上海轨道交通15号线圆形隧道调线调坡设计研究

黄小纯

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院， 200235， 上海∥工程师)

城市轨道交通车站与区间土建工程施工完成后，因施工误差以及结构沉降和变形等因素，土建结构会在平、纵断面上偏离原设计要求。因此，需在轨道铺设、设备安装前，对车站轨行区与区间隧道的土建结构是否满足行车及设备安装的限界要求进行检核；若出现侵限而影响铺轨及其他设备正常安装的情况，则需采取处理措施;必要时，需在不降低线路技术标准的前提下，对局部地段线路平、纵断面设计进行适当调整，以减轻或消除侵限的情况，从而保证运营安全。

1 调线、调坡设计

1.1 设计依据

1) 设计资料：线路、限界、轨道、结构(车站、区间)和供电接触网等专业施工图及有关资料；具体包括：线路平、纵断面施工图,直线段与曲线段建筑限界图,曲线超高值,轨道结构高度要求,轨道型式里程表，以及供电接触网对轨道上方净空要求等。

2) 测量资料:由测量单位提供调线、调坡的测量技术报告。

3) 设计规范:国家及地方有关城市轨道交通设计的规范。

1.2 调线、调坡设计流程

其主要包括断面测量、限界检核和调线调坡步骤等，具体流程如图1所示。

1.3 调线、调坡设计前的测量工作

调线、调坡设计前的测量工作目的是通过测定隧道和车站竣工时的断面内轮廓线至线路中心线的水平距离及顶、底高程，以判断竣工误差；并作为是否需要调整线路的判断依据。一般按每5 m(盾构隧道按5环)测量一个横断面，特殊点(线路曲线特征点、结构类型变化点、泵站等)及施工偏差较大地段等处需加测断面。测量基准线为设计线路中心线；测点系指结构内轮廓上的限界控制点(上部、中部、下部)；左、右横距指左、右测点至基准线的水平距离，分别以A、B表示。图2为上海轨道交通15号线单洞单线圆形隧道断面测点分布示意图。

1.4 限界检核

1.4.1 检核内容

限界检核内容主要包括横向限界检核和竖向限界检核。横向限界检核主要包括盾心(盾构隧道中心)误差值，左、右横距值；竖向限界检核主要包括顶板与底板高程,以及轨面上、下的净空。

1) 盾心误差值D:根据实测盾构隧道中心坐标(X实，Y实)与设计盾构隧道中心坐标(X设，Y设)，可计算得到隧道中心线偏移误差值D(往行车方向左侧偏取为负值，反之为正值)。

图1 调线、调坡设计流程图

尺寸单位:mm

(1)

2) 左、右横距A、B值:将每个检测断面的每个测点处(上、中、下部)实测横距值与设计值比较，可计算得到A、B误差值。其中，直线段设计值为定值，曲线段设计值需考虑曲线段偏移量。

3) 顶、底板高程H0、HD:即每个检测断面处的隧道内顶、底板实测高程与设计高程比较，可计算得到H0、HD的误差值。

4) 轨面以上净空值H1:每个检测断面处隧道内H0与设计轨面标高的差值为轨上净空实测值H1，需满足供电接触网安装的要求。

5) 轨面以下净空值H2:每个检测断面处的设计轨面标高与隧道内底实测高程HD的差值为轨下净空实测值H2，需满足轨道铺设的要求。

1.4.2 检核标准

应根据限界、轨道和供电接触网等相关专业要求，合理制定检核标准。以上海轨道交通15号线区间为例，其采用单洞单线圆形盾构隧道，隧道外径为6.6 m、内径为5.9 m，建筑限界的圆直径为5.6 m。即：盾构隧道内上下、左右各有150 mm的冗余量。

1) 平面检核标准:考虑一定测量误差，将100 mm作为调整线路平面的边界条件。即：盾心误差值大范围超过100 mm、橫距缩小值大范围大于100 mm时，需调整线路平面设计。

2) 竖向检核标准:① 轨面以上净空值的要求与供电接触网安装要求有关。根据DG/TJ 08-109—2017《城市轨道交通设计规范 》[1]19.3.22第2条“地下线路接触线悬挂高度(距轨面)宜为4 100 mm，最低高度不应小于4 040 mm”，故轨面以上净空值不应小于4 600 mm(4 100 mm+500 mm安装高度);② 轨面以下净空值的要求与轨道铺设要求有关。上海轨道交通15号线采用预制板道床，其轨道结构高度设计值为800 mm，轨面以下净空设计值为950 mm(800 mm+150 mm)。一般地段，轨面以下净空值不宜小于900 mm；特殊减振地段，采用浮置板道床减振，轨面以下净空值不宜小于950 mm。同时，在满足轨道和供电接触网安装要求的前提下，为后续运营留有适当的调整空间[2]，轨面以下净空值不宜过大(即大范围大于1 000 mm)。

另外，需核实盾构隧道中心水沟与区间最低点泵站间预埋管管底标高，避免因管道高出道床而致使轨道施工困难、排水不畅[3]。

因此，当轨面以上净空值大范围小于4 600 mm、轨面以下净空值大范围小于900 mm(浮置板地段为950 mm)或大范围大于1 000 mm时，需调整线路纵断面设计。

1.5 调线、调坡设计

1.5.1 调线设计

1) 根据测量数据，将每个断面处的实测盾构隧道中心坐标放样，可得到实测盾构隧道中心线。

2) 将实测盾构隧道中心线左右各偏移盾心误差允许值a(15号线a取100 mm)，形成2a范围线。查看设计盾构隧道中心线有哪些区段位于2a范围外。

3) 通过调整曲线半径、缓和曲线长度、曲线交点位置(直线段方位角)以及多种方式组合等设计方法，使设计盾构隧道中心线尽可能位于2a范围线内。

4) 线路平面调整后，需根据调整后的隧道中心线，重新进行断面测量和横向限界检核。若满足限界要求，即可进行竖向检核。

1.5.2 调坡设计

调坡设计主要为满足供电接触网安装的轨上净空要求和轨道结构高度要求而进行的局部调整纵断面设计，可通过移动变坡点、坡段拆分、调整坡度值和调整竖曲线半径等方法来实现。线路纵断面设计调整后，重新进行限界检核。

2 工程实例

2.1 工程概况

上海轨道交通15号线为上海西部的南北向径向线。该线起于紫竹高新区站，止于顾村公园站，全长约42.3 km，共设30座车站，平均站间距为1.439 km。全线均采用地下线敷设形式，采用A型车6辆编组。全线设元江路车辆段和陈太路停车场各1座，设主变电所3座(中宁路主变、虹梅路主变、元江路车辆段主变),运营控制中心设于蒲汇塘调度指挥大楼。本文选取15号线中段某区间(A站—B站)上行线加以分析。

A站、B站均为地下二层岛式站。上行线区间长约984 m。该段线路平面受控因素较多，设置3处曲线(半径R分别为450 m、2 000 m、360 m)，如图3所示。纵断面采用“高站位、低区间”的节能坡设计。区间内设1处联络通道兼泵站。

图3 上海轨道交通15号线某区间线路平面图

该区间上行线采用单洞单线圆形隧道，管片外径为6.6 m、内径为5.9 m、厚度为350 mm，标准环宽为1.2 m，采用通缝拼装。其中，40环至535环(长约600 m)采用高档钢弹簧浮置板道床，其余基本采用预制板道床。

2.2 限界检核

1) 盾心误差值。由图4可知，45环至165环、470环至496环(共约175 m长)盾心误差绝对值大于100 mm，最大为-203 mm。该段位于B站东端R=360 m圆曲线及缓和曲线段。

图4 盾心误差值曲线图

2) 左、右横距。图5～7为左、右横距误差值曲线图。由图6～8可知，45环至165环(约144 m长)B1、B2、B3误差值大于-100 mm，最大值为-226 mm(B3)；470环至530环(约72 m长)A1、A2、A3误差值大于-100 mm，最大值为-158 mm(A3)。

图5 A1和B1左、右横距误差值曲线图

图6 A2和B2左、右横距误差值曲线图

图7 A3和B3左、右横距误差值曲线图

3) 底、顶板误差值均小于-100 mm。

4) 轨面以上净空均大于4 600 mm。

5) 轨面以下净空。图8为轨面以下净空值曲线图,可以看出：上行线1环至185环、210环至300环、445环至495环、545环至818环(约687 m长)轨面以下净空小于950 mm，75环至160环、765环至800环(约145 m长)轨面以下净空小于900 mm。

2.3 调线、调坡设计方案

2.3.1 调线设计方案

根据限界检核结果，45环至165环、470环至530环(约175 m长)盾心误差值大范围大于100mm(最大值为-203 mm)、橫距值大范围大于-100 mm(最大值为-226 mm(B3))，需局部调整线路平面设计。

图8 轨面以下净空值曲线图

经反复调试，由于1至425环(R=360 m曲线段)盾心误差值变化趋势不统一，其中区间1至165环误差为负值(即往行车方向左侧偏)，区间166环至425环误差为正值(即往行车方向右侧偏)。仅调整曲线半径或缓和曲线长度，效果不佳，故考虑采用半径与缓和曲线长组合调整方案:曲线半径由360.0 m减小至359.8 m，缓和曲线长度由60.0 m增大至70.0 m。470环至530环(夹直线段)盾心误差值变化趋势统一，均为正值,则采用直线段方位角调整的方案。

调线设计后重新进行限界检核:盾心误差值大于100 mm地段由175.0 m长减少至12.0 m长，盾心误差最大值由-203 mm减小至-113 mm(见图9)；横距误差绝对值大于100 mm地段由175.0 m长减少至30.0 m长，B3最大误差值由-226 mm减小至-109 mm。具体的对比曲线如图9～15所示。

图9 调线设计前后盾心误差值曲线图

2.3.2 调坡设计方案

由于轨面以下净空不足设计值的区段主要位于进出站地段，故考虑采用移动变坡点的方式来调整坡段长和坡度。其纵断面调整如图16所示。轨面以下净空小于950 mm区段的长度由687 m减小另经核查，中心水沟与区间最低点泵站间预埋管管底标高为-20.856 m，调线、调坡后，该处轨面标高为-20.011 m，轨面至管底约850 mm，符合轨道铺设要求。

图10 调线设计前后A1误差值曲线图

图11 调线设计前后A2误差值曲线图

图12 调线设计前后A3误差值曲线图

图13 调线前后B1误差值曲线图

图14 调线设计前后B2误差值曲线图

至340 m，小于900 mm区段的长度由145 m减小至12 m。高档钢弹簧浮置板地段的轨面以下净空值均大于900 mm(见图17)。

图15 调线设计前后B3误差值曲线图

图16 纵断面调坡示意图

图17 调线设计前后轨面以下净空值曲线图

3 结语

调线、调坡设计是一项系统性工程，其包括断面测量、限界检核和调线调坡设计等步骤，需线路、限界、轨道、供电接触网、建筑和结构等多专业密切配合，消除或减少侵限情况，为城市轨道交通运营安全提供保障。有关建议如下：

1) 调线、调坡设计后的线路平、纵断面仍需满足国家及地方有关城市轨道交通设计规范的相应要求。

2) 调线、调坡设计可能会引起新的侵限，需重新进行限界检核。

3) 各专业在施工图设计时，应避免采用规范允许最小值，为后期调线调坡设计预留一定空间。以线路设计为例，应注意尽可能使线型顺直，减少曲线，尽量避免平面曲线进入车站范围;同时平面圆曲线、夹直线长度及纵断面坡度及坡长应避免采用规范允许最小值。

4) 应做好与施工单位的设计交底工作，特别注意平、竖曲线进入车站的情况，应尽力减少施工误差、避免施工错误。

5) 在盾构施工过程中，应做好动态监测工作，如出现偏差较大的情况，需及时与设计方沟通纠偏方案，避免严重侵限。