1、收稿日期 :2003 07 12 ;作者简介 :许兆俊 (1977 ) ,男 ,助理工程师 ,2001 年毕业于上海理工大学轨道工程专业。城市轨道交通平、纵断面设计中的调坡调线许兆俊(上海铁路城市轨道交通设计研究院 上海 200070)摘 要 :城市轨道交通工程的桥隧土建结构基本完成后 ,由于测量误差、施工误差、结构变形变位等因素 ,往往会使竣工后的结构中心线偏离原设计 ,其高程与原设计也不尽符合 ,因此根据竣工后的既有情况 ,在原设计平、纵断面的基础上进行调坡调线是必要的 ,介绍其设计原则和方法 ,并辅以实例。关键词 :城市铁路 ; 调坡 ; 调线中图分类号 :U239. 5 文献标识码 :
2、B 文章编号 :1004 2954 (2003) 09 0006 021 调坡调线设计的必要性调坡调线设计是城市轨道交通桥梁、隧道等土建结构工程基本完成、铺轨工程尚未开始前必须要开展的一项重要工作。由于城市轨道交通的土建结构与一般国铁有所不同 ,它的基础大部分是隧道 (地铁 )或桥梁 (高架轨道交通 ) ,是刚性的 ,基础一旦完成便很难改变 ;而且 ,由于在施工过程中存在不可避免的测量误差、施工误差、结构变形变位等因素 ,所以竣工后的桥梁或隧道的中心线往往会稍稍偏离原设计位置 ,若出现的误差超过允许范围 ,只能用调整线位及高程的方法与之适应。由此可见 ,调坡调线设计是十分必要且又十分重要的。2
3、 调坡调线设计调坡调线设计是根据已竣工的高架桥梁或隧道结构的测量成果 ,对比原设计线路得误差值 ,对超出允许范围地段进行调整设计 ;同时 ,在调坡调线设计的过程中 ,还必须与其他相关专业进行协调 ,然后才能确定新的线路位置 ,并达到平顺、合理 ,从而作为一系列后续工程的开始和依据。2. 1 设计原则(1)根据实测平面、高程及限界资料 ,参照误差标准 ,以便在需要时微调原设计线路中心及高程 ,使之与实际相适应 ;(2)线路调整后 ,必须满足设备限界的要求 ;(3)调坡调线设计应符合地下铁道设计规范( GB50157 92) ;(4)调坡调线设计应尽量与原设计标准一致 ,若采用原设计标准而导致较大
4、土建工程量的改建时 ,在不危及日后运营的前提下 ,可适当修改原设计标准。2. 2 资料准备(1)线路的原设计资料 (包括 :线路平、纵断面图 ,限界图 ,无缝线路长轨条布置图 ,区间排水资料 ,联络通道及泵站位置等 ) 。(2)调坡调线测量资料。(3)桥梁的工后沉降徐变和隧道工后变形资料。2. 3 设计方法(1)误差标准平面因纵向 (沿线路方向 ) 偏差影响不大 ,主要考虑横向 (垂直线路方向 )偏差。横向允许最大误差 :高架桥为 40 mm;隧道为 80 mm。根据高架桥限界 ,在设计中线路横向有 50 mm 的富余量。虽然线路偏心会带来桥梁结构的受力偏心 ,但参照国铁既有线提速条件中论述认
5、为 :“如桥上线路中线偏离桥梁设计中线时 ,梁体偏心受力造成梁体上下的应力增加。根据计算 ,当桥上线路中线与梁跨设计中线偏差 50 mm 时 ,应力增加值不大 ,仍能满足设计要求”的原则 ,采用调整量不大于 40 mm ,应属没有超出桥梁抵抗横向力的安全范围。圆形隧道结构限界设计半径一般为 2 600 mm ,实际盾构施工半径为 2 750 mm ,有 150 mm 的富余量 ,而土建验收标准是隧道内横向偏差不大于 100 mm ,所以把调坡调线的界限定为 80 mm 是合理的。需要注意的是 ,圆形隧道内曲线地段由于超高的存在 ,设计线路中心和设计结构中心本身就有一个设计偏心距离 ,若记为 S
6、设 ,而实测结构中心与设计线路中线偏差为 S测 , 则准确的施工偏差为 S测 -6 铁道标准设计 RAILWAYSTANDARD DESIGN 2003(9)线路 / 路基 S设 。判断时 ,应该用此值与标准值 80 mm 进行比较。纵断面a. 当实测梁面高程比设计梁面高程低竖向允许最大误差 :高架桥为 70 mm;隧道为 50 mm。高架桥可通过增加承轨台的厚度 ,使轨顶高程达到设计值。这样虽然会增加桥梁的二次荷载 ,但是根据桥梁强度检算和以往调坡经验 ,这样做是能够满足安全要求的。隧道可增加道床的厚度 ,使轨顶高程达到设计值。b. 当实测梁面高程比设计梁面高程高竖向允许最大误差 :高架桥为
7、 50 mm;隧道为 50 mm。高架桥通过减小承轨台的厚度 ,并适当抬高支承块 ,但需保证支承块嵌入承轨台内长度不小于 110mm ,这样会使支承块底至梁面距离由原来的 110 mm ,最多可减到 70 mm ,此时如注意支承块周围混凝土的捣固 ,则能够满足使用和安全要求。隧道内减小道床的厚度后仍可以保证一定的轨道强度 ,但同时需注意满足排水要求。(2)调整方法平面偏角不变 调整曲线半径或缓和曲线长度。一般适用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 ;切线平移 一般适用于直线 (含部分曲线 )存在同向偏差且数值相当的地段。纵断面调整坡度或坡长。3 工程调坡调线设计的实例上海市轨道
8、交通 1 号线北延伸段的一期工程 ,南起既有上海火车站站北端 ,北止于泰和路站 ,主要经过闸北、宝山 2 个城区 ,线路全长为 12. 5 km。该工程的南段为地铁 ,北段为一体化高架轨道交通结构 (地面为道路 ,二层为高架轨道交通 ,三层为高架道路 ) ,这在国内尚属首次。由于结构形式的多样化 (包括圆形隧道、矩形隧道、暗埋及敞开段、一体化高架、一般高架等众多结构形式 ) ,给调坡调线的测量及设计工作也带来了一定的复杂性。现举 2 个调坡调线的实例。(1)平面调整 九标 JD20 曲线及其后直线段平面调整实测结果 九标 JD20 后半个曲线及其后至终点直线段 ,桥面结构中心往右偏离设计线路中
9、心 50 mm左右 ;调整意见 根据偏差特点 ,可采用切线平移法 ,将 JD20 曲线后一切线向右平移 50 mm , 曲线 R、 L 不变 ,重新配置曲线。以此曲线资料再作测设 ,结果是新线路中心基本与桥面结构中心一致。(2)纵断面调整 一标 (隧道 ) 上行线起点与既有线接轨处纵断面调整实测结果 接轨点高程实测比设计低 52 mm ,且实测既有线终点坡度与新线起始段设计坡度不符。调整意见 调整起始 2 段纵坡 ,坡长不变 ,起点坡度基本符合实测既有线坡度 ,第二段坡度根据前面高程确定。调整后使新线高程和既有线顺接 ,且满足隧道内限界要求。4 结论和展望4. 1 结论(1)调坡调线设计的关键
10、贯穿调坡调线的设计 ,始终应该考虑满足限界要求。限界实测值和设计值是调坡调线设计前的参考标准和依据 ,而调整后的线路也必须满足限界的要求。(2)调坡调线设计的主要方法线路的调坡调线设计应按“先平面、后纵断面”的原则进行。线路平面的调整除线路位置切线方向整体偏移、同时调整半径和缓和曲线外 ,大多数为通过调整缓和曲线的长度 ,调整线路的偏移量 p。当缓和曲线长度增大时 , p 值增大 ,曲线远离交点 ;反之 ,曲线靠近交点。纵断面调整无非是改变坡度或坡长 , 需注意的是新、老线接轨 ,相连标段的连接等问题。(3)纵坡调整值对于高架结构 ,一般在浇筑梁跨 3 个月后再浇筑承轨台 ,因此时沉降已基本稳
11、定 ,可不再考虑桥梁墩台工后沉降的影响 ,但必须根据大跨度桥梁的徐变预估值计算实际承轨台浇筑高度。对于地下隧道 ,根据地铁 1 号、 2 号线运营后的测量结果 ,隧道沉降量一般在20 140 mm ,因此在轨顶设计高程可适当提高 10 20mm ,以减少后期养护维修工作量。4. 2 今后研究的方向(1)关于允许误差标准的确定问题允许误差标准的大小用来判断是否要进行调坡调线设计 ,其数值的大小直接关系到调坡调线设计的工作量 ,更重要的是与运营后的行车安全相关。但目前还没有相应的规范对这一数值进行规定 ,在具体设计时也只是参照各相关专业的限界要求及以往的经验确定了相应数值 ,其准确性还有待商榷。
12、(下转第 25 页 )7铁道标准设计 RAILWAYSTANDARD DESIGN 2003(9)线路 / 路基表 1 D16、 D24 型施工便梁纵梁及横梁跨中应力值 MPa D16型便梁 D24型便梁上翼缘 下翼缘 上翼缘 下翼缘试验值 计算值 试验值 计算值 试验值 计算值 试验值 计算值纵梁 - 103. 0 - 162. 6 92. 8 162. 6 - 108. 5 - 152. 5 127. 4 152. 5横梁 - 149. 2 - 229. 3 121. 4 204. 8 - 150. 5 - 203. 9 176. 6 208. 9容许应力 2104. 2 便梁纵梁跨中挠度
13、分析便梁纵梁挠度的大小对便梁能否安全承受列车荷载至关重要 ,因此 ,计算、分析了便梁纵梁的挠度 (D24型便梁位移变形见图 3) 。将便梁纵梁的跨中挠度的计算结果与实测值进行比较 (表 2) ,可知 D16、 D24 型施工便梁的挠度均满足设计要求。由于便梁属于施工的临时结构 ,其设计挠跨比按 1/ 400 控制。图 3 D24 型施工便梁变形图表 2 D16、 D24 型施工便梁纵梁跨中挠度值试验值 / mm 计算值 / mm 实测挠跨比 设计挠跨比D16 29. 80 35. 4 1/ 537 1/ 400D24 52. 31 53. 1 1/ 459 1/ 4004. 3 梁端位移测试在
14、使用便梁进行施工时 ,往往对便梁设置横向限位装置考虑较少 ,同时对支座的处理也较简单 ,因此 ,便梁的梁端位移一般都较大 ,工务处的实测数据也证实了这一点 (表 3) 。由表 3 可知 ,梁端横向最大位移达到 1. 92 mm ,竖向最大位移达到 5 . 62mm。如果列车速度提高到 60km/ h ,位移值将会更大。为了保证列车安全地通过便梁 ,必须改善施工便梁的支承状况 ,控制临时支座的压缩量 ,同时增设横向限位装置 ,以达到减小梁端位移的目的。表 3 V = 45 km/ h ,D24 型便梁梁端位移位置 速度 / ( km h - 1) 横向最大位移 / mm 竖向最大位移 / mm沪
15、端 39. 8 1. 92 5. 62杭端 39. 8 1. 05 4. 52对便梁牛腿螺栓的应力及便梁的自振频率也进行了理论分析 ,其值均能满足设计要求 ,实测结果与计算结果比较一致 ,说明它们都是满足要求的。5 V = 60 km/ h 时 ,便梁的强度及挠度分析当列车以 v = 60 km/ h通过便梁时 ,轮轨对轨道的冲击必然会增大。使用有限元软件计算、分析了便梁在v = 60 km/ h 下的强度及竖向刚度指标。计算表明 :当列车以 v = 60 km/ h通过 D16及 D24便梁时 ,纵梁及横梁的上、下翼缘应力均小于现有规范要求 ,跨中挠度小于 l/ 400。但横梁上翼缘水平螺栓
16、的应力偏大 ,需增设螺栓 ,并建议将精制螺栓改为高强螺栓及改进牛腿结构细节。6 结论通过以上的分析可知 ,当列车以 v = 45 km/ h通过便梁时 ,便梁的应力及挠度均小于设计要求值 ,说明便梁是安全的 ,但便梁的横向位移偏大 ,应采取一定的横向限位措施 ,并改善便梁的支撑状况 ;当 v = 60 km/ h时 ,通过理论计算 , 便梁的挠度及应力均小于设计要求 ,但控制便梁安全的其他各项指标尚缺少理论分析及实测数据 ,还有待进一步研究。参考文献 :1 铁道部第四勘测设计院桥隧处编 . 桥梁顶进设计与施工 M .北京 :中国铁道出版社 ,1983.(上接第 7 页 ) (2) 关于隧道内预
17、留沉降值的研究隧道的沉降是不可避免的 ,特别是上海处于软土地区 ,长年运营后的沉降 ,一般情形是 :隧道结构可正常使用 ,但不均匀沉降导致线路的几何形位恶化超标 ,超出了扣件调节能力 ,因此加大了线路伤损 ,严重时将危及列车行车安全。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 40 mm 调量包括施工、制造误差 , 因此 , 可用量也仅为 20 30mm。故针对隧道沉降 ,如何在调坡调线设计阶段 ,选取最佳的预留量是一个值得深入研究的问题。初步的研
18、究思路是 : 调查既有线的不均匀沉降结果 ,按不同的埋深、地质条件等寻求其统计规律 ; 通过回归计算 ,得到各种因素影响条件下的沉降量方程 ; 根据每一坡段的实际情况 ,确定预留值。此外 ,也可寻求新型轨道结构 ,解决地下轨道结构大调高量的问题。参考文献 :1 石礼安 . 大型市政工程设计与施工丛书 :地铁一号线工程 M .上海 :上海科学技术出版社 ,1998.52铁道标准设计 RAILWAYSTANDARD DESIGN 2003(9)桥梁RAILWAY STANDARD DESIGNNo. 9 ,2003Abstracts and KeywordsAn Analytical Study
19、on Consolidation Settlement Characteristics ofthe Sand Drain ( Wall) Subgrade under Embankment Load at SoftSoil AreaRen HonglinAbstract Based on the Extensively2used e2logP Curve , and on smalldeformation assumption , and the research method for stress level andstress path , an incremental constitut
20、ive relation was established. On thebasis of this relation , the consolidation equation of the sand drain (wall)Subgrade was established under varied total stress and non2lineal defor2mation. The equation was solved through initial condition movementmethod , and the equivalent conversion equation wa
21、s established betweenaxial symmetrical sand drain Subgrade and plane strained sand wall Sub2grade based on same depth and same excessive pore pressure.Keywords sand drain Subgrade ; sand wall Subgrade ; consolidationsettlement ; equivalent conversionAdjustment of Gradient and Route in Design of the
22、Horizontal andLongitudinal Section of an Urban Rail Transit SystemXu ZhaojunAbstract After the bridges , tunnels and other civil structures of an ur2ban rail transit is primarily completed , the central line of these structuresalways deviates from the original design due to errors in survey , constr
23、uc2tion , and structure deformation. Therefore , it is necessary to adjust thegradient and route according to specific situation. An introduction is giv2en to principles for the adjustment based on examples.Keywords urban railway ; gradient adjustment ; route adjustmentAn Analysis of Arrangement of
24、Sleepers in Shanghai Urban RailLine 6Liu J iahua , Peng ZhihaoAbstract Standard for sleeper arrangement should conform to operatingconditions , and should match with different parts of track. Based on theoperating conditions of Shanghai Urban Rail Line 6 , an analysis wasmade statically and dynamica
25、lly of the impact of different sleeper arrange2ments on steel track , track bed , and subgrade , and of the track stabili2ty. A standard suitable for Shanghai Urban Rail Line 6 was recommend2ed.Keywords urban railway ; sleeper arrangement ; track bed ; subgrade ;stabilityOn Simplification of the Com
26、putation Model for Large Span High2way and Railway Cable2stayed BridgeYi PengAbstract Spatial analysis model and plane analysis model was estab2lished for a large span (288m + 480m + 288m) highway and railway ca2ble2stayed bridge , and a comparison was made of the forcing conditionsof the two. An ex
27、ploration was made of the feasibility of using planemodel instead of spatial model for preliminary analysis.Keywords large span cable2stayed bridge ; highway and railwaybridge ; spatial model ; plane model ; computationDesign of Low Height Large Hole Slab Beam for a Grade SeparationBridgeLing Xiaqin
28、gAbstract A brief introduction is given to the grade separation bridge onWenyuan Road of Haining. An analysis is made of controlling elements ofmain span , and a description is given about the selection of bridge typesfor the main span , and the design of large hole slab beam.Keywords highway2railwa
29、y grade separation bridge ; prestressed con2crete bridge ; large hole slab beam; hinged plateATC System for Phase One of Shanghai Urban Rail Transit PearlLineWang LongcaiAbstract An introduction is given to the composition and structure ofATC system , technical characteristics of system equipment ,
30、system con2figuration , and main functions of the system.Keywords urban railway ; rail transit ; automatic train control (ATC)AutoCAD for Railway Signal DesignChen LijunAbstract An introduction is given to the evolution of secondary devel2opment of AutoCAD , and a detailed description is given about
31、 the appli2cation of ActiveX Automation to railway signal design.Keywords secondary development of AutoCAD ; railway signal design ;computer aided design (CAD)The Integrated Structural Design of Elevated Road and ElevatedMetro StationZhu Yuanxi , Sun Weizhi , Wu XiuzhenAbstract An introduction is gi
32、ven to design principles , computationmethod , and technical measures for the integrated structural design of el2evated road and elevated metro station.Keywords elevated road ; elevated metro station ; structural type ;structural analysis ; S2shaped steel beam; double row double cantilevertop beamRe
33、search and Development of Hydraulic Stop Buffer for SubwayXu ZhengheAbstract A sliding stop buffer is normally installed at the terminal endof a rapid urban rail transit line. This type of stop buffer is simple instructure ; however , it requires certain distance for friction sliding. Forthe purpose
34、 of reducing construction cost of subway , a hydraulic stopbuffer was developed. This type of stop buffer has such advantages as de2pendable performance and less occupancy of track length. This producthas passed the appraisal by Shanghai Science and Technology Commit2tee , and has been used for Shan
35、ghai Rail Transit Line 4.Keywords subway ; hydraulic stop buffer ; research and developmentDesign and Computation Method for Serviceable Car of Urban RailTransitXu HongminAbstract The allocated number of serviceable car has direct impact onthe carrying capacity and service level of an urban rail tra
36、nsit line , andhas significant influence on the total investment. By summarizing previ2ous computation methods for serviceable car of urban rail transit , and ac2cording to the operating situation of the existing line 1 and line 3 ofShanghai Metro , a new computation concept and a preliminary computa2tion method was put forward.Keywords urban railway ; rail transit ; serviceable car ; computationmethod ; system capacity
