預(yù)埋滑槽技術(shù)在哈爾濱地鐵工程中的可行性分析

吳天林

(中交二公局電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710075)

預(yù)埋滑槽技術(shù)在哈爾濱地鐵工程中的可行性分析

吳天林

(中交二公局電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710075)

為了驗證實施預(yù)埋滑槽技術(shù)的可行性，明確預(yù)埋滑槽的各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工要求，為其在哈爾濱軌道交通工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支持，以哈爾濱地鐵3號線二期工程為研究對象，對比分析傳統(tǒng)施工技術(shù)與預(yù)埋滑槽技術(shù)之間的優(yōu)劣性；并通過分析預(yù)埋滑槽產(chǎn)品的應(yīng)用背景、產(chǎn)品技術(shù)要求、產(chǎn)品特點、設(shè)計原則、施工要求和檢驗要求等，驗證此項技術(shù)在哈爾濱軌道交通中應(yīng)用的必要性和可行性。研究結(jié)果表明：預(yù)埋滑槽技術(shù)的各項技術(shù)條件均符合要求，可在哈爾濱軌道交通工程中推廣應(yīng)用。

軌道交通；預(yù)埋滑槽；技術(shù)可行性；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

0 引 言

預(yù)埋滑槽也稱哈芬卡軌或哈芬槽，這種技術(shù)源于德國，距今有100年的歷史。由于預(yù)埋滑槽具有非常好的防腐性能、優(yōu)秀的荷載能力以及安裝與維修方便、質(zhì)量高、可靠性高等特點，已在歐美等發(fā)達國家的各項隧道工程中得到良好的應(yīng)用[1-2]。20世紀(jì)60年代開始，該技術(shù)逐漸被應(yīng)用于地鐵隧道。2007年，武廣、哈大高鐵等重點項目通過多方論證應(yīng)用了預(yù)埋滑橫槽技術(shù)，更是被中國第一條真正意義上的高速鐵路——京滬高鐵大規(guī)模全線應(yīng)用。在地鐵領(lǐng)域，深圳地鐵9號線，蘭州地鐵1號線等已成功應(yīng)用該技術(shù)，且全國在建地鐵城市，如北京、成都、南寧、烏魯木齊、佛山、寧波、杭州、沈陽、天津、南京、合肥、鄭州、徐州等，均正在采用或計劃采用預(yù)埋滑槽。

傳統(tǒng)軌道機電設(shè)備支架固定工藝一般為化學(xué)植筋和膨脹螺栓，作業(yè)環(huán)境差、施工效率低、使用壽命短，尤其現(xiàn)場打孔損傷隧道結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)完整性，影響結(jié)構(gòu)安全；而預(yù)埋滑槽技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)工藝中存在的問題，提高了工作效率。

1 工程概況

哈爾濱市軌道交通3號線是哈爾濱地鐵規(guī)劃九線一環(huán)的惟一環(huán)線，貫穿4個中心城區(qū)，輻射4個經(jīng)濟新區(qū)，堪稱黑龍江省內(nèi)在建規(guī)模最大、難度最高、社會影響最大的地鐵項目。哈爾濱軌道交通3號線二期線路全長32.18 km，共設(shè)車站30座，均為地下車站；包含31個區(qū)間，其中礦山法施工區(qū)間10個，盾構(gòu)法施工區(qū)間21個，在安通街設(shè)置車輛基地1座，由出入段線引入正線。哈爾濱軌道交通3號線二期工程全線引入預(yù)埋滑槽技術(shù)，這將是哈爾濱市軌道交通領(lǐng)域第一次引入、設(shè)計和應(yīng)用該項新技術(shù)。

2 預(yù)埋滑槽對管片的影響

湖南某大學(xué)利用Abaqus6.10有限元計算程序，采用非線性計算方法，對地鐵管片進行了仿真模擬分析[3-5]，包括隧道管片開槽處混凝土應(yīng)力計算、隧道管片未開槽處混凝土應(yīng)力計算、隧道管片鋼筋應(yīng)力計算。根據(jù)有限元仿真模擬，在驗算荷載作用下，通過計算復(fù)核，在管片上按設(shè)計資料中的形式進行開槽，對隧道管片整體受力影響較小，承載力、變形、裂縫寬度滿足驗算荷載要求。另外，通過試驗發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)片混凝土塊脫落是影響預(yù)埋滑槽固定的主要原因[6]。

本文應(yīng)用模擬軟件MIDAS/GTS，利用圖形化用戶界面來建立結(jié)構(gòu)實體對象模型，通過先進的有限元模型和自定義標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范接口技術(shù)來進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)精確的技術(shù)分析[7]。另外建立單個管片三維模型，數(shù)值分析過程中對整體結(jié)構(gòu)施加重力，然后根據(jù)實際荷載進行加載，并采用彈簧邊界條件。管片采用實體單元進行模擬，槽道采用板單元進行模擬，錨桿采用植入桁架單元進行模擬[8-9]。通過模擬可知，結(jié)構(gòu)受力符合設(shè)計要求。

3 預(yù)埋滑槽技術(shù)的優(yōu)點及應(yīng)用必要性

3.1 預(yù)埋滑槽與傳統(tǒng)施工工藝對比

傳統(tǒng)后錨固技術(shù)施工不便、造價較高，而預(yù)埋滑槽使用T型螺栓連接，代替了傳統(tǒng)化學(xué)錨栓或膨脹螺栓，方便施工；而且滑槽局部可以拆除，不損壞隧道混凝土管片，提高了結(jié)構(gòu)壽命，且其本身具有超強抗腐蝕性，可以延長地鐵隧道壽命；另外，使用預(yù)埋滑槽后避免了施工打孔，不會對結(jié)構(gòu)造成損傷，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了工作效率；預(yù)埋滑槽可以實現(xiàn)工廠化預(yù)制，方便材料制作；滑槽本身的線狀結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的錨栓點狀結(jié)構(gòu)，提高了支架可調(diào)性[10]。由此可見，預(yù)埋滑槽技術(shù)相比傳統(tǒng)施工有很大優(yōu)勢。

3.2 哈爾濱地鐵運用預(yù)埋滑槽技術(shù)的必要性

(1)槽道預(yù)埋技術(shù)作為地鐵工程中的創(chuàng)新技術(shù)，能避免在隧道管片上打孔作業(yè)[11]。這不僅使得隧道內(nèi)管線及設(shè)備的安裝更為便捷，而且能為地鐵百年安全運營打下堅實的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)施工工藝見圖1。

圖1 傳統(tǒng)施工工藝

(2)3號線二期工程近一半線路位于松花江河漫灘富水區(qū)域，均為厚砂層，傳統(tǒng)打孔對結(jié)構(gòu)受力、防水性能的影響較大，而預(yù)埋工藝可以有效保證結(jié)構(gòu)的安全性和防水性能。預(yù)埋滑槽施工見圖2。

圖2 預(yù)埋滑槽施工

(3)哈爾濱市為嚴(yán)寒氣候，冬季11月至次年3月無法施工，且無論冬季還是夏季，施工期隧道內(nèi)溫度偏低，植筋膠凝結(jié)時間長，植筋質(zhì)量難以控制，而預(yù)埋工藝可以有效縮短設(shè)備管線安裝工期，提高固定質(zhì)量。

4 哈爾濱地鐵預(yù)埋滑槽設(shè)計及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

預(yù)埋滑槽是一種預(yù)埋裝置，先將C型槽預(yù)埋于混凝土中，再將T型螺栓的大頭扣進C型槽中，要安裝的構(gòu)件用螺栓固定。預(yù)埋滑槽樣式見圖3。

圖3 預(yù)埋滑槽

4.1 預(yù)埋滑槽設(shè)計原則

(1)預(yù)埋滑槽的尺寸須考慮方便加工、運輸以及預(yù)埋施工；預(yù)埋設(shè)計要滿足懸掛、防腐和耐久性的要求。

(2)預(yù)埋滑槽設(shè)計要保證槽道具有足夠的耐久性，工程預(yù)埋槽道的安全等級按一級考慮，確保預(yù)埋槽道100年的使用壽命。

(3)預(yù)埋滑槽按Ⅶ度地震烈度進行抗震驗算，并在槽道設(shè)計時采用相應(yīng)的構(gòu)造處理措施，以提高槽道的整體抗震能力。

(4)各系統(tǒng)順線路方向的支撐點間距宜與管片環(huán)寬1.2 m(哈爾濱地鐵3號線二期)的模數(shù)匹配。

(5)預(yù)埋滑槽應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)受力、耐腐蝕、防火等相關(guān)要求。

(6)預(yù)埋滑槽應(yīng)滿足盾構(gòu)管片雜散電流防護要求，與管片鋼筋電氣不連接[12]。

4.2 預(yù)埋滑槽設(shè)置

盾構(gòu)內(nèi)徑2 700 mm，壁厚300 mm，分6塊，楔形量48 mm，環(huán)寬1.2 m，坐直右錯縫拼裝。滑槽最低部位為軌面下350 mm。管片內(nèi)預(yù)埋滑槽見圖4。

圖4 管片內(nèi)預(yù)埋滑槽

預(yù)埋滑槽斷面細部尺寸、錨釘長度、定位固定可根據(jù)實際廠家產(chǎn)品情況適當(dāng)調(diào)整，但需經(jīng)設(shè)計單位認(rèn)可。預(yù)埋滑槽細部見圖5，配套螺栓見圖6。

圖5 預(yù)埋滑槽細部

圖6 預(yù)埋滑槽配套螺栓

4.3 預(yù)埋滑槽技術(shù)參數(shù)

(1)地鐵預(yù)埋滑槽產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)制造及驗收應(yīng)參照《電氣化鐵路接觸網(wǎng)隧道內(nèi)預(yù)埋槽道》(TB/T 3329—2013)及其他國家、行業(yè)規(guī)范執(zhí)行。

(2)預(yù)埋滑槽要求一根型鋼熱軋成型，鋼材材質(zhì)采用Q345鋼，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 700—2006)或《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 1591—2008)的規(guī)定；所用鋼材的C含量不大于0.2%，S和P的含量均不超過0.035%，Si含量不超過0.5%，Mn含量不超過1.7%，并保證有足夠延展性，斷裂最小延伸率不小于14%。

(3)若滑槽采用的鋼材不同于要求中的鋼材，則其力學(xué)性能、承載力、耐久性、耐火性等需滿足Q345鋼相關(guān)要求，并經(jīng)相關(guān)部門認(rèn)證后方可采用。

(4)滑槽槽道高20～25 mm，寬度不小于28 mm，一般部位壁厚不小于2.5 mm，口部壁厚不小于3.5 mm，齒高不小于1.5 mm。

(5)預(yù)埋滑槽與配套連接T型螺栓應(yīng)具備連接齒牙構(gòu)造，齒牙間距3 mm,以確保機械咬合性能,在縱向傳遞荷載，防止力點滑移。

(6)與預(yù)埋滑槽配套的T型螺栓采用8.8級螺栓。

(7)預(yù)埋滑槽及其上固定的螺栓應(yīng)滿足地鐵區(qū)間隧道上需要安裝的各種設(shè)備及其振動的承載力要求[13]。在沿T型螺栓軸線方向，滑槽應(yīng)能承受單個螺栓對槽道產(chǎn)生的拉伸設(shè)計荷載(不小于14 kN)；在垂直于T型螺栓及槽道軸線方向，應(yīng)能承受單個螺栓對槽道產(chǎn)生的最大剪切設(shè)計荷載(不小于10 kN)。

(8)滑槽預(yù)埋在混凝土中時極限抗拉承載力不小于30 kN，與螺栓緊固后橫向極限抗剪承載力不小于30 kN。當(dāng)滑槽預(yù)埋在混凝土中處于工作狀態(tài)時疲勞200萬次，其錨固力荷載下降不大于5%，滿足《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件技術(shù)條件》(TB/T 2073—2010)、《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件試驗方法》(TB/T 2074—2010)要求。

(9)預(yù)埋滑槽與構(gòu)件采用專用配套T型螺栓連接，T型螺栓需具備專業(yè)認(rèn)證報告。預(yù)埋槽道與T型螺栓按照要求進行緊固力矩檢驗，螺栓與螺母不得發(fā)生歪斜、破損、咬死等破壞現(xiàn)象，螺栓的預(yù)緊力不得對槽道產(chǎn)生破壞。

(10)預(yù)埋滑槽需具備國內(nèi)專業(yè)權(quán)威機構(gòu)認(rèn)證的承載力及抗疲勞測試報告。

(11)預(yù)埋滑槽及與之配套連接的T型螺栓的防腐采用熱浸鍍鋅處理，其中預(yù)埋滑槽鍍鋅厚度不小于80 μm，T型螺栓鍍鋅厚度不小于50 μm。

(12)預(yù)埋滑槽耐堿涂層由面層及底層組成，均為有機涂層，其中底層厚度為60 μm，面層厚度為50 μm，兩層總厚度不得小于90 μm。

(13)預(yù)埋滑槽鹽霧試驗采用300 h銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(CASS)或2 400 h中性鹽霧試驗(NSS)，試驗后無紅銹；涂層需按《漆膜耐沖擊測定法》(GB/T 1732—1993)要求進行沖擊試驗，重錘由50 cm高度落下，涂層應(yīng)完好。

(14)預(yù)埋滑槽須具備有資質(zhì)的質(zhì)檢部門出具的耐火時效測試報告，其耐火性能應(yīng)滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB/T 50016—2014)，在火燒的環(huán)境下(1 200 ℃)耐火承載力不小于0.8 kN。

(15)滑槽的絕緣主要依靠表面特殊涂層，特殊涂層內(nèi)含有一層可以絕緣的有機涂層，能很好地解決雜散電流問題。同時，確保管片鋼筋電氣不連接，絕緣電阻應(yīng)不小于0.5 MΩ。

5 預(yù)埋滑槽施工要求

(1)預(yù)埋滑槽要求與混凝土管片通過可靠的錨筋連接，錨筋間距及錨固長度應(yīng)滿足承載力要求，錨筋與管片中鋼筋不應(yīng)電氣連接，滿足防迷流要求。

(2)預(yù)埋滑槽在管片模板上的定位要牢固，保證槽口緊貼模板，槽內(nèi)部采用可靠措施密封，避免混凝土澆注時灌入滑槽內(nèi)，槽口與混凝土內(nèi)面應(yīng)光滑平整連接，凹凸誤差不超過3 mm，定位偏差在每環(huán)管片端部不超過2 mm。

(3)預(yù)埋滑槽在管片中的位置應(yīng)避開管片中心的螺栓手孔，槽道中心線與盾構(gòu)管片注漿孔連線平行，間距為185 mm，端部距離管片縱縫凈距為40～70 mm。

(4)預(yù)埋滑槽應(yīng)具有一定的耐堿性，不與混凝土產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)；預(yù)埋滑槽中填充物不應(yīng)具有腐蝕性，不能侵蝕滑槽鋼材及其表面涂層。

(5)T型螺栓應(yīng)采取可靠措施連接，避免在運營中因震動等原因脫離。

(6)槽道預(yù)埋前應(yīng)詳細檢查，發(fā)現(xiàn)表面處理層脫離或有裂紋、形狀變異等情況，應(yīng)及時更換。

(7)在管片上預(yù)埋滑槽運輸、堆放、吊裝過程中應(yīng)采取可靠措施保護滑槽表面防腐涂層。

6 預(yù)埋滑槽檢驗要求

(1)槽道及T型螺栓應(yīng)由制造廠的技術(shù)檢驗部門檢驗合格并取得合格證后，方能出廠。

(2)檢驗分為出廠檢驗、型式檢驗。檢驗項目、檢測方法按《電氣化鐵路接觸網(wǎng)隧道內(nèi)預(yù)埋槽道》(TB/T 3329—2013)的規(guī)定進行，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足設(shè)計要求。

(3)槽道及配套零件應(yīng)按相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)逐件進行外觀檢查，其余檢驗項目應(yīng)按2 000 m一批進行檢驗(不足2 000 m按一批檢驗)。

(4)提供由權(quán)威檢測機構(gòu)出具的管片預(yù)埋滑槽的型式檢驗報告，或提供由產(chǎn)品使用單位委托權(quán)威檢測機構(gòu)出具的管片預(yù)埋滑槽的抽檢報告，或權(quán)威檢測機構(gòu)對管片預(yù)埋滑槽生產(chǎn)線上產(chǎn)品出具的抽檢報告。上述檢驗報告或抽檢報告須具有CMA認(rèn)證。檢驗內(nèi)容至少涵蓋槽道力學(xué)性能報告、槽道的疲勞性能報告、原材料的材質(zhì)報告、槽道的外觀尺寸報告、槽道的防腐性能報告和槽道的耐火性能報告。

(5)預(yù)埋滑槽檢驗項目見表1。

表1 檢驗項目及檢驗方法

7 結(jié) 語

預(yù)埋滑槽技術(shù)在國內(nèi)軌道交通中的應(yīng)用剛剛開始，雖然尚無具體的設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可循，但其成功的實施案例已經(jīng)證明此項技術(shù)的可實施性很高。根據(jù)蘭州地鐵1號線盾構(gòu)管片預(yù)埋滑槽的設(shè)計原則，通過現(xiàn)場安裝及成品檢測，預(yù)埋滑槽順利通過承載力、抗疲勞、防腐、抗拉拔等試驗測試，測試結(jié)果均能滿足設(shè)計要求。預(yù)埋滑槽在蘭州地鐵的成功應(yīng)用也為其在哈爾濱軌道交通工程中的推廣應(yīng)用提供了樣板。

另外，本文從預(yù)埋滑槽的產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)參數(shù)、試驗檢測、現(xiàn)場施工等方面詳細論述了其技術(shù)可行性，為哈爾濱地鐵采用預(yù)埋滑槽技術(shù)提供了技術(shù)層面的參考。鑒于哈爾濱地鐵首次采用此項技術(shù)，應(yīng)注意預(yù)埋滑槽產(chǎn)品須滿足防腐、絕緣、耐火及承載力等設(shè)計要求，并根據(jù)設(shè)計要求提供有資質(zhì)的質(zhì)檢部門的檢測報告；在工程施工過程中，必須對預(yù)埋槽道采取有效的保護措施，不得破壞滑槽，并在施工中加強耐久性質(zhì)量控制和現(xiàn)場檢測。預(yù)埋滑槽在哈爾濱地鐵的應(yīng)用將會大大方便機電管線施工，提高工作效率。

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FeasibilityAnalysisofEmbeddedChuteTechnologyinHarbinSubwayProject

WU Tian-lin

(Electrical Engineering Co., Ltd. of CCCC Second Highway Engineering Co., Ltd., Xi’an 710075, Shaanxi, China)

In order to verify the feasibility of implementing the embedded chute technology and clarify the technical standards and construction requirements of the embedded chute so as to provide technical support for its application in the Harbin rail transit project, the comparison of the traditional construction technology and the embedded chute technology was made by taking the second phase of Harbin Metro Line 3 as the research object. By analyzing the application background, technical requirements, product characteristics, design principles, construction requirements and inspection requirements of the embedded chute, the necessity and feasibility of applying this technology in Harbin rail transit project were verified. The results show that the technical conditions of the embedded chute technology are in line with the requirements and it can be applied in the project.

rail transit; embedded chute; technical feasibility; technical standard

U459.1

B

1000-033X(2017)11-0090-06

2017-04-14

吳天林(1970-)， 男，陜西西安人，高級工程師，從事鐵路電力工程、信號的研究工作。

[責(zé)任編輯:王玉玲]