合肥轨道交通1号线贵湖区间调线调坡方案分析

李志强， 徐成永

(北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100037)

合肥轨道交通1号线贵湖区间调线调坡方案分析

李志强， 徐成永

(北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100037)

地铁施工中，因施工误差导致隧道轴线偏差超限，需要进行调线调坡。阐明合肥轨道交通1号线贵阳路站—湖南路站区间右线原线路设计方案和施工后第三方监测的偏差情况，提出两种调线调坡方案。方案1采用平面复曲线方案；方案2采用单一曲线和站端R1 800 m小半径竖曲线的组合方案。从平面曲线、最小竖曲线半径、最小限界、超高及限速等方面进行比选，同时考虑复曲线运营养护困难的问题，最终贵湖区间右线调线调坡推荐方案2。

轨道交通； 调线调坡； 复曲线； 小半径竖曲线

在地铁施工中，难免有这样那样的施工误差，甚至出现施工人员的人为错误，导致施工后的线路不满足使用要求[1]。近期，全国各地轨道交通发展迅猛，调线调坡也随之出现，比如深圳[2]、苏州[3]、无锡[4]和武汉[5]等城市。笔者参考调线调坡方法[6-7]，结合线路原设计方案和隧道施工偏差情况对合肥轨道交通1号线贵阳路站—湖南路站区间(以下简称“贵湖”区间)右线调线调坡方案进行研究。

1 原设计方案及隧道偏差

1.1 工程概况

合肥轨道交通1号线贵湖区间右线起讫里程为K26+701.911～K27+ 626.154，区间全长924.243 m，隧道为单洞单线圆形隧道，采用盾构法施工，隧道管片内净空值为5 400 mm，厚度为300 mm，一环宽度为1.5 m，环与环之间采用错缝拼装。

贵湖区间覆土为9.3～18.5 m，位于南淝河二级阶地，场地现况主要为荒地、农田，穿越土层主要为黏土③层、黏土④层，具有弱膨胀潜势，车站开挖过程中，土体具有较高的自立性，且未见地下水，地质条件较好。区间上方无管线，地势由北向南逐渐升高，自然地面标高为14.62～20.43 m。

贵湖区间右线于2014年4月25日始发，掘进至12环处，水平偏差达到最大(311 mm)；掘进至44环处，垂直偏差达到最大(515 mm)。2014年6月10日推进至168环(即252 m)处因隧道轴线偏差超限停机。

1.2 原线路设计方案

原线路设计方案平面见图1。右线站台中心间距为1 071.493 m，采用一处R380不等长缓和曲线的圆曲线，曲线全长为646.903 m，缓和曲线长l1=60 m，l2=40 m。

图1 原线路平面方案Fig.1 The original line plane

原线路设计方案纵断面见图2。贵阳路站与湖南路站均为地下2层标准车站，依据地势情况，湖南路站小里程方向采用单侧动力坡。

图2 原线路纵断面方案Fig.2 The original line profile

1.3 隧道施工偏差情况

贵湖区间右线盾构自湖南路站始发后即发生偏差。区间盾构实施完成后，经第三方测量单位实测，贵湖区间右线隧道实测中心线水平最大偏差311 mm，垂直最大偏差515 mm，主要偏差位于第1～120环，相关偏差情况如图 3所示。

图3 各环轴线偏差Fig.3 Axis deviation of each ring

2 调线调坡方案

贵湖区间盾构实施已经完成，隧道轴线偏差严重，调线调坡较为困难。

2.1 方案1：复曲线方案

根据2013版《地铁设计规范》[8]要求，新建线路不应采用复曲线，困难情况下经技术经济比选后可采用。

本方案平面采用一组半径为380+384 m的五单元复曲线，同时对纵断局部坡段的坡长、坡度及变坡点位置进行相应调整。

2.1.1 平面方案

平面方案(见图4)在保持湖南路站右线方位角不变的情况下，将线路向南平移16 cm，并相应削减站台宽度。在站台大里程端，采用1组S曲线将右线调整回原线位。

盾构平面推偏范围采用1组五单元复曲线，曲线半径分别为380 m、384 m，直线1与曲线1、曲线1与曲线2、曲线2与直线2之间的缓和曲线长度分别为65 m、70 m和30 m。

图4 方案1平面Fig.4 The line plane of scheme 1

2.1.2 纵断方案

调整后纵断面增加2处变坡点，调整之后K27+510前后的坡长分别为60 m、61 m，坡度分别为31.5‰、32.958‰，坡度差1.458‰，小于2‰，根据地铁设计规范，中间可不设竖曲线，在调线调坡条件困难的情况下，K27+450～K27+571段可视为一个单坡。调坡方案还对部分坡段的坡长与坡度进行调整，并将K27+450处变坡点的竖曲线半径增大到7 000 m，将湖南路站端的竖曲线半径调整为2 000 m。

图5是调整前后的湖南路站端纵断面对比图，纵断参数见表1。

图5 湖南路站段方案调整前后对比Fig.5 Scheme comparison before and after the adjustment of Hunan Road Station

2.2 方案2：单一曲线方案

该方案贵湖区间平面调整为半径R380.5 m的单一圆曲线。由于线路中心线相对隧道轴线横向偏差较大，轨枕块与圆形隧道内壁间隙不足，为满足铺轨空间要求，本方案将湖南路站端竖曲线半径减小为1 800 m(规范要求困难情况下不应小于2 000 m)，提高竖曲线处轨面标高。

2.2.1 平面方案

贵湖区间右线半径调整为380.5 m，湖南路站端缓和曲线长度由原设计40 m调整为30 m。站台平行削减16 cm，在站台大里程端，采用一组R 5 200 m的S曲线，将右线调整回原线位(见图6)。

2.2.2 纵断面方案

调整后的纵断面方案如表2所示。

表1 方案1纵断面参数

表2 方案2纵断面参数

图6 方案2平面Fig.6 The line plane of scheme 2

3 方案比选

3.1 线路方案对规范的符合性

根据《地铁设计规范》(GB 50157—2013)，方案1和方案2各涉及一处“不应”采用的条款。

3.1.1 方案1：复曲线的规范解释及问题

规范6.2.1节第6条叙述如下：“新建线路不应采用复曲线，在困难地段，应经技术经济比较后采用。复曲线间应设置中间缓和曲线，其长度不应小于20 m，并应满足超高顺坡率不大于2‰的要求。”方案1的复曲线满足困难情况下的相关要求，但参考北京地铁10号线十里河—分钟寺区间复曲线的应用情况，主要存在以下几个问题：

1) 复曲线养护维修困难，轨道发生偏移后，调回原线位的测量工作复杂；

2) 磨耗较大，换轨相对正常曲线频繁；

3) 列车通过时轮轨啸叫声明显，噪声大。

北京地铁10号线复曲线段，各曲线之间无缓和曲线连接。最大曲率差为1/2 512，满足2003版规范[9]5.2.4条曲率差小于1/2 500不设缓和曲线的要求。现行2013版规范中对该条进行了修改，复曲线间应设长度不小于20 m的缓和曲线。本次调线调坡的复曲线方案曲率差为1/36 480，中间缓和曲线长70 m，线路平顺性优于北京地铁10号线复曲线。

3.1.2 方案2：竖曲线半径的规范解释及问题

在方案2中，湖南路站站端出现了一处R1 800 m的竖曲线。规范6.3.3节第2条指出，“两相邻坡段的坡度代数差等于或大于2 ‰时，应设圆曲线型的竖曲线连接，竖曲线半径不应小于表6.3.3的规定”，规范中表6.3.3如表3所示。

表3 竖曲线半径

2013版规范未对竖曲线半径进行解释，但在2003版规范条文说明的5.3.8条对竖曲线半径进行了如下解释：

“为缓和变坡点坡度的急剧变化，使列车通过变坡点时产生的附加加速度不超过允许值，相邻坡度差大于一定数值时，应在变坡点处设置圆曲线型竖曲线。

列车通过变坡点时产生的附加加速度即竖向加速度av，竖曲线半径Rv(m)与行车速度V(km/h)及av(m/s2)的关系为：Rv=V2/(3.62av)。

根据国外资料，av值采用的范围为0.07～0.31 m/s2，但多数国家采用Rv=V2，即av值为0.08 m/s2，困难条件下采用Rv=V2/2，即av值为0.15 m/s2。”

由于本区间半径1 800 m的竖曲线出现在车站端部，按列车通过速度60 km/h，计算得到困难情况下的竖曲线半径Rv=60×60/2=1 800 m。结合2003版规范的条文说明，本次调线调坡将湖南路站端竖曲线半径调整为1 800 m，并满足轨道铺设的空间要求。

香港地铁设计规范3.3.6.2条对竖曲线半径的规定，在80 km/h的速度下，一般情况最小竖曲线半径是3 000 m，困难情况下最小竖曲线半径为1 500 m。伊朗德黑兰地铁采用的是法国设计标准设计方案的最小竖曲线半径，站端为1 250 m，区间为2 500 m。

3.2 限界情况

顶部设备限界至隧道壁最小间隙，方案1(复曲线方案)为154 mm，方案2为167 mm，方案2比方案1多13 mm的安全距离。

3.3 轨道超高及限速情况

方案1由于存在复曲线，可利用复曲线中间缓和曲线进行超高过渡。目前R384的圆曲线超高为70 mm，限速61 km/h；R380的圆曲线超高120 mm，限速71 km/h。由于复曲线中R380段曲线长度较长，120 mm超高能够提高列车通过速度，缩短通过时间。

方案2的单一曲线受湖南路站端部30 m缓和曲线的约束，超高为70 mm，又由于受到站端R1 800 m竖曲线的影响，为保证舒适性，通过速度宜控制在55～60 km/h。经牵引计算比较，方案2的区间旅行时间比方案1增加6 s，对全线旅行时间影响有限。

3.4 方案对比

方案1与方案2的比较如表4所示。

表4 方案比较

考虑复曲线运营阶段养护困难，而半径1 800 m的竖曲线可以采取控制车速的方式通过，对乘客舒适度影响有限，故本段调线调坡建议采用单一曲线的方案2。

4 结论及建议

1) 考虑复曲线运营养护困难，本次贵湖区间右线调线调坡推荐方案2单一曲线与站端小半径竖曲线结合方案。

2) 参考香港地铁设计规范及德黑兰地铁设计方案，最小竖曲线半径的取值均小于国标地铁设计规范。根据规范要求的舒适度标准进行计算，本次站端设置半径为1 800 m的竖曲线满足困难情况下的舒适度标准。

3) 近几年国内地铁建设发展迅速，调线调坡情况较为普遍，结合国内外竖曲线取值情况，采用小半径竖曲线对调线调坡具有借鉴意义。

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Code for design of Metro:GB 50157—2013[S].Beijing: China Architecture & Building Press，2014.

[9] 地铁设计规范:GB 50157—2003[S].北京:中国计划出版社，2003.

Code for design of Metro:GB 50157—2003[S].Beijing: China Planning Press, 2003.

(编辑：曹雪明)

Horizontal and Vertical Alignment for the Section between Guiyang Road Station and Hunan Road Station of Hefei Metro Line 1

LI Zhiqiang, XU Chengyong

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

The adjustment of route alignment and gradient is needed in the building of subways due to construction errors. The methods of horizontal and vertical alignment is put forward by analyzing the original design scheme and the testing data on the construction errors from the third party for the right shield tunnel linking Guiyang Road Station and Hunan Road Station of Hefei Metro Line 1. The first method is the horizontal compound curve, and the second method is the combined scheme, which includes a single curve and a vertical curve with a small radius of 1800m at the station end. The second method proves to be recommendable for the section between Guiyang Road Station and Hunan Road Station in terms of the plane curve, minimum radius of vertical curve, the minimum gauge, super elevation and speed limit, as well as the difficulties of operation maintenance for the complex curve. Keywords: rail transit; horizontal and vertical alignment; compound curve; vertical curve with small radius

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.004

2016-07-13

2017-03-30

李志强，男，硕士，工程师，从事城市轨道交通线网规划和线路设计工作，lizqiang07@126.com

U231

A

1672-6073(2017)03-0017-05

编者按 轨道交通调线调坡降低了线路技术条件,不可滥用。尤其是调线,产生原因多数是因人为过失酿成差错,更应杜绝。北京、上海轨道交通早期建设线路没有发生调线事件;现今,我们的经验、施工技术手段、技术装备大大提高,非昔日可比,但调线却发生了,调坡上升了,这是不该发生的现象。它警示我们,当今轨道交通工程施工质量下滑。希望各方重视,加強对施工质量的管控,千方百计将人为因素造成的调线调坡降到零。建议:取消设计单位对施工单位义务调线调坡,严查调线调坡原因,对当事人及主管要追责,对单位要罚款等,以确保线路百年使用质量。发表此文意在迫不得已时提供参改。