地鐵線路調線調坡設計原理與工作方法研究

應立弢

（中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江 杭州310004）

1 調線調坡的目的

調線調坡設計是在城市軌道交通車站、區間等土建工程基本完成后、鋪軌工程尚未開始時的一項重要工作。由于受施工場地環境及人為因素影響，在施工過程中存在不可避免的測量、施工誤差，結構變形變位等不利因素，竣工后實測的線路中心線往往會偏離原設計位置，當出現的誤差超過允許范圍，無法滿足軌道、接觸網和其他設備的安裝要求時，只能用調整線位及高程的方法與之適應[1-2]，這就是所謂的調線調坡設計[3]。

在實際工作中，調線調坡設計工作屬于線路設計中最后也是極為關鍵的一環，由于調線調坡的結果直接影響鋪軌和后續的機電安裝工作，設計人員在收到測量資料后需要在較短時間內完成設計工作并確保結果的準確性。因此為更快更好地完成調線調坡設計工作，線路設計人員需熟練掌握調線調坡設計的基本原理和方法。根據多年工作經驗，提出了地鐵調線調坡設計中幾種較為常用的工作方法，希望對今后的地鐵線路設計提供借鑒和幫助。

2 調線調坡設計基本原理

地鐵調線調坡設計首先要進行限界檢查，即對實測限界值與設計限界值進行比較，分別得出水平及垂直誤差值，然后根據誤差值的大小判斷是否進行調線調坡處理，如誤差值超過規范規定的極限值，進而分別進行調線及調坡設計工作[4]。

調線調坡設計要遵循“先平面、后縱斷面”的設計原則[5]。線路平面調整主要包括交點位置、曲線半徑、緩和曲線長度單個因素或多個因素的綜合調整，線路縱斷面調整主要包括變坡點、坡長、坡度、豎曲線半徑的調整。調整以后，再次校核結構侵限情況，如若不合適需重新進行調線調坡設計工作，直至滿足相關規范要求為止。

3 調線調坡設計工作方法研究

土建施工完成后鋪軌前，土建單位會將作業面移交給第三方監測單位進行測量。線路設計單位根據第三方監測提交的測量數據進行下一步的調線調坡工作，進而得出調線調坡成果供鋪軌單位施工。這個階段的調線調坡工作是最為常見同時工作量比較大。地鐵全線主要分為車站和區間兩部分，而區間根據施工工法不同又可分為明挖區間、暗挖區間（盾構法、礦山法）、高架區間等。本小節針對不同形式隧道結構提出常見的工作方法。

3.1 圓形盾構區間隧道調線調坡設計工作方法

設計值與實測值的對比，它們的差值只能說明實際施工與設計的偏差，不能直觀得出是否侵限，是否需要進行調線調坡設計。通常，設計值會大于限界的要求，有一定的余量。以直線段圓形5.5m 內徑盾構隧道為例，線路中心距離盾構壁的設計值為2.75m，建筑限界為2.6m，兩者間存在15cm的設計余量[6]。

由此筆者提出一種限界包絡線的計算表示方法，由此可將測量數據直觀反映到CAD圖中指導下一步的調線調坡工作。一般第三方監測單位會提供如表所示基本信息。

第三方監測單位提供的測量數據表

根據以上信息，可以首先算出線路的實際轉角α"：

第二步，對轉角值的大小進行判斷，與此同時判斷其與方位角α'的關系：

由此可得出α'、α"的相對關系，并將α'用弧度制表示成α。

第三步，計算出考慮了盾構隧道限界允許誤差δ 后K1里程點的線路左側、右側包絡線坐標（X1"，Y1"）、（X1'，Y1'）。

注：δ- 圓形盾構隧道限界允許誤差值，一般取0.15m

λ- 轉向系數，左轉λ=1，右轉λ=-1，直線段λ=0

l- 緩和曲線長度

ZH- 直緩點或緩直點里程，視該測點位于前緩和曲線還是后緩和曲線而定

縱斷面的限界包絡線計算公式較為簡單，以5.5m內徑盾構隧道為例，可根據實測的結構頂、底標高，并結合對應地段軌道道床和接觸網安裝要求的最小高度[7]，在縱斷面上生成上下兩條包絡線。其中某點的上下包絡線可用如下公式計算：

h1'=h1+軌道結構最小高度

H1'=H1- 接觸網安裝最小高度[8]

根據以上公式可求出每一個測點的左右限界包絡線坐標以及上下限界包絡線坐標，將所有坐標輸入線路CAD 平、縱斷面圖中并依次連接成線。當線路中心線被這兩根線包絡住時，說明沒有侵限，反之說明存在侵限情況，可清晰地指導下一步的調線調坡設計工作。

3.2 明挖、礦山法區間隧道調線調坡設計工作方法

相比較盾構區間隧道而言，明挖矩形隧道和礦山法馬蹄形隧道由于在現場施工中一般都是超挖施工，所以較少存在侵限的狀況，尤其是平面侵限。但筆者在實際工作中卻遇到不少明挖區間和暗挖區間需進行調坡，主要有以下兩個原因：（1）現場施工有部分區段未按軌道提資的減振段預留，造成軌道結構高度預留不足，需進行調坡設計，抬高原設計軌面標高以滿足軌道安裝高度要求。（2）現場施工底板澆筑過厚，造成軌道結構高度不夠而現場又難以鑿除，需進行調坡抬高設計軌面處理。

3.3 高架區間調線調坡設計工作方法

相比以上幾種地下結構形式區間，采用高架形式的地鐵區間的施工質量一般較好，而且由于不受接觸網安裝高度限制，同時線路外側基本也不受限，因此高架段的限界空間較大，一般調線調坡設計工作量較小，且調線調坡設計難度也較小。

3.4 車站調線調坡設計工作方法

車站一般采用明挖法施工，施工精度較暗挖容易控制，且車站內設備較多，調線調坡影響面大（直接影響站臺門、人防門）。因此，車站范圍線路一般不進行調線調坡，若有部分侵限情況，可通過調整設備安裝等整改措施滿足要求。

理論上車站站臺板的施工應該在鋪軌施工后完成，但現場一般都會先行澆筑站臺板，而后期站臺板裝修一般只能消除5cm以內的誤差，因此站臺板先行澆筑會存在一定的風險，一旦站臺板標高大面積比設計值高出誤差允許范圍時可能會引起車站調坡。因此，根據筆者經驗，第三方監測單位在提交車站的測量數據時需同時提供已澆筑站臺板的標高，以便設計單位進行核實。

4 結論

線路調線調坡工作需要各相關專業密切配合，線路設計人員應積極與各專業溝通，共同商討方案措施，從而取得綜合最優的調整方案。圓形盾構區間隧道調線調坡設計工作可采用限界包絡線法，可使設計工作更為直觀，提高設計效率；明挖矩形隧道和暗挖馬蹄形隧道一般施工誤差較小，但需土建設計單位與軌道設計單位密切配合，使環評規定的減振段與現場施工預留的減振段相吻合；地鐵車站一般不進行調線調坡，但需第三方監測單位提供站臺板標高測量數據。