线路设计论文：地铁线纵坡设计论述范文

作者：李睿李晓飞欧阳全裕单位：天津市市政工程设计研究院

最小坡段长度

(1)站坪坡段最小长度:《设规》规定:“车站站台计算长度内不得设置竖曲线冶,以保证站台平整和乘客安全,并便于车站设计施工。设站坪坡度2%,车站两端节能坡25%,则两端相邻坡度差分别为27%和23%,按半径3000m计算竖曲线切线长分别为40.5m和34.5m,以当前国内地铁常采用的国产B型车6节编组为例,列车计算长度取整为120m,则站坪坡段最小长度为40.5+120+34.5=195m,取整为200m。

为便于车站布置留有余地,通常可设计为250m。当采用其他较长车型或列车编组较多时,则站坪坡段最小长度应相应加长。带有配线的车站应根据岔线布置要求设计站坪坡段长度。

(2)区间线路最小坡段长度:《设规》规定:“线路坡段长度不宜小于远期列车计算长度冶,使一列列车范围内只有一个变坡点,避免变坡点附加力的叠加影响和附加力的频繁变化,以保证行车的平稳。还规定应满足相邻竖曲线间夹直线长度不宜小于50m,使竖曲线既不相互重叠,又相隔一定距离,有利于列车运行和线路维修养护。区间线路较站端行车速度较高,为提高行车平顺性和乘客舒适度,竖曲线需采用较大半径,一般情况为5000m。

相邻两变坡点的坡度差设定均为最大30%,则其竖曲线切线长均为75m,仍以上述列车长度120m为例,则最小坡段长度为:(75+50+75)m=200m>120m,可见当两相邻变坡点坡度差均控制在30%以内时,则区间线路坡段最小长度可设计为200m。

当相邻两变坡点坡度差大于30%时,则最小坡段长度应相应加长。由于现行《设规》对变坡点坡度差最大值没有明确规定,加之竖曲线和缓和曲线重叠也不受限制(因地铁多采用混凝土整体道床),因而线路拉坡时随意性大,往往将相邻两反向大坡度直接相连产生很大的坡度差,又疏忽了检算,容易发生竖曲线间夹直线长度不满足要求的设计违规问题,对此设计者尤其是新手应引起足够重视。

最大坡度差限值研讨

相邻坡段坡度差,不同类别的铁路都有明确的限制规定,以客货混运的常规铁路为例,20世纪70、80年代的《线规》规定,坡度差不应大于重车方向的限制坡度值。现行《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)对坡度差值作出了更详细的规定,根据列车通过变坡点时产生的纵向力不大于车钩强度和不同列车牵引定数这两个因素分为4档,一般为8%、10%、12%、15%,困难情况为10%、12%、15%、18%。地铁不同于常规客货混运常规铁路,地铁是客运专线,没有货运,列车种类、牵引质量单一,其动车组牵引力充裕,但因地铁是城市轨道交通客运专线,故对其行车平稳性和乘客舒适度应是重点考虑的因素,坡度差过大,对此影响较大,同时对设计施工、运营养护也带来不利影响,因此,对地铁坡度差最大值宜有所限制,论述如下。

(1)行车平稳性和乘客舒适度

列车通过变坡点时要产生附加力和附加加速度,引起车辆振动和局部加速度增大,变坡点采用竖曲线连接可得到有效缓解。但当列车通过竖曲线时,产生的竖向离心加速度未被平衡部分仍将影响乘客舒适度。当变坡点坡度差过大,即相邻两反向大坡道,列车交替降速加速,影响行车平稳性,因而也降低了乘客舒适度。

(2)方便设计

由于地铁站间距离短,市区一般1km左右,扣除站坪及站端坡段,区间线路纵坡往往只能设计成短坡段,通常多采用200m。如前所述,当相邻坡段坡度差控制在30%以内时,设计最小坡段200m无须检算即可满足竖曲线间夹直线长度规定,从而可避免坡度差过大容易发生的设计违规问题。

(3)有利施工

变坡点竖曲线地段线路高程需要调整,当调整量大于整体道床厚度允许调整量时,需通过调整结构高程来实现。如地下线框构施工需要通过结构变截面降低底板(凸形变坡点)或抬高顶板(凹形变坡点)来满足调整量。而盾构施工时,竖曲线地段线路高程调整量只能在盾构推进中进行调控实现,给施工带来难度,坡度差越大,调整量越大,调整地段越长,如坡度差为30%时,高程调整量最大处563mm,调整地段长度达150m,若坡度差再大,则盾构推进调控难度更大,对此施工部门反映强烈。

(4)轨道养护维修

如前所述,列车通过变坡点要产生附加力和附加加速度对轨道产生冲击,故变坡点处竖曲线地段和线路平面曲线地段一样,都是线路的薄弱环节,是轨道养护维修的重点地段,坡度差越大,竖曲线越长,例如坡度差30%,则竖曲线已长达150m,若坡度差再大,竖曲线更长,势必增加运营期间的轨道养护维修工作量和费用。

综上所述,从提高乘客舒适度,方便设计施工,减少养护维修和运营费用等多方面考虑,认为对坡度差最大值应有所限制为宜。据了解,在工程实践中,地铁线路纵坡设计对坡度差值实际上有所控制,例如北京地铁一期工程线路设计中,规定两相反方向的坡段连接时,其中一个方向的坡度不应大于5%,在二期工程中放宽至10%。

根据以上分析,并考虑便于设计操作,建议对地铁线路相邻坡段坡度代数差最大值取《设规》规定的最大坡度值30%,困难地段35%。

地下线路纵断面与排水泵站的配合

地下线不同于一般铁路隧道,地下车站和区间为排出结构渗漏水及消防、冲洗废水,必须设置排水泵站,通过设在线路上的轨道排水沟,水自流集中到线路坡道最低点处的排水泵站集水池,然后提升排入地面城市排水系统。双线并行地段为节省工程投资,一般共用一个排水泵站。地铁纵断面设计以右线为准,当左右线隧道结构采用单洞单线时,要求左线纵断面设计最低点位置,处于右线最低点同一断面处,错动量不宜大于20m。

最低点高程宜相等,可允许有30cm以内高差。左右线之间若有连接通道,左右线高程宜相同,允许有50cm以内高差。

结语

针对地铁不同于常规铁路的自身特点,结合多年工程实践经验,论述了地铁纵断面设计及注意事项,最小坡段长度200m与两端坡度差的关系及检算方法,并重点对最大坡度的设置及现行《设规》中尚无明确规定的相邻坡度差最大值问题进行较详细研讨,并提出了建议性意见:相邻坡度差限值取《设规》规定的最大坡度值30%,困难地段35%。“抛砖引玉冶,愿与同行们共同探讨。