调坡设计，提出以下建议：

（1）测量数据是调线调坡的最重要资料，为更好地为设计提供测量基础资料，建议委托有资质的第三方测量单位进行全线贯通测量；

（2）设计图纸尽量避免施工可能出现的错误或误差，如，车站坡段问题，应尽量将车站范围设计为一个坡段，避免竖曲线进入车站主体范围；

（3）线路纵断面设计中尽量避免长大缓坡。

[1] 孟凡铁. 深圳地铁调线调坡技术研究[J]. 铁道标准设计，2004 (3).

[2] 许兆俊. 城市轨道交通平、纵断面设计中的调线调坡[J]. 铁道标准设计，2003 (9).

[3] GB50157-2013 地铁设计规范[S]. 2013.

[4] 刘志雄. 无锡地铁调线调坡技术研究[J]. 铁道勘测与设计，2013 (3).

[5] 赵强. 武汉2号线调线调坡设计研究[J]. 铁道工程学报，2013 (10).

[6] 李洪强. 苏州地铁调线调坡技术研究[J]. 铁道建筑技术，2013 (11).

[7] 蒋勇. 城市轨道交通调线调坡测量中圆隧道横断面测量方法的探讨[J]. 城市勘测，2011 (1).

责任编辑 朱开明

Discussion on Design Methods for Metro Line Track Adjustment

Zhou Xu

After completion of metro civil engineering works, in order to eliminate the construction error, meet the requirements of clearance, check and inspection on clearance of civil engineering works such as tunnels, bridges and stations and route in the original design including route alignment and adjusting gradient. The paper discusses the design method of track profile and alignment, the adjustment design method of the curve superelevation, and the adjustment of the dimension and position of the components.

metro track, route alignment and adjusting gradient, design method, discussion

U412.3

2015-02-09

周旭：中铁二院工程集团有限责任公司，工程师，四川成都 610031