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城市轨道交通盾构隧道建筑限界优化设计
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施培华
摘要:城市轨道交通盾构隧道建筑限界设计直接影响盾构管片直径的大小,对实现盾构施工标准化至关重要。文章根据既有盾构隧道建筑限界设计经验,结合城市轨道交通应用技术的新发展和新要求,提出盾构隧道建筑限界优化计算方案,为盾构隧道限界设计与工程实施提供参考和借鉴。
关键词:城市轨道交通;盾构隧道;建筑限界;优化设计
中图分类号:U231+.12
1背景
1993年,国内开通首条盾构法施工的地铁线路,基于当时的技术条件和功能需求,确定的盾构隧道建筑限界圆直径为5200mm,之后一直沿用该限界。从长期运营的经验来看,既有盾构隧道设计存在空间布置紧张、小半径曲线段疏散平台偏窄、弓网关系较差、结构后期加固空间紧张等不足之处。同时,随着城市轨道交通的迅猛发展,新技术和新要求不断涌现,这对盾构隧道建筑限界设计提出新的要求。因此,结合既有盾构隧道的设计经验及新技术、新要求,统筹考虑优化盾构隧道建筑限界设计方案,在确保工程建设及行车安全的前提下,兼顾运营使用和维护保养的空间需求,并有效控制建设工程量,是一项十分必要的工作。
本文结合盾构隧道建筑限界设计特点,从系统制式、道床型式、接触网高度、轨旁管线综合设计等方面布置优化盾构隧道建筑限界断面,并提出单圆建筑限界直径计算方式,优化限界圆和盾构内径的布置关系,为城市轨道交通网络化、标准化建设实施提供参考和借鉴。
2限界断面布置存在问题及优化
2.1疏散平台布置
近年来,随着对城市轨道交通安全疏散的不断重视,地下盾构隧道均要求设置侧向疏散平台。既有5200mm直径的盾构隧道建筑限界圆设计在小半径曲线区段布置疏散平台的空间狭小,平台宽度偏窄。随着安全疏散要求的提高,采用A型车的延伸线路,小半径区段疏散平台宽度小于600mm,无法满足规范标准要求,导致不能选用侧向疏散模式。
通过计算,疏散平台宜设置于轨面上方900mm高度位置,可降低其与车厢地板面的高差,满足任何状态下疏散平台不高于车厢地板面的要求,从而便于乘客疏散。平台的最小宽度根据CJJ/T96-2018《地铁限界标准》规定为600mm,计算得出300m小曲线半径线路对应A型车的最小建筑限界直径为5300mm,B型车的最小建筑限界直径为5200mm。
2.2道床与接触网布置
2.2.1轨道道床
盾构隧道建筑限界高度尺寸与盾构段线路最大高度的道床型式相关联。随着绿色城市轨道交通的需求以及减振降噪技术的发展,隧道内道床型式越来越多样化。5200mm直径盾构隧道建筑限界对应一般道床结构高度为740mm,已不能满足减振道床高度增加的要求,需相应扩大建筑限界。
目前,国内单线盾构隧道轨道结构高度一般为735~840mm,在有减振降噪需求时,限界设计宜按减振道床最大高度840mm取值。
2.2.2接触网
受电弓的工作高度由地下隧道的接触网导线高度决定。而既有盾构隧道内的接触网导线设计高度为4040mm,受电弓工作高度偏低,弓网关系不利。根据运营线路的结构状态监测结果显示,盾构隧道发生收敛变形后接触网导线高度进一步降低,導致列车受电弓抬升高度不足,使弓网关系恶化,产生拉弧现象。
接触网导线高度需在受电弓运行稳定前提下降低滑板和接触线磨耗。国内城市轨道交通列车最高运行速度在120km/h以下的普速线路,盾构隧道内接触网导线高度主要有4040mm、4100mm、4220mm3种应用。其中4040mm导线高度使受电弓处于较低的工作高度,当隧道出现差异沉降引起导线高度进一步降低时,加剧弓网关系恶化,导致出现放电拉弧现象,进而引发弓网冲突。因此,在4040mm导线高度基础上根据受电弓工作高度和接触网安装使用情况,优化提高接触网导线高度至4100mm,有利于改善弓网关系。而4220mm的导线高度是针对As车型受电弓最低工作高度确定的。因此,选用一般A/B型车的普速线路宜按4100mm的接触网导线高度设计建筑限界。
同时,随着市郊延伸线和市域线的发展,线路速度等级的提升及AC25kV供电制式及双流供电制式列车的选用,接触网导线高度也随之提高。国内城市轨道交通列车最高运行速度在120km/h及以上的快速线路,盾构隧道内采用的接触网导线高度选择较为统一:当采用DC1500V供电制式时为4400mm,当采用AC25kV供电制式时A/B型车为5150mm、D型车为5300mm。
综上,接触网导线高度可参考表1取值。
2.3预留结构加固净空
长期运营使用后,盾构隧道会发生变形乃至开裂等情况,对运营稳定性及安全性均产生很大影响。但是,由于5200mm直径的建筑限界空间紧张,存在后期二次结构加固困难问题。因此,盾构隧道建筑限界设计时宜考虑预留二次结构加固
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