科技日报记者 雍黎

上天、入地、过江、穿山、大转弯、高差达100米……带给你这样乘坐感受的不只有过山车，还有创造了多个“世界第一”的重庆轨道3号线。近期，由重庆市轨道交通（集团）有限公司牵头完成的“跨座式单轨交通工程设计建造关键技术创新与应用”获得了2017年度重庆市科学技术奖科技进步一等奖。

重庆轨道3号线是国际上线路最长、客流最大、运输效率最高、运行编组最长、地形条件最复杂的跨座式单轨交通线路，也是世界上唯一在同一单轨线路上实现高架、地下、过江、穿山、换乘等高差达100米的工程。该项目还创造了工程复杂程度、项目运营效率等多项世界第一。

科技日报记者日前采访了主持该设计的上海市隧道工程轨道交通设计院重庆分院院长郭劲松，揭秘这条轨道背后的科技秘密。

三限界技术让轨道穿越闹市

作为贯穿重庆主城区南北的主要轨道线，重庆3号线经过的地方大多是成熟商圈和闹市，要在这样寸土寸金的地方修建轨道，只能在既有的情况下设计，工程风险和工程投资都很大。为此，项目组率先提出并使用跨座式单轨三限界设计体系，让断面（断面是指假想用剖切面剖开物体后，仅画出该剖切面与物体接触部分的正投影所得的图形）面积节省约13.2%，节约1.3亿元，降低工程风险、减少工程投资。

“限界系统是轨道交通重要的基础性指标，是贯穿整个项目的灵魂之一。”郭劲松说，三限界包括车辆限界、设备限界和建筑限界，是保障地铁安全运行、限制车辆断面尺寸、限制沿线设备安装尺寸及确定建筑结构有效净空尺寸的参数指标，也直接决定了工程规模和投资。说简单点就是轨道的建筑断面、车辆、轨道，三者之间要保持一定的距离，以确保在运行时，不会因为突发情况而影响运行。而这个限界就是它们之间需要保持的最小距离。

“三限界体系的设立比原有的范围更明确、分类更细、数据更精准。”郭劲松解释，在一些关键节点能缩小十几厘米，不仅能够直接节约工程投资，还不会影响周边建筑，也让3号线在穿越观音桥商圈、菜园坝长江大桥等关键点成为了可能。

华新街站至观音桥站地下区间正是使用了三限界技术。在建设开工时，该区域需后穿既有地下建筑物，最小水平距离仅65厘米，工程的精确计量保证了建筑物与轨道交通运营双安全。

PC梁新技术保障乘坐舒适性

在3号线横渡嘉陵江从江北区到渝中区这一段，是位于江面上的高架，在进入牛角沱站时几乎呈90°弯道且有坡度。这一媲美过山车的弯道，却并不会让乘客觉得站不稳，这其中的秘密就在于创新设计。

“PC梁是支承和约束车辆行驶的轨道，也是牵引电网的载体，和人们预想中承载梁横断面是长方形不同，这段PC梁是一条动态的空间曲线。”郭劲松说，在这个区间转弯处的PC梁并不是长方形，而是不等边的梯形，而且PC梁拼接误差不超过3毫米，且幅度控制在12%以内。这一创新最大可能地保证了乘客的舒适性。

同时，该项目创新了轨道梁桥和地下空间建造成套技术，通过自主研发将PC轨道梁长度由22米增加至26米，提高了PC梁连续空间曲面体的整体性能，降低了工程造价。创新研发轨道梁三维空间结构及桥墩定位系统，攻克了轨道梁超高区段三维拼装架设重大技术难题，填补了国内空白。

手风琴技术实现轨道大桥同步伸缩

与穿越嘉陵江是单独修建的轨道不同，3号线通过菜园坝长江大桥跨过长江，不过菜园坝长江大桥主体为钢结构，会热胀冷缩，冬天和夏天最大的伸缩量达80厘米，这就意味着依附于桥的轨道也要能伸缩才行。

在轨道设计中要求PC梁拼接误差不能超过3毫米，而这里伸缩量一下子有80厘米，如何保证它们的“神同步”，考验着设计团队。

“我们利用手风琴的原理，研发了手风琴立体式伸缩建造技术，通过小段小节的伸缩，最终达到和菜园坝大桥主桥同步伸缩。”郭劲松说，为此，团队研发了“手风琴”式的连接器，将其装在轨道PC梁上，以实现和菜园坝大桥主桥的同步伸缩。同时，为减轻荷载，采用钢轨的梁设计方案，其内部检修维护方式填补了国内相关技术空白。