城市轨道交通线路设计中的调线调坡技术研究

陈 菊

(沈阳地铁集团有限公司，沈阳 110011)

城市轨道交通线路设计中的调线调坡技术研究

陈 菊

(沈阳地铁集团有限公司，沈阳 110011)

调线调坡是对已竣工的桥梁、隧道等结构物的空间三维坐标进行量测后，根据现场的实际结构施工情况，对线路平、纵断面进行优化，以满足设备限界、建筑限界要求，是城市轨道交通线路设计中的重要环节。调线调坡的主要设计原则:以现场实测资料为基础，在原有设计标准基础上，对线路进行调整，以满足限界要求;必要时，在征得各个专业同意的前提下，也可对原有设计标准进行适当调整。调线调坡的主要方法:应以线路平面及纵断面调整为主，必要时，也可对设备进行特殊设计或对已施工结构进行处理。主要介绍调线调坡的设计原则和基本方法，并通过具体的工程实例对调线调坡的步骤及应注意的问题进行分析说明。

城市轨道交通;线路设计;限界检查;调线调坡

1 概述

城市轨道交通隧道、桥梁等土建主体结构工程施工完成后，由于受施工误差、测量误差及结构变形等因素影响，如按原设计线路进行轨道、设备等内部结构施工时，往往会不满足限界要求，因此，需根据已完成结构的实际情况，对超出误差允许范围内的线路平纵断面进行适当优化调整，即调线调坡。调线调坡是对已竣工的桥梁、隧道等结构物的空间三维坐标进行量测后，根据现场的实际结构施工情况，通过对线路平纵断面及设备管线布置的优化，最大程度地利用了已施工完成结构的既有空间，使已完成结构断面满足建筑及设备限界要求，从而避免结构凿除及二次施工，节省了工程投资;另外，通过对线路平纵断面的优化，使得线路更加平顺，列车运行更加平稳，提高了乘客的舒适度［1］。因此，调线调坡是铺轨施工前的一项重要工作，是城市轨道交通建设必不可少的重要环节。

2 调线调坡资料准备

调线调坡设计是以已施工完成的隧道或高架桥梁的实测资料为基础，对超出误差允许范围区段线路进行调整［2］。所需准备的资料主要包括。

(1)调线调坡测量资料。包括结构顶、底板的水准测量及横断面的测量，以及线路中线的放样等。其中中线放样、水准测量应按照有关规范满足闭合差的要求;横断面测量是调线调坡的重要数据之一，该测量较难检查，须严格执行。

(2)与调线调坡相关的原设计资料。主要包括线路平、纵断面设计图，限界图，轨道设计图，地铁车站、区间设计图等。

(3)隧道或桥梁的工后变形、沉降资料。

3 调线调坡设计

3.1 设计原则

(1)调线调坡设计应以实测线路平面、高程及限界资料为基础，同时参照误差标准，对线路平面及高程进行调整。

(2)调整后的线路，必须满足设备限界、建筑限界的要求，同时应满足《地铁设计规范》等相关规范、规程的要求。

(3)调线调坡的设计标准原则上应与原设计标准一致，如按原设计标准会导致较大的土建工程返工、从而造成工程造价的大幅增加时，应召集各个相关专业，在不影响后期运营的前提下，对原设计标准能否做适当修改进行专门研究。

3.2 限界专业检查

限界检查主要是对每个横断面测点的实测数据与测点的建筑限界进行比较，从而判断该断面是否满足限界要求［3］。竖向限界检查主要包含3个部分:轨下道床厚度检查、轨上净空高度检查以及车站站台板高程检查。横向限界检查主要是对每个断面测点实测的横向值与相应该点的建筑限界值进行比较。如经限界检查后，断面不能满足限界要求，则需将检查成果提交线路专业人员，进行调线调坡设计。

另外，轨道专业也应对每个断面进行分析判断，检查在误差允许范围内，是否能对轨道高度进行适当调整，如不能满足要求，也需将成果提交线路专业人员，供调线调坡使用［4］。

3.3 允许误差标准的确定

允许误差标准的大小用来判断是否需要进行调线调坡设计，其数值的大小直接关系到调线调坡设计的工作量，更重要的是与运营后的行车安全相关［5］。但目前还没有相应的规范对这一数值进行规定，在具体设计时一般只是参照各相关专业的限界要求及以往的经验确定相应数值。

隧道横向允许最大误差一般可按80mm考虑［6］。以盾构隧道为例，满足其建筑限界要求的设计半径一般为2 600mm，而考虑了施工误差及工后变形等多种因素后，盾构隧道的实际设计半径为2 750mm，两者间有150mm的余量，而土建验收标准是隧道内横向偏差不大于100mm，因此，把隧道横向误差限值定义为80mm是满足要求的。需要注意的是，对于位于曲线上的单洞单线隧道(圆形或马蹄形断面)，由于曲线超高的存在，结构中线与线路中线并不重合，两者间存在一个偏心距，若设计结构中线与设计线路中线的偏心距记为ΔV设，实测结构中线与线路中线的偏心距记为ΔV测，则准确的施工偏差为 ΔV测－ΔV设。在进行判断时，应采用此值与限值80mm进行比较［7］。

根据以往经验，隧道竖向允许最大误差可按50 mm考虑。当实测轨面高程低于设计轨面高程时，可通过增加道床厚度，使轨面高程达到设计值［8］。当实测轨面高程高于设计轨面高程时，可通过减小道床厚度，但减少厚度后的道床仍需满足一定的轨道强度要求，同时需注意满足排水要求［9］。

3.4 调整方法

将实测的断面数据与理论的建筑限界进行比较，分析断面的侵限情况，根据侵限情况，通过调整线路平面及纵断面，使断面不侵限或侵限最小［10］。在施工误差很大、通过线路调整已无法满足限界要求的情况下，还需与结构、设备、轨道等相关专业配合，采取一些特殊设计来满足限界要求。调线调坡设计的关键是准确掌握已完工结构的沉落、断面尺寸及其误差情况，这就要求设计人员深入现场，针对横断面测量及高程测量提出具体要求［11］。

调线调坡设计的具体步骤如下:(1)根据线路平面及纵断面实测资料，对不符合设计要求的区段，进行现场踏勘检查;(2)找出控制点，提出横断面及高程测量要求;(3)根据测量结果，绘制实际的结构平面、横断面和纵断面;(4)将理论与实际测量数值进行比较，得出侵限值;(5)进行线路平面、纵断面调整，调整时兼顾前后曲线、直线、车站控制要素;(6)对调整后的线路水平与竖直方向侵限情况进行检查;(7)部分地段微调，达到设计要求。

平面调整方法:(1)对于两头切线方向偏差不大而曲线地段偏差超出范围的地段，可采取偏角不变、调整曲线半径或缓和曲线长度的方法进行调整;(2)对直线(含部分曲线)存在同向偏差且数值相当的地段，可采用切线平移的方法进行调整;(3)其他情况，可综合采取以上方法进行处理。最后根据调整后的资料重新放中线，作横断面，进行检查。

纵断面调整方法:调整坡度或坡长。变坡点位置可设在整数米的位置、坡度值可用非整数，允许地下线的最小坡度可用到2‰，但应注意保持排水沟不积水。

在困难条件下，限界中可适当扣除施工误差预留量，道床或接触网可作特殊设计，在采取上述措施，仍不能满足净空要求的，由施工单位采取补救措施、扩大隧道净空，并根据施工补救方案进行纵断面修改设计。

3.5 隧道内预留沉降值的研究

隧道的沉降是不可避免的，轨道结构对沉降的承受能力是有限的，在隧道结构可正常使用的情况下，线路过大的不均匀沉降会使列车运行条件恶化，当沉降差超出轨道扣件的调节能力，轻者加大线路伤损，严重情况下会危及列车行车安全。因此，在隧道结构正常使用期间，为了达到隧道沉降处于扣件可调节范围之内，除可设计大调高调距扣件外，也可在调坡设计中预留部分工后沉降值。目前，国内大调高调距扣件最大调高能力为40 mm，这40mm调量包括施工、制造误差，因此，可用量也仅为20～30mm［12］。故针对隧道沉降，如何在调线调坡设计阶段，选取最佳的预留量是一个值得深入研究的问题。由于预留沉降值受地质条件、结构施工条件等多种因素的影响较难确定，因此，在进行调线调坡设计时应结合本地区已运营线路的变形情况、地质情况等，通过工程类比，综合分析比较后确定。

4 工程调线调坡设计实例

地铁工程由于结构形式的多样化(包括圆形隧道、矩形隧道、暗挖隧道及敞开段)，给调线调坡的测量及设计工作也带来了一定的复杂性。现举2个调线调坡的实例进行说明。

4.1 某明挖加暗挖区间隧道

某隧道断面形式为矩形及马蹄形断面。根据测量数据，首先对区间左线(左DK7+961.398～DK9+400)进行水平和竖向限界检查。具体检查结果如表1所示。

表1 某明挖加暗挖区间隧道侵限情况统计

经与相关专业核实确认，马蹄形断面道床厚度可以减薄0.09 m，矩形断面道床厚度直线段可以减薄0.2m，曲线段可以减薄0.14m;马蹄形断面最小净空不能小于4.46m，矩形断面最小净空不能小于4.4m，矩形断面净高可以减少0.1m。左线R－3 000m半径曲线超高为15mm。

根据本区间侵入限界的实际情况，首先召集各个相关专业对侵界的情况进行分析研究，经研究后发现:

(1)本区间水平方向最大侵限值为0.065m，设备专业在设备安装过程中可采取有效措施满足限界要求;

(2)本区间竖直方向底板最大侵限值为0.033m，经与轨道专业核实，无需采取措施，可满足道床厚度要求;顶板最大侵限值为0.016 m，经与接触网专业沟通，接触网设计时做适当考虑即可满足限界要去。

综合考虑各个专业意见，本区间只要在设备安装过程中采取一定的措施，就可满足限界要求，而无需进行线路调整。

4.2 某盾构加明挖区间(图1)

根据某区间隧道横断面净空测量资料，在调线调坡工作中发现隧道洞体水平方向大面积侵入限界。经过二次复测，确认原测量数据无误、中线无误，对该段区间进行了线路中线之拟合:(1)盾构段断面采用盾构管片拼装圆心垂直投影至结构底部测量成果;(2)明挖段断面根据结构剖面图采用距边墙较小距离处的线路中线测量成果;(3)依据实测隧道中心线(轴线)逐点坐标位置进行线路中线拟合，根据《地铁施工图限界资料》中关于圆形隧道在曲线超高区段，采用隧道中心向线路中心线内侧偏移代替建筑限界加宽的方法得出圆曲线段偏移量，缓和曲线段直缓点(ZH)处移动量为0;圆缓点(YH)处移动量为圆曲线移动量;直缓点与圆缓点之间移动量为前两处移动量的线性插值;(4)由于限界盾构半径为5.2m，结构施工半径为5.4m，所以偏移量不应超过10 cm，而明挖段大部分为扩大断面，不影响线路调整，经过初步检核，拟合线位基本满足限界要求。

根据拟合后的线位进行线路中线定线测量，再次进行隧道横断面测量:(1)根据目前该标段右线结构侵限现状，首先对其进行隧道轴线坐标测量，盾构段测量时要“准确找到盾构洞体的圆心”，圆心要准确垂直投影至结构底部，并且设点(点要固定好，测坐标和高程时使用);明挖段处于线路两端方向衔接处，测量时要“准确找到原设计实际线路中心线”，然后施测横断面，以备线路平面拟合衔接之用;(2)以拟合后的线路中线点为测量基准线进行隧道横断面测量，横断面测量方向，直线段必须与线路方向垂直;曲线地段，必须与该曲线法线方向一致，垂直度和法线方向要求90°±5'。沿里程方向，直线段每10m，曲线段每5m测量一个断面，以备线路调线调坡检核之用。

图1 盾构断面示意(单位:m)

根据该区间右线调线调坡复测测量报告及断面成果，再次进行调线调坡检核。经轨道、接触网等专业确认，圆形断面道床厚度可减薄0.09m，圆形断面最小净空不能小于4.46m。右线R=600m半径曲线超高为80 mm;R=670 m半径曲线超高为60 mm;R=5 000m半径曲线超高为15mm;R=6 000m半径曲线超高为13mm;R=450m半径曲线超高为90mm。基于上述情况并根据拟合线位的横断面测量资料进行水平和竖向检查，具体侵限情况如表2所示。

表2 某盾构加明挖区间侵限情况统计 m

通过增加2个曲线(JD7－1，JD7－2)及调整JD7的曲线要素使侵限情况有了根本性的改善，侵限问题得到了解决。由《地铁设计规范》(GB500157—2003)中表5.2.2可知，JD7取R－700m，l－60m 曲线要素时设计最高速度为80 km/h，而由公式(6.2.8)可知当JD7取 R－670m，l1－60m，l2－55m 曲线要素时理论设计速度为82.544 km/h，取理论设计速度为80 km/h时理论超高值为112.7mm，又由《全线轨道超高表》可知JD7超高值为60mm，与理论超高值112.7mm相差52.7 mm，满足《地铁设计规范》中“一般可允许有不大于61 mm欠超高”的规定，所以JD7采用R－670m，l1－60m，l2－55m曲线要素后满足80 km/h设计最高速度要求;再由该区间行车速度时分侵限图可知本段区间运营速度最高为72 km/h。所以JD7采用R－670m，l1－60m，l2－55m曲线要素后满足运营速度要求。

从线位拟合后洞体检核情况结果看:本区间水平方向最大侵限值为0.072 m，设备安装过程应采取相应措施满足限界要求即可;竖直方向底板最大侵限值为0.029m，满足轨道专业提出的最小道床厚度要求;顶板最大侵限值为0.053 m，接触网设计时做适当考虑即可满足限界要求。

本次拟合线位并未降低区间隧道使用功能，行车速度亦未受到影响，拟合中线是成功的。

5 结论

由以上分析可知，调线调坡设计应遵循以下原则:以现场实测资料为基础，在原有设计标准基础上，对线路进行调整，以满足限界要求;必要时，在征得各个专业同意的前提下，也可对原有设计标准进行适当调整。调线调坡的主要方法:应以线路平面及纵断面调整为主，必要时，也可对设备进行特殊设计或对已施工结构进行处理。

总之，调线调坡是一项从测量到设计，涉及专业范围广的综合工作，因此，每个调线调坡项目都有其自身特点，实际工作中应在基本设计原则和方法的基础上，根据每个项目的特点选用适当的方法。调线调坡可以消除地铁隧道结构中的一些不合理因素，是保证地铁车辆安全运营的前提。我国在早期的地铁建设中，还没有采用调线调坡设计，为满足限界要求，结果隧道结构断面设计的很大，造成了很大的工程浪费。在不降低线路功能标准的前提下，采取线路拟合、限界调整等多种方案，完成调线调坡工作，避免了局部已完成隧道的返工，保证了地铁工程进度，降低了工程造价。

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［12］易思蓉．铁路选线设计［M］．成都:西南交通大学出版社，2004．

Technical Study on Route Alignment and Gradient Adjustment in Route Design of Urban Rail Transit

CHEN Ju

(Shenyang Metro Group Co．，Ltd．，Shenyang 110011，China)

Route alignment and gradient adjustment is an optimization process of route plane and profile based on actual field situation after measuring the spatial three-dimensional coordinates of the as-built bridges，tunnels and other structures，so that the route can meet the requirements of equipment and structure clearance limitations．Therefore，route alignment and gradient adjustment is an important part in route design of urban rail transit．Themain design principle of route alignment and gradient adjustment is as follows:based on the field measured data and original design standard，the route is aligned so as to meet the clearance limitation requirement;and when necessary，the original design standard may be adjusted appropriately on the premise of being agreed by all related disciplines．Themainmethod of route alignment and gradient adjustment is as follows:the alignment of route plane and profile should be the priority，and when necessary，the equipmentmay be designed specially or the as-built structuresmay be adjusted．This paper emphatically introduces the design principle and basic methods of route alignment and gradient adjustment;and in combination with specific project examples，this paper also analyzes and expounds the procedures and matters needing attention．

urban rail transit;route design;clearance checking;route alignment and gradient adjustment

U239.5

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．006

1004－2954(2014)03－0025－04

2013－10－24;

2013－11－20

陈 菊(1982—)，女，工程师，2007年毕业于西南交通大学，工学硕士，E-mail:nytwo@163．com。