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作者：李睿李曉飛歐陽全裕單位：天津市市政工程設計研究院

最小坡段長度

(1)站坪坡段最小長度:《設規》規定:“車站站臺計算長度內不得設置豎曲線冶,以保證站臺平整和乘客安全,并便于車站設計施工。設站坪坡度2%,車站兩端節能坡25%,則兩端相鄰坡度差分別為27%和23%,按半徑3000m計算豎曲線切線長分別為40.5m和34.5m,以當前國內地鐵常采用的國產B型車6節編組為例,列車計算長度取整為120m,則站坪坡段最小長度為40.5+120+34.5=195m,取整為200m。

為便于車站布置留有余地,通常可設計為250m。當采用其他較長車型或列車編組較多時,則站坪坡段最小長度應相應加長。帶有配線的車站應根據岔線布置要求設計站坪坡段長度。

(2)區間線路最小坡段長度:《設規》規定:“線路坡段長度不宜小于遠期列車計算長度冶,使一列列車范圍內只有一個變坡點,避免變坡點附加力的疊加影響和附加力的頻繁變化,以保證行車的平穩。還規定應滿足相鄰豎曲線間夾直線長度不宜小于50m,使豎曲線既不相互重疊,又相隔一定距離,有利于列車運行和線路維修養護。區間線路較站端行車速度較高,為提高行車平順性和乘客舒適度,豎曲線需采用較大半徑,一般情況為5000m。

相鄰兩變坡點的坡度差設定均為最大30%,則其豎曲線切線長均為75m,仍以上述列車長度120m為例,則最小坡段長度為:(75+50+75)m=200m>120m,可見當兩相鄰變坡點坡度差均控制在30%以內時,則區間線路坡段最小長度可設計為200m。

當相鄰兩變坡點坡度差大于30%時,則最小坡段長度應相應加長。由于現行《設規》對變坡點坡度差最大值沒有明確規定,加之豎曲線和緩和曲線重疊也不受限制(因地鐵多采用混凝土整體道床),因而線路拉坡時隨意性大,往往將相鄰兩反向大坡度直接相連產生很大的坡度差,又疏忽了檢算,容易發生豎曲線間夾直線長度不滿足要求的設計違規問題,對此設計者尤其是新手應引起足夠重視。

最大坡度差限值研討

相鄰坡段坡度差,不同類別的鐵路都有明確的限制規定,以客貨混運的常規鐵路為例,20世紀70、80年代的《線規》規定,坡度差不應大于重車方向的限制坡度值。現行《鐵路線路設計規范》(GB50090—2006)對坡度差值作出了更詳細的規定,根據列車通過變坡點時產生的縱向力不大于車鉤強度和不同列車牽引定數這兩個因素分為4檔,一般為8%、10%、12%、15%,困難情況為10%、12%、15%、18%。地鐵不同于常規客貨混運常規鐵路,地鐵是客運專線,沒有貨運,列車種類、牽引質量單一,其動車組牽引力充裕,但因地鐵是城市軌道交通客運專線,故對其行車平穩性和乘客舒適度應是重點考慮的因素,坡度差過大,對此影響較大,同時對設計施工、運營養護也帶來不利影響,因此,對地鐵坡度差最大值宜有所限制,論述如下。

(1)行車平穩性和乘客舒適度

列車通過變坡點時要產生附加力和附加加速度,引起車輛振動和局部加速度增大,變坡點采用豎曲線連接可得到有效緩解。但當列車通過豎曲線時,產生的豎向離心加速度未被平衡部分仍將影響乘客舒適度。當變坡點坡度差過大,即相鄰兩反向大坡道,列車交替降速加速,影響行車平穩性,因而也降低了乘客舒適度。

(2)方便設計

由于地鐵站間距離短,市區一般1km左右,扣除站坪及站端坡段,區間線路縱坡往往只能設計成短坡段,通常多采用200m。如前所述,當相鄰坡段坡度差控制在30%以內時,設計最小坡段200m無須檢算即可滿足豎曲線間夾直線長度規定,從而可避免坡度差過大容易發生的設計違規問題。

(3)有利施工

變坡點豎曲線地段線路高程需要調整,當調整量大于整體道床厚度允許調整量時,需通過調整結構高程來實現。如地下線框構施工需要通過結構變截面降低底板(凸形變坡點)或抬高頂板(凹形變坡點)來滿足調整量。而盾構施工時,豎曲線地段線路高程調整量只能在盾構推進中進行調控實現,給施工帶來難度,坡度差越大,調整量越大,調整地段越長,如坡度差為30%時,高程調整量最大處563mm,調整地段長度達150m,若坡度差再大,則盾構推進調控難度更大,對此施工部門反映強烈。

(4)軌道養護維修

如前所述,列車通過變坡點要產生附加力和附加加速度對軌道產生沖擊,故變坡點處豎曲線地段和線路平面曲線地段一樣,都是線路的薄弱環節,是軌道養護維修的重點地段,坡度差越大,豎曲線越長,例如坡度差30%,則豎曲線已長達150m,若坡度差再大,豎曲線更長,勢必增加運營期間的軌道養護維修工作量和費用。

綜上所述,從提高乘客舒適度,方便設計施工,減少養護維修和運營費用等多方面考慮,認為對坡度差最大值應有所限制為宜。據了解,在工程實踐中,地鐵線路縱坡設計對坡度差值實際上有所控制,例如北京地鐵一期工程線路設計中,規定兩相反方向的坡段連接時,其中一個方向的坡度不應大于5%,在二期工程中放寬至10%。

根據以上分析,并考慮便于設計操作,建議對地鐵線路相鄰坡段坡度代數差最大值取《設規》規定的最大坡度值30%,困難地段35%。

地下線路縱斷面與排水泵站的配合

地下線不同于一般鐵路隧道,地下車站和區間為排出結構滲漏水及消防、沖洗廢水,必須設置排水泵站,通過設在線路上的軌道排水溝,水自流集中到線路坡道最低點處的排水泵站集水池,然后提升排入地面城市排水系統。雙線并行地段為節省工程投資,一般共用一個排水泵站。地鐵縱斷面設計以右線為準,當左右線隧道結構采用單洞單線時,要求左線縱斷面設計最低點位置,處于右線最低點同一斷面處,錯動量不宜大于20m。

最低點高程宜相等,可允許有30cm以內高差。左右線之間若有連接通道,左右線高程宜相同,允許有50cm以內高差。

結語

針對地鐵不同于常規鐵路的自身特點,結合多年工程實踐經驗,論述了地鐵縱斷面設計及注意事項,最小坡段長度200m與兩端坡度差的關系及檢算方法,并重點對最大坡度的設置及現行《設規》中尚無明確規定的相鄰坡度差最大值問題進行較詳細研討,并提出了建議性意見:相鄰坡度差限值取《設規》規定的最大坡度值30%,困難地段35%。“拋磚引玉冶,愿與同行們共同探討。