地铁线路平面小半径曲线方案研究

马骁

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）

1 工程概况

兰州市城市轨道交通2号线是兰州轨道交通线网中东西向的骨架线路，全长约37 km，设站32座，设1段1场。其中，一期工程起于东方红广场站，终于雁北路站，线路全长约9.06 km，设地下站9座，排洪南路停车场1座。

2 小半径曲线的应用

兰州轨道交通2号线一期工程位于兰州市城关区，城市开发强度大，道路两侧建筑鳞次栉比，轨道交通线路沿道路进行了3次转换。受道路红线与道路两侧建构筑物影响，2号线一期工程正线平面曲线共有3处半径小于400 m，均位于道路转换处；另有一处位于出入线由排洪南路转入地块的过程中。

2.1 东方红广场至邮电大楼区间

东方红广场站为1、2号线换乘站，采用双岛四线，2号线在内为侧式站。2号线右线在车站范围与1号线右线进行立交，之后线路南转进入平凉路。受46层国芳大酒店以及万通物业大厦（F20）影响，左右线出站后采用半径为350 m的平面曲线，由庆阳路转至平凉路，区间盾构井位于圆曲线。

2.2 邮电大楼至火车站区间

火车站片区独特的地理位置及路网条件，导致线路从平凉路转向火车站东路时轨道交通车站难以靠近火车站广场。为使得轨道交通火车站站尽量靠近火车站广场，且尽量降低对地块及周边构筑物的影响，线路从邮电大楼站引出后，通过设一组半径为400 m和350 m反向曲线在平凉路西侧地块进行迂回敷设，以达到火车站广场前设站的目的。线路为减少与建构筑物关系，最小曲线半径R为350 m，下穿建工瑞景裙房、盛世芙蓉高层建筑预留廊道后接入火车站。

2.3 停车场出入线平面

排洪南路停车场出入线自公交五公司站后交叉渡线引出后，下穿排洪沟，上跨右线正线，沿排洪南路向东敷设，最终南转进入排洪南路停车场地块。排洪南路规划道路红线宽30 m，道路狭窄，交通流量大，施工期间交通疏解、管线迁改问题突出，地铁结构距离路侧建筑（路侧建筑多侵入规划红线）较近，对建筑物影响较大。停车场出入线由排洪南路南转进入地块期间受西侧武警用地、东侧中国外运甘肃公司综合楼以及北侧沿街1层商铺等影响，出入线采用半径为180 m的反向曲线由排洪南路转入停车场地块。

2.4 应用小结

通过以上实例可以总结得出：线路平面小半径曲线的应用主要位于以下几处：

1）道路转换处。地铁一般敷设于城市道路下方。但受半径大小影响，不能完全与市政道路统一。在道路转换处通常采用小曲线半径以达到对周边地块影响最小的目标。

2）降低与建构筑物风险。由于地铁线路串联城市主要客流集散点，周边建筑鳞次栉比，为降低施工风险，减少后期运营影响，小曲线半径能够有效保证与周边建构筑尤其是高层建筑的安全距离。

3 小半径曲线的影响

地铁线路平面半径过小会产生诸多影响，如列车不能达到最高设计运行速度，在同一区间增加牵引与制动，不利于行车运营；对施工技术水平要求较高；后期对轨道磨耗大，不利于运营养护及维修；小半径曲线范围内产生的噪声也较多，对周边环境产生一定影响。

3.1 行车速度

排洪南路停车场出入线最小曲线半径为180 m。根据2号线车辆平均加速度与常用制动平均减速度，可以计算得到在出入线小半径曲线起点处的出段速度为71.6 km/h，入段速度为设计速度80 km/h。但根据正常情况下列车最高速度限制计算可知，平面曲线半径为180 m的条件下对应的行车速度仅达到52.45 km/h。

3.2 施工影响

由于地铁小半径曲线选用的一个重要因素就是保证与周围建构筑物尤其是高层建构筑物的安全距离。因此，小半径曲线与建构筑物关系较近，增加施工难度。另一方面，小半径曲线靠近车站附近时，盾构接受及始发均在小曲线上，受盾构机自身构造特性等因素，小半径曲线对盾构始发及掘进都带来一定难度，对施工技术水平要求较高。

邮电大楼至火车站区间根据盾构筹划，由火车站始发向邮电大楼方向掘进。一般情况下，盾构机在曲线地段始发沿该点的切线方向。而火车站站始发点位于半径为350 m的圆曲线，若沿切线始发则会导致盾构机与设计线路偏离较大，因此施工单位采取沿该点割线方向始发的施工方案。但受曲线半径小的影响，盾构机采用最小转弯半径进行掘进。同时采取提前设定预偏量、采用弧形导台钢轨始发、严控推进速度与推力等措施。可见，小曲线割线始发风险较大。

排洪南路停车场出入线小半径曲线位于排洪南路南转进入停车场地块范围内。根据现状基础条件，线路西侧与新东方烹饪学校门房，东侧与甘肃外运公司综合楼距离较近。新东方烹饪学校大门处区间仍为地下结构，基坑埋深较深，而新东方大门为地面1层建筑，自身基础条件差，因此，应着重考虑到对门房的安全影响，区间结构与建构筑物净距约2.14 m；甘肃外运公司综合楼为钢筋混凝土结构，自身基础较好，区间结构与该建构筑物净距约1.75 m；同时该处为明挖法施工，对排洪南路道路实行“借几还几”的交通疏解方案，因此考虑距北侧临街商铺的距离满足两车道交通疏解方案。受以上因素制约，出入线小半径段落的施工条件紧张，难度大，需要在施工过程中重点监控，确保安全。

3.3 轨道影响

在曲线中小半径曲线是轨道最薄弱的，也是病害集中地，轨道状态不易控制，养护维修工作量较大。同时，由于小半径曲线对速度限制较大，、车轮及钢轨磨耗较大，容易产生安全隐患，以及列车行驶时乘客舒适度明显降低[1]。小半径曲线对轨道影响主要有以下几个方面：

1）钢轨侧磨。侧面磨耗削弱了钢轨强度，加剧钢轨损伤，缩短钢轨使用寿命。

2）钢轨波磨。钢轨波磨一般出现在曲线地段，是指钢轨使用后钢轨顶面出现的波形不均匀磨耗。在地铁等高速行车和小半径曲线地段，一般为钢轨短波磨耗，且半径越小，出现和发生的速度越快。波磨对列车运行安全构成了一定危害，增加了后期维修工作量和难度[2]。

3）运营费用增加。轮轨间的摩擦造成了对钢轨的磨耗。曲线半径越小，对钢轨的磨耗越严重，运营费用越高，同时缩短了钢轨更换的周期。有资料显示，当曲线半径R=400 m轨使用寿命基本为直线地段钢轨寿命的1/2，当R≤350 m时，钢轨使用寿命明显缩短，基本为直线地段钢轨寿命的1/3～1/4。

4）环境影响较大。地铁列车在通过小半径曲线时，由于轮缘与轨头侧面接触处的半径大于车轮踏面的半径，因此，在车轮绕瞬间转动中心转动时，轮缘与轨头侧面的磨耗会产生尖啸的噪声和振动，进而直接对周边环境产生影响，从而影响环境评估，甚至在运营期引起周边市民投诉。

4 小半径曲线设置原则

小半径曲线的设置在工程实施阶段及后期运营养护阶段都会产生一定影响，因此一般情况下应尽量避免使用。但在城市地铁修建过程中，小半径曲线因其灵活性，可以解决与城市路网、城市规划以及周边建构筑关系等问题，对此应结合现状与规划、线站位方案以及确保施工安全等几个方面考虑，合理选择设置小曲线半径。

4.1 结合现状与规划

城市轨道交通不仅能够解决城市中的交通拥堵问题，还能提升沿线土地价值。对于规划尚未完全实施的地段可适当采取小半径曲线，减少对沿线规划地块的切割，提高土地利用价值。对于城市建成区，应考虑现状沿线周边建构筑物，尤其是高层建构筑物。为保证与高层建构筑物的安全距离，降低施工风险，可适当选取小半径曲线。

4.2 结合线站位方案

通常来说，小半径曲线长度较长，对于城市轨道交通，站间距一般仅1 km左右，小半径曲线过长会影响整个区间运行速度，车辆牵引及制动频率增加，不利于行车。因此，可以结合线站位方案，对于需要使用小半径曲线的地段尽量靠近车站及区间端部，避免在区间中部使用。

4.3 运营养护及维修

通常情况下，小半径曲线地段是轨道病害集中地段，是运营阶段维修和养护的重点内容，轨道养护及维修能够保证行车安全及轨道各部件处于良好状态，延长轨道各部件的使用寿命[3]。而对于小半径曲线的轨道养护来说，标准半径的养护及维修工作更加有利。因此，在选取小半径曲线时应尽量避免使用非标半径，在有条件的情况下选择标准半径以提高后期运营养护工作效率。

5 结语

在地铁设计过程中，小半径曲线对行车速度影响大，对施工技术水平要求较高，同时增加后期与运营养护及维修成本，但不可否认的是小半径曲线因其灵活性能够避免与城市道路两侧建构筑的关系，减少施工风险，降低对既有建构筑物的影响。因此，在前期线路平面设计过程中，应结合小半径曲线特点，因地制宜，适当选取合适的半径，既满足工程要求，又保证后期运营安全及养护维修条件。