地铁区间侧向平台无轨道施工关键技术研究

曲 正

(中铁建大桥工程局集团电气化工程有限公司 天津 300300)

1 引言

疏散平台作为地铁区间的快速辅助逃生通道，在城市轨道交通领域具有十分重要的作用[1]。当前，进行地铁区间侧向平台施工时，常规的做法是在轨道铺设完毕后，以轨道线路中心及轨面高程为基准，对地铁区间侧向平台钢梁、侧向平台板等进行各项数据定测、计算，而后进行加工订货及后续施工。然而，随着地铁建设工期越来越紧，需要在地铁轨道尚未铺设时，即开始进行地铁区间侧向平台的施工。

随着国内外地铁建设技术的日渐成熟，地铁区间侧向平台的设置精度要求越来越高，而侧向平台疏散方式的瓶颈在于疏散平台的宽度[2]，尤其在地铁区间曲线地段，由于测量、计算、安装、经验值考虑等各方面的累计误差，往往会超出有效标准范围。

由于国内地铁隧道主要以盾构圆形隧道为主[3]，同时，地铁区间侧向平台距离轨面高度为一个定值，因而受轨面调线调坡数据影响较大。为确保侧向平台钢梁安装水平，平台钢梁与连接钢板的角度随着其在盾构管片上安装高度的不同而发生变化，H型钢布置间距在1.8 m以下时，各部件受力情况良好，满足使用要求[4]。由于平台钢梁相互间距较小，角度偏差变化不明显，常规做法一般是采用垫片进行调节，同时用水泥砂浆封堵，但当偏差较大时，则要返工，严重影响了施工质量及进度。

如何在无轨道条件下进行地铁盾构区间侧向平台有效施工，同时，提高侧向平台安装精度及质量，成为一个有价值的研究课题。

2 地铁区间侧向平台无轨道施工优越性

地铁区间侧向平台安装采用无轨道施工方法，摆脱了对轨道的依赖，极大地缩短了地铁区间侧向平台安装工期，有效地消除了轨通之后、电客车冷热滑之前进行侧向平台安装必要的施工时间。

地铁区间电缆支架、线槽、水管等安装时，一般以侧向平台板为基准，当侧向平台安装采用无轨道施工技术施工时，地铁区间电缆支架、线槽、水管等都可同步安装，如图1所示，极大地提高了地铁区间各专业整体施工效率。

图1 隧道直线段主要设备安装位置(单位:mm)

3 地铁区间侧向平台无轨道施工原理

(1)站台边缘施工，应按照铺完轨后的轨道中心线来定位站台边缘与轨道中心的距离[5]，同理，地铁区间侧向平台无轨道施工，要依据轨道线路调线调坡数据，采用全站仪、棱镜、水准仪、塔尺、水平尺等仪器，结合轨道线路中心点、盾构区间水准基点等数据，复测轨道线路中心线、轨面高程等基础数据。

(2)结合曲线要素，复测曲线段轨道线路中心、曲线半径、两轨面高程等相关数据。

(3)收集隧道内的标桩数据，获得标桩已有公里标高程数据[6]，结合相应点位轨道线路中心线及轨面高程，进行平台钢梁及侧向平台板安装高度、侧向平台与轨道线路中心距离等数据的定测及定位。

(4)根据定测数据，进行平台钢梁弧度及角度、平台钢梁长度、平台板宽度及长度等相关公式推导及验证。

(5)通过Excel表格，对上述数据进行公式编辑，结合相关定测数据，进行分类计算及汇总，得出各种材料订货参数，为后续施工做好准备。

4 施工关键技术要点

4.1 平台钢梁及侧向平台板对应线路中心桩点位计算

(1)确定起测点，起测点里程为施工图中侧向平台端部里程。

(2)计算每一处平台钢梁里程，通过间距来推断下一点里程，即下一处平台钢梁里程为上一处平台钢梁里程加上相应间距。

(3)计算平台钢梁里程对应的线路中心桩点位坐标，通过里程偏差与绝对点位坐标的关系，得出相应的点位坐标，以供全站仪配合棱镜进行测量、放样。

(4)计算平台钢梁点位处轨面高程，通过轨道专业线路调线调坡资料及铺轨里程和轨面高程之间的关系，在施工图纸上模拟出平台钢梁点位处轨面高程。

(5)计算曲线段平台钢梁点位处轨面高程，在曲线地段，由于要对路基进行超高设置，需考虑外轨超高，通过两轨面高程之和除以2计算出轨面连线中心点处高程。

曲线段线路中心处轨面高程计算公式:

式中:H为轨面连线中心处高程；h1为内轨轨面高程；h2为外轨轨面高程。

超高设置会引起车辆设备限界尺寸加大和内外侧限界位移不均匀，因而在曲线地段要对车辆设备限界进行加宽和偏移计算[7]。

加宽量计算公式:

式中:Ta为曲线外侧加宽量；Ti为曲线内侧加宽量；a为车辆定距；n为车体计算端面至相邻中心销距离；P为转向架固定轴距；R为线路平面曲线半径。通过式(2)、式(3)可计算出曲线内外侧加宽量。

4.2 平台钢梁及侧向平台板测量与定位

(1)利用全站仪及棱镜，对计算出的平台钢梁所对应线路中心桩点位坐标进行放样、测量，放样、测量后的点位在洞底做好标记，即为轨道线路中心线位置。

(2)棱镜分别设置在两个控制点上，采用后方交汇法，全站仪自由设站，通过棱镜对线路中心桩进行放样、定位，如图2所示。

图2 轨道线路中心定测及放样

(3)利用水准仪及塔尺对基准点及轨面高程进行测量，并引至隧道侧壁做好标记，其中曲线段处取两轨面高程的平均值，如图3所示。

图3 轨面高程、侧向平台安装高度定测及放样

(4)隧道侧壁轨道高程位置加上轨面以上距平台钢梁距离，即为平台钢梁安装位置，做好标记。

(5)在轨道线路中心桩通过线坠悬吊装置下垂一线坠，线坠与线路中心桩位置重合；从线路中心桩向侧壁平台钢梁安装位置引出测量尺，测出其距离，如图4所示。

图4 盾构侧壁距线路中心距离、角度定测及放样

(6)在测量尺上表面设置水平仪，确保测量尺测量时水平；在测量尺末端设置数显倾角仪，粗测出平台钢梁制作角度，以供后续计算使用。

4.3 平台钢梁及侧向平台板装配计算

(1)直线段平台钢梁长度＝平台钢梁安装高度处衬砌内轮廓至线路中心线距离-平台限界-限位钢板厚度。平台钢梁安装高度处衬砌内轮廓至线路中心线距离，即为平台钢梁安装处隧道壁至线路中心线之间的距离。

(2)圆曲线段平台钢梁长度，根据曲线段侧向平台缩减量表调整；缓和曲线段平台钢梁长度，根据曲线段移动隧道中心线路图计算缩减量。

(3)平台板宽度＝平台钢梁长度-40 mm。

(4)平台钢梁长度和侧向平台板宽度按照不大于50 mm的级差进行分类。

(5)数显倾角仪紧贴平台钢梁安装高度处隧道侧壁，测出对应角度，作为后续计算基础数据。

(6)采用Excel表格对测量、计算的平台钢梁、侧向平台板各项参数，进行整理及统计。

4.4 平台钢梁相应角度精确计算

随着平台钢梁在盾构内安装高度的变化，为保证平台钢梁保持水平安装，同时，确保平台钢梁内侧弧形钢板与盾构面贴合严密，减少误差，需对平台钢梁与弧形连接钢板形成角度进行精确测量及计算，构建相应数学模型，如图5、图6所示，进行公式推导与验证。

图5 侧向平台钢梁角度计算模型

图6 侧向平台钢梁角度修正计算模型

式中:β为平台钢梁与连接钢板夹角；α为连接钢板两侧端点连线与竖直线夹角；γ为连接钢板与连接钢板两侧端点连线夹角；L为连接钢板弧长；R为隧道盾构半径；η为连接钢板对应隧道盾构圆心处夹角；δ为连接钢板对应隧道盾构圆心处夹角的一半；θ为连接钢板两侧端点连线与上侧端点处切线夹角；λ为连接钢板两侧端点连线与连接钢板中心连线夹角。L、R均为已知条件，α可通过倾角仪定测得出。通过式(5)～式(7)可计算出连接钢板两侧端点连线与上侧端点对应切线间夹角，通过式(8)～式(10)可计算出连接钢板两侧端点连线与连接钢板中心连线夹角，通过式(7)、式(11)、式(12)可确定出连接钢板与连接钢板两侧端点连线夹角取值范围，通过式(4)可计算出平台钢梁与连接钢板夹角。

5 施工情况及应用效果

上海轨道交通13号线二、三期供电系统安装工程，共计5个区间进行侧向平台安装。采用无轨道施工技术，完成了盾构区间内所有侧向平台安装及调整工作。经“限界检测车”检测，满足相关技术标准，顺利通过了竣工验收，极大地缩短了施工工期，开通以来零事故，充分验证了地铁区间侧向平台无轨道施工技术的可行性、可靠性及实用性。

6 其他有关事项说明

地铁区间侧向平台无轨道施工技术，由于应用的时间较短，技术不够成熟，尚有部分事项需要注意:

(1)要在轨道铺设前确定轨道的标高，需要做充足的准备[8]，要注重土建及铺轨专业交桩点位的准确性。

(2)测量仪器及时做好检定及校正，确保精确度；强化操作管理，测量人员要经过专业培训和经验积累，固定专人测量，减少人员操作误差[9]。

(3)缓和曲线地段内，由于曲线的曲率半径及外轨超高均为渐变状态，故其内、外侧加宽量与车辆的两个转向架所处具体位置有关[10]，地铁车辆行至此处时，车体将发生曲内倾斜，要考虑车体轮轨关系而引起的间距误差。

(4)地铁区间侧向平台存在线性连续性及渐变性，在进行平台板拼接时，需考虑平滑过渡及协调性，加入相应经验调整数值。

(5)加强安全防护，交叉作业时要及时安排人员、设备、材料就位，必须做到一岗双责，能组织施工、能及时制止不安全行为[11]。

7 结束语

地铁疏散平台是保障地铁安全运营的重要保障措施之一[12]，本文在总结当前地铁区间侧向平台常规施工方法的基础上，对无轨道施工关键技术进行了论述，通过对无轨道定测原理、施工关键技术的阐述，说明了地铁区间侧向平台无轨道施工的合理性及可行性。通过在上海地铁13号线二、三期供电系统安装工程中5个盾构区间侧向平台的施工实践，充分证明了地铁区间侧向平台无轨道施工的实用性，为今后地铁区间侧向平台施工技术的提升提供有益借鉴，值得进一步研究及推广应用。