上海軌道交通2號線東延伸段與磁浮線路并行方案的優(yōu)化與評估

潘金生

（上海磁浮交通發(fā)展有限公司，201204，上?！胃呒壒こ處煟?/p>

上海磁浮示范運營線是世界上首條磁浮商業(yè)運行線，采用德國TR體系的常導(dǎo)磁浮技術(shù)。其車輛無接觸運行時，列車與安裝在軌道梁上的功能區(qū)部分功能面直接引力作用，懸浮間隙一般約8～12 mm［1］。因此，磁浮系統(tǒng)對軌道梁及下部結(jié)構(gòu)變形有著非常嚴格的要求。后期實施的軌道交通2號線東延伸工程浦東國際機場段線路在浦東國際機場兩個景觀水池中央預(yù)留的24m寬走廊中與高速磁浮線路并行，并行段長度約1.7km。2號線東延伸工程選擇合理的工程方案，確保在施工和運營期間對磁浮線安全運行不造成影響顯得至關(guān)重要。本文結(jié)合2號線東延伸工程，對其與磁浮線路并行段工程方案優(yōu)化進行探討，并運用數(shù)值分析的方法對工程實施方案進行分析評估；最后通過實測數(shù)據(jù)驗證前期工程方案優(yōu)化和數(shù)值分析評估方法的合理性。

1 2號線東延伸工程景觀水池段優(yōu)化設(shè)計

2號線東延伸工程規(guī)劃線路在浦東國際機場兩個景觀水池中央預(yù)留的24m寬走廊中與磁浮線路并行布置；在不對現(xiàn)有機場景觀水池、磁浮維修道路及附屬管溝進行改造的情況下，2號線東延伸工程線路用地寬度僅約6.9m，無法滿足軌道交通高架線路設(shè)計要求。為此，需要結(jié)合現(xiàn)狀情況，對2號線東延伸工程線路進行優(yōu)化設(shè)計，才能既滿足高速磁浮運營安全和維護要求，也滿足軌道交通高架線路的設(shè)計要求。

1.1 2號線東延伸工程與磁浮線最小線間距的確定

為了滿足磁浮線路維護和列車故障條件下逃生救援需要，在2號線東延伸工程和磁浮線路之間須設(shè)置維護和救援專用通道。由于機場景觀水池兩側(cè)是連通的，改造景觀水池的工程量較大，且會對區(qū)域景觀造成影響，因此，2號線東延伸工程線路優(yōu)化設(shè)計的主要目標是分析磁浮運行維護和逃生救援兩種工況，確定合理的維修、救援道路寬度，從而確定2號線東延伸工程線路和磁浮線路之間的最小線間距。

1.1.1 磁浮線路維護工況

維修工況下，軌道交通線路和磁浮線路相鄰軌道之間的最小線間距為：

式中：

A——軌道交通建筑限界，A＝1.865m；

B——維修車輛需要的最小道路寬度，B＝4.0m；

C——磁浮線路建筑限界，C＝2.85m。

則：L1＝8.715m。

1.1.2 逃生救援工況

逃生通道寬度可按照文獻［2］中公式計算：置方案圖1所示。

圖1 2號線東延伸工程景觀水池段與磁浮線路關(guān)系示意圖

式中：

Q1——列車乘客數(shù)；

Q2——站臺上候車乘客和工作人員；

A1——自動扶梯通過能力，人／（min·m）；

A2——人行樓梯通過能力，人／（min·m）；

N——自動扶梯臺數(shù)；

B——人行樓梯總寬度，m。

按磁浮列車8節(jié)編組考慮，根據(jù)文獻［1］可得Q1＝794人，Q2＝10人；按文獻［2］中1m寬通道、雙向混行每小時4 000人的規(guī)定，在滿足事故疏散時間要求下，經(jīng)計算逃生通道的寬度不小于2.70m。參照式（1），取B為逃生通道的最小寬度2.70m，則逃生救援工況下軌道交通線路和磁浮線路相鄰軌道之間的最小線間距為：

L2＝1.865m＋2.70m＋2.85m＝7.415m。

取L1、L2兩者中的最大值為最小線間距，即2號線東延伸工程與磁浮線的最小線間距為8.715m。

1.2 2號線東延伸工程線路設(shè)計優(yōu)化

在不改造現(xiàn)有浦東國際機場景觀水池的情況下，按照道路高架橋梁布置方案，現(xiàn)有場地寬度將無法滿足2號線東延伸工程與磁浮線最小線間距8.715m的設(shè)計要求。為此，2號線東延伸工程線路采取了以下優(yōu)化措施：

（1）左右線兩側(cè)雙接觸網(wǎng)柱布置方案優(yōu)化為左右線中間單接觸網(wǎng)柱布置方案；

（2）強、弱電電纜敷設(shè)于箱梁結(jié)構(gòu)下方；

（3）2號線東延伸工程線路采用低置結(jié)構(gòu)，橋墩設(shè)置在磁浮軌道梁跨中位置，基礎(chǔ)形式采用鉆孔灌注樁。

優(yōu)化后的2號線東延伸工程和磁浮線路斷面布

2 2號線東延伸工程對磁浮線路影響分析

2.1 磁浮線保護要求

磁浮線軌道結(jié)構(gòu)的附加變形控制要求如表1所示。由于磁浮線路的沉降和偏移量控制指標要求較高，因此需對2號線東延伸工程景觀水池段施工期間及工后沉降對磁浮線路的影響進行分析和評估，以確保磁浮線的安全運營。

表1 磁浮線路變形控制要求 mm

2.2 評估分析內(nèi)容

2號線東延伸工程景觀水池段樁基施工完成后，由建筑物荷載產(chǎn)生的沉降會引起周邊土體的附加變形，進而引起磁浮線路的附加變形。同時，2號線東延伸工程的樁基樁長與磁浮線比較接近，其持力層均為⑦2層，因此2號線樁基沉降對磁浮線的影響需要進行評估分析。

其次，由于上部土層比較軟弱，基坑開挖對周邊環(huán)境的影響是一個不容忽視的問題。雖然2號線東延伸工程承臺的挖深不大，但距磁浮線較近，故承臺基坑開挖對磁浮線路的影響也需要進行評估分析。

第三，鉆孔灌注樁施工雖然擠土效應(yīng)較小，但由于其存在塌孔的可能性，且施工過程中孔壁附近土體會產(chǎn)生一定的位移，因此灌注樁施工也是對磁浮線安全性造成威脅的一個潛在因素，同樣需要進行計算分析。

綜上分析，2號線東延伸工程對磁浮線影響評估分析的內(nèi)容主要有三個方面：①樁基沉降對磁浮線路的影響；②承臺基坑開挖對磁浮線路的影響；③灌注樁施工對磁浮線路的影響。

2.3 樁基沉降對磁浮線影響分析計算模型

綜合比較樁長和荷載后，選取2號線東延伸工程最不利的P119、P120墩及相鄰的磁浮線P1172墩進行分析計算。分析采用通用有限元軟件ABAQUS。P119、P120墩與P1172墩的相互關(guān)系如圖2所示。計算模型中的地基土，尺寸為70m×50m，深度為90m，約束模型底邊的豎向位移和側(cè)面的水平位移。計算土體的參數(shù)根據(jù)壓縮模量計算選取。承臺與樁的彈性模量為3×104MPa。土體選用Mohr－Coulomb彈塑性本構(gòu)模型，承臺及樁選用線彈性本構(gòu)模型?？紤]到沉降較小，故樁與土之間節(jié)點相耦合，即位移協(xié)調(diào)。承臺、樁基與土體都采用實體模型，共25 675個單元、28 026個節(jié)點。整體模型圖見圖3，樁基與承臺模型圖見圖4。

圖2 支墩平面關(guān)系圖

圖3 整體模型

圖4 樁基與承臺模型

2.4 計算結(jié)果

2號線東延伸工程機場景觀水池段樁基沉降、基坑開挖、灌注樁施工對磁浮線路影響分析計算結(jié)果見表2。

表2 對磁浮線路影響分析結(jié)果

按最不利情況考慮并疊加三者的影響，2號線東延伸工程引起磁浮線支墩的最大沉降為0.56mm，最大水平位移為0.47mm，均滿足磁浮線路安全保護要求。分析計算結(jié)果表明，2號線東延伸工程機場景觀水池段與磁浮線并行段的工程方案是合理的。

3 磁浮線路變形監(jiān)測

對磁浮軌道結(jié)構(gòu)變形進行全過程監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析進一步驗證工程方案的合理性和數(shù)值分析方法的正確性，從而確保磁浮線路的安全運行是非常必要的。以磁浮線路支墩為一個觀測單元，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到景觀水池處并行段的磁浮軌道支墩沉降歷時曲線、同一承臺左右支墩差異沉降歷時曲線、同一承臺前后支墩差異沉降歷時曲線、承臺水平位移歷時曲線等，如圖5～8所示。

圖5 磁浮車站至景觀水池區(qū)域磁浮軌道支墩垂直位移歷時曲線

圖6 磁浮車站至景觀水池磁浮軌道同一承臺左右支墩差異沉降歷時曲線

圖7 磁浮車站至景觀水池磁浮軌道承臺前后支墩差異沉降歷時曲線

圖8 磁浮車站至景觀水池水平尺單尺傾斜位移量歷時曲線

從圖5～8可以看出，2號線東延伸工程機場景觀水池段磁浮線路軌道結(jié)構(gòu)的各變形控制指標的監(jiān)測值均滿足要求，各參數(shù)的歷時曲線波動幅度也不大，表明2號線東延伸工程浦東國際機場景觀水池段工程方案是合理的，其對磁浮線路的影響也是可控的。

4 結(jié)語

高速磁浮線路變形控制指標非常嚴格，為確保磁浮線路的安全運行，對進入磁浮安全保護區(qū)的工程項目方案進行研究和優(yōu)化，并就臨近工程實施對磁浮線路的影響進行理論分析和全過程監(jiān)測是非常必要的。目前，2號線東延伸工程已投入運營，在施工和運行期間，磁浮線路的變形監(jiān)測值沒有出現(xiàn)超標現(xiàn)象，也未影響磁浮的安全運行。理論和實踐證明，2號線東延伸工程浦東國際機場景觀水池段與磁浮線并行段的工程方案是合理的，相應(yīng)理論評估方法也是正確的。

［1］ 吳祥明.磁浮列車［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003：2.

［2］ GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.