工程设计施工的创新

1系统制式和运营模式创新

1.1设计最高速度120km/h的直流1500V供电轨L16大部分区域位于东海之滨，地势平坦空旷，台风多、雷电多，线路应急抢险布点不可能很密集，维护成本也随着线路距城市中心区的距离增大而加大，设计考虑诸多因素。L16首次正线采用设计最高速度120km/h的直流1500V钢铝复合接触轨供电系统。靴轨良好授流是安全运营的关键，因此，针对120km/h速度等级的DC1500V接触轨系统（见图3），进行接触轨跨距布置与120km/h速度的系统性分析、全线接触轨断口处端部弯头与车辆集电靴适应性系统分析、全线接触轨与车辆匹配情况系统性分析等。在设计细节上，对端部弯头坡度、膨胀接头及中心锚节安装型式进行改良和更新。施工中，在国内首次研发轨道交通多限界检测车、集电靴限界检查装置、接触轨综合测量仪等新设备，提出基于轨道基桩控制网进行轨道交通接触网、轨的测量方法，编写完成《120km/h接触轨设计规范及施工验收标准》一书。1.2快慢车组合及灵活编组的运营模式L16客流强度较低、平均乘距长，高峰和平峰客流差异较大，呈现潮汐现象，主要以组团客流交换为主，直达客流占全线客流的30%，具有开行快车的需求。结合工程实际并吸收国外长大线路快慢车组合运营的经验，采用定性和定量相结合的方法重点研究运营组织模式、列车运行交路和列车编组方案。从理论上对开行快慢车组合运行的组织形式与条件、快慢车的越行条件、越行地点、越行次数以及相关影响因素进行重点分析，提出列车交路、列车编组和运输能力等的设计计算方法。开行直达车、大站车和普通车的快慢车组合运营的模式，有效节省乘客总的出行时间，减少车辆的配置数量。车辆选型在初、近、远期分别按3节和3+3节的灵活编组，远期高峰时开行6节编组，平峰时开行3节编组车辆，提高运营服务水平和运营效益，达到降低综合成本的效果。组团OD客流流量示意图见图4。针对本工程快慢车组合运营，综合满足快车的速度快、安全性高和舒适性高等要求。当快车通过越行车站时，在保证安全的前提下，出站进路提前办理，从而道岔提前锁闭至指定位置，实现列车自动控制功能，包括列车自动防护、列车自动运行、列车自动监控等，满足轨道交通系统安全、舒适和节能的运营需求。正常情况下，快慢车的越行依据时刻表自动运行，一旦列车出现早点或者晚点时，快车和慢车需要同时出站，此时由人工进行确认快车和慢车的出站顺序。

2土建结构创新

2.1地下区间单洞双线大盾构隧道列车设计最高速度120km/h，地下区间隧道列车的活塞风效应引起地铁系统空气的非稳定流动，产生列车内外的压力变化。如果采用常规盾构隧道，压力变化将会超过乘客舒适标准，并损害设备和结构，因此设计结合工程实际，深入研究列车高速运行的空气压力学效应、压力变化所带来的不利影响、以及控制压力变化所采取的措施，使工程实施后，满足乘客压力舒适和设备耐压要求。通过提出压力控制措施，确定合理列车运行所需隧道断面积，从而确定合理的盾构规模、限界及内部结构型式。L16工程地下区间最终采用内径10.4m的单洞双线大直径地铁盾构隧道（见图5）。大盾构隧道采用预制拼装中隔墙的新技术，在隧道通风方面，活塞风量的增加有利于排除列车运行余热而使隧道温度降低；在压力控制方面，消除区间进出洞处、过中间风井处最不利错车工况下的压力变化叠加带来的舒适度影响；在安全疏散方面，在纵向应急通道宽度较窄的约束条件下，每隔300m设置一组相邻区间的旁通门，增强系统的安全性，且无须设置众多的中间逃生井或辅助隧道。另外，隧道洞口的喇叭口设计和中间风井的过渡衔接处理均有效缓解高速列车运行引起的压力波对人体舒适性的不利影响。大盾构隧道在施工过程中，采用泥水平衡盾构机施工，泥水处理采用先进的砂堡泥水分离系统，实现泥浆的干湿分离及循环利用，排出符合环境排放要求的少量干土和大量可循环使用的优质泥浆，较土压平衡盾构减少对周边环境的不利影响。2.2大跨度特殊型节点桥2.2.1泐马河桥泐马河桥在临港大道两幅地面桥之间仅5.0m净距之内，3座桥成“品”字形并列。受两侧地面桥净距及地面桥承台位置的限制，本桥主墩和主梁箱体宽度仅4.5m，主跨跨径达145m。设计通过对预应力连续梁、薄壁墩连续刚构及V形刚构等桥型方案的比较分析，创新采用主桥87.5m+145m+87.5m的预应力混凝土V形刚构桥。施工时按照“墩底顶推合龙”的设计思路，独创墩底顶推跨中合龙的施工方法，设计墩底先铰支后固结的全新构造，解决大跨V形刚构桥常规跨中合龙时预加力无法有效施加给跨中梁段的困难（见图6）。泐马河桥创造在2幅已建桥梁之间只有5.0m间距的条件下建造145m大跨轨道交通桥梁和采用墩底对顶合龙实现体系转换的“国内两项先例”，以及轨道交通领域首次应用V形连续刚构桥型和轨道交通领域同类型桥梁跨度最大的“国内两项第一”。2.2.2大治河桥大治河桥为双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，跨径组合为80m+140m+80m。主桥梁长300m，主梁采用变截面预应力混凝土单箱双室斜腹板箱梁，梁高3.0~5.6m，箱梁顶板宽13.641m。索塔结构高度为20.5m，每个索塔设置10对斜拉索，每对斜拉索为双股，索塔和斜拉索布置在双线之间。大治河桥创造上海市轨道交通领域首次应用矮塔斜拉桥桥型以及国内轨道交通领域同类型桥梁跨度最大的“两项第一”。首次采用抗震阻尼器，相比常规连续梁桥型具有刚度大、梁高低、自重轻、抗震性能好、减小支座反力和墩台基础规模的特点，梁形轻巧、塔形美观，已成为1座标志性景观建筑物（见图7）。2.2.3跨S2转体施工的连续梁桥L16与上海高速公路路网多处产生交叉，多为轨道交通高架上跨既有高速公路。上海高速公路车流量较大，通行要求高，除近几年新建高速公路外，普遍路幅较窄，如采取满堂支架或门架现浇施工较为困难，若采取挂篮法施工的悬臂时期较长，安全风险期长。跨S2的三跨（35.5m+50m+35.5m）变截面连续箱梁首次将转体施工工法应用于跨越S2沪芦高速公路。转体法施工工法能有效优化工期和避免施工风险，为今后类似工法的推广应用提供重要的参考和经验。跨S2转体施工连续梁跨实景图见图8。

3轨道施工技术创新

L16建设中开展CPIII高精度测量技术引入研究，长轨厂焊及铺设一体化研究，试铺板式道岔等多项科技创新，通过工艺改进、设备更新及技术手段创新，有效提高线路轨道精度和平顺性，保障了施工建设质量，为后期运营提供良好的服务。3.1首次采用厂焊及铺设技术通过引进高铁建设经验，修建标准厂焊基地，引进固定焊接流水线设备，直接进行焊轨工厂化、车间化、标准化作业，将25m短轨在工厂直接焊接成150m长轨，质量可靠稳定。同时，配套引进高铁长轨铺设设备，使地铁长轨施工工艺得到改良，轨道施工质量得到保障。焊轨基地生产线实景图见图9。3.2首次引入板式道岔铺设技术为进一步提高道岔铺设精度，城市轨道交通首次引入预制板式道岔铺设技术。通过工厂预制成型道岔板、现场拼装、自密实混凝土浇注等工序，基本消除道岔病害，道岔铺设质量大幅提高并减少运营维护工作量。新场站长枕道岔实景图见图10。3.3道岔长枕的应用道岔病害直接影响到行车安全及运营舒适度。通过优化设计方案，采用长枕替代短枕道岔，有效解决道岔滑床板空吊、轨枕歪斜及翘头等病害，提高轨道精度，对道岔铺设起到良好的控制作用。3.4高铁CPⅢ技术进行轨道精调国内首次研发高精度的轨道测控新技术，以“布设基础控制网、轨检小车自动采集”替代传统的“布设导线铺轨基标、人工道尺弦线”。从根本上提高轨道铺设阶段测量的设备和施工工艺，实现轨道铺设高精度和高平顺性，为今后线路运营后的高质量和少维护奠定良好的基础。

4结语

上海市轨道交通L16工程围绕“实现规划功能定位，建设快速地铁；积极推动科技创新，建设新型地铁；注重工程细节管理，建设精品地铁；以人为本节能高效，建设绿色地铁”的核心。不论从设计、施工还是从运营管理各方面都独具匠心，主要体现在：设计最高速度120km/h舒适型A型车，快慢车组合及灵活编组的运营模式，地下区间单洞双线大盾构隧道，轨道交通大跨度特殊型节点桥，设计最高速度120km/h的直流1500V供电轨，轨道交通高精度的测量及铺轨等6项设计施工综合新技术，为国内市域轨道交通工程的建设积累了经验。

作者：俞光耀 张中杰 王庆国 李江莉 赵强 单位：上海申通地铁集团有限公司 上海市城市建设设计研究总院