潘金生

（上海磁浮交通發(fā)展有限公司，201204，上?！胃呒?jí)工程師）

上海磁浮示范運(yùn)營線是世界上首條磁浮商業(yè)運(yùn)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(yùn)行時(shí)，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(duì)軌道梁及下部結(jié)構(gòu)變形有著非常嚴(yán)格的要求。后期實(shí)施的軌道交通2號(hào)線東延伸工程浦東國際機(jī)場段線路在浦東國際機(jī)場兩個(gè)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(hào)線東延伸工程選擇合理的工程方案，確保在施工和運(yùn)營期間對(duì)磁浮線安全運(yùn)行不造成影響顯得至關(guān)重要。本文結(jié)合2號(hào)線東延伸工程，對(duì)其與磁浮線路并行段工程方案優(yōu)化進(jìn)行探討，并運(yùn)用數(shù)值分析的方法對(duì)工程實(shí)施方案進(jìn)行分析評(píng)估；最后通過實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證前期工程方案優(yōu)化和數(shù)值分析評(píng)估方法的合理性。

1 2號(hào)線東延伸工程景觀水池段優(yōu)化設(shè)計(jì)

2號(hào)線東延伸工程規(guī)劃線路在浦東國際機(jī)場兩個(gè)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(duì)現(xiàn)有機(jī)場景觀水池、磁浮維修道路及附屬管溝進(jìn)行改造的情況下，2號(hào)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(jì)要求。為此，需要結(jié)合現(xiàn)狀情況，對(duì)2號(hào)線東延伸工程線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能既滿足高速磁浮運(yùn)營安全和維護(hù)要求，也滿足軌道交通高架線路的設(shè)計(jì)要求。

1.1 2號(hào)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(hù)和列車故障條件下逃生救援需要，在2號(hào)線東延伸工程和磁浮線路之間須設(shè)置維護(hù)和救援專用通道。由于機(jī)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(huì)對(duì)區(qū)域景觀造成影響，因此，2號(hào)線東延伸工程線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是分析磁浮運(yùn)行維護(hù)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(hào)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(hù)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(xiàn)［2］中公式計(jì)算：置方案圖1所示。

圖1 2號(hào)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(tái)上候車乘客和工作人員；

A1——自動(dòng)扶梯通過能力，人／（min·m）；

A2——人行樓梯通過能力，人／（min·m）；

N——自動(dòng)扶梯臺(tái)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(xiàn)［1］可得Q1＝794人，Q2＝10人；按文獻(xiàn)［2］中1m寬通道、雙向混行每小時(shí)4 000人的規(guī)定，在滿足事故疏散時(shí)間要求下，經(jīng)計(jì)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(hào)線東延伸工程與磁浮線的最小線間距為8.715m。

1.2 2號(hào)線東延伸工程線路設(shè)計(jì)優(yōu)化

在不改造現(xiàn)有浦東國際機(jī)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(hào)線東延伸工程與磁浮線最小線間距8.715m的設(shè)計(jì)要求。為此，2號(hào)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(qiáng)、弱電電纜敷設(shè)于箱梁結(jié)構(gòu)下方；

（3）2號(hào)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(hào)線東延伸工程和磁浮線路斷面布

2 2號(hào)線東延伸工程對(duì)磁浮線路影響分析

2.1 磁浮線保護(hù)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(biāo)要求較高，因此需對(duì)2號(hào)線東延伸工程景觀水池段施工期間及工后沉降對(duì)磁浮線路的影響進(jìn)行分析和評(píng)估，以確保磁浮線的安全運(yùn)營。

表1 磁浮線路變形控制要求 mm

2.2 評(píng)估分析內(nèi)容

2號(hào)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(huì)引起周邊土體的附加變形，進(jìn)而引起磁浮線路的附加變形。同時(shí)，2號(hào)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(hào)線樁基沉降對(duì)磁浮線的影響需要進(jìn)行評(píng)估分析。

其次，由于上部土層比較軟弱，基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響是一個(gè)不容忽視的問題。雖然2號(hào)線東延伸工程承臺(tái)的挖深不大，但距磁浮線較近，故承臺(tái)基坑開挖對(duì)磁浮線路的影響也需要進(jìn)行評(píng)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(huì)產(chǎn)生一定的位移，因此灌注樁施工也是對(duì)磁浮線安全性造成威脅的一個(gè)潛在因素，同樣需要進(jìn)行計(jì)算分析。

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

2.3 樁基沉降對(duì)磁浮線影響分析計(jì)算模型

綜合比較樁長和荷載后，選取2號(hào)線東延伸工程最不利的P119、P120墩及相鄰的磁浮線P1172墩進(jìn)行分析計(jì)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(jì)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(jì)算土體的參數(shù)根據(jù)壓縮模量計(jì)算選取。承臺(tái)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(tái)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(diǎn)相耦合，即位移協(xié)調(diào)。承臺(tái)、樁基與土體都采用實(shí)體模型，共25 675個(gè)單元、28 026個(gè)節(jié)點(diǎn)。整體模型圖見圖3，樁基與承臺(tái)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(tái)模型

2.4 計(jì)算結(jié)果

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

表2 對(duì)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(hào)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(hù)要求。分析計(jì)算結(jié)果表明，2號(hào)線東延伸工程機(jī)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(duì)磁浮軌道結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行全過程監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步驗(yàn)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(yùn)行是非常必要的。以磁浮線路支墩為一個(gè)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(shí)曲線、同一承臺(tái)左右支墩差異沉降歷時(shí)曲線、同一承臺(tái)前后支墩差異沉降歷時(shí)曲線、承臺(tái)水平位移歷時(shí)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(shí)曲線

圖6 磁浮車站至景觀水池磁浮軌道同一承臺(tái)左右支墩差異沉降歷時(shí)曲線

圖7 磁浮車站至景觀水池磁浮軌道承臺(tái)前后支墩差異沉降歷時(shí)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(shí)曲線

從圖5～8可以看出，2號(hào)線東延伸工程機(jī)場景觀水池段磁浮線路軌道結(jié)構(gòu)的各變形控制指標(biāo)的監(jiān)測值均滿足要求，各參數(shù)的歷時(shí)曲線波動(dòng)幅度也不大，表明2號(hào)線東延伸工程浦東國際機(jī)場景觀水池段工程方案是合理的，其對(duì)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(biāo)非常嚴(yán)格，為確保磁浮線路的安全運(yùn)行，對(duì)進(jìn)入磁浮安全保護(hù)區(qū)的工程項(xiàng)目方案進(jìn)行研究和優(yōu)化，并就臨近工程實(shí)施對(duì)磁浮線路的影響進(jìn)行理論分析和全過程監(jiān)測是非常必要的。目前，2號(hào)線東延伸工程已投入運(yùn)營，在施工和運(yùn)行期間，磁浮線路的變形監(jiān)測值沒有出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，也未影響磁浮的安全運(yùn)行。理論和實(shí)踐證明，2號(hào)線東延伸工程浦東國際機(jī)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(píng)估方法也是正確的。

［1］ 吳祥明.磁浮列車［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003：2.

［2］ GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.