預埋滑槽技術在哈爾濱地鐵工程中的可行性分析

吳天林

(中交二公局電務工程有限公司，陜西 西安 710075)

預埋滑槽技術在哈爾濱地鐵工程中的可行性分析

吳天林

(中交二公局電務工程有限公司，陜西 西安 710075)

為了驗證實施預埋滑槽技術的可行性，明確預埋滑槽的各項技術標準和施工要求，為其在哈爾濱軌道交通工程中的應用提供技術支持，以哈爾濱地鐵3號線二期工程為研究對象，對比分析傳統施工技術與預埋滑槽技術之間的優劣性；并通過分析預埋滑槽產品的應用背景、產品技術要求、產品特點、設計原則、施工要求和檢驗要求等，驗證此項技術在哈爾濱軌道交通中應用的必要性和可行性。研究結果表明：預埋滑槽技術的各項技術條件均符合要求，可在哈爾濱軌道交通工程中推廣應用。

軌道交通；預埋滑槽；技術可行性；技術標準

0 引 言

預埋滑槽也稱哈芬卡軌或哈芬槽，這種技術源于德國，距今有100年的歷史。由于預埋滑槽具有非常好的防腐性能、優秀的荷載能力以及安裝與維修方便、質量高、可靠性高等特點，已在歐美等發達國家的各項隧道工程中得到良好的應用[1-2]。20世紀60年代開始，該技術逐漸被應用于地鐵隧道。2007年，武廣、哈大高鐵等重點項目通過多方論證應用了預埋滑橫槽技術，更是被中國第一條真正意義上的高速鐵路——京滬高鐵大規模全線應用。在地鐵領域，深圳地鐵9號線，蘭州地鐵1號線等已成功應用該技術，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埋滑槽。

傳統軌道機電設備支架固定工藝一般為化學植筋和膨脹螺栓，作業環境差、施工效率低、使用壽命短，尤其現場打孔損傷隧道結構，降低結構完整性，影響結構安全；而預埋滑槽技術有效解決了傳統工藝中存在的問題，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劃九線一環的惟一環線，貫穿4個中心城區，輻射4個經濟新區，堪稱黑龍江省內在建規模最大、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，共設車站30座，均為地下車站；包含31個區間，其中礦山法施工區間10個，盾構法施工區間21個，在安通街設置車輛基地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埋滑槽技術，這將是哈爾濱市軌道交通領域第一次引入、設計和應用該項新技術。

2 預埋滑槽對管片的影響

湖南某大學利用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力計算、隧道管片未開槽處混凝土應力計算、隧道管片鋼筋應力計算。根據有限元仿真模擬，在驗算荷載作用下，通過計算復核，在管片上按設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，通過試驗發現，盾構片混凝土塊脫落是影響預埋滑槽固定的主要原因[6]。

本文應用模擬軟件MIDAS/GTS，利用圖形化用戶界面來建立結構實體對象模型，通過先進的有限元模型和自定義標準規范接口技術來進行結構設計，實現精確的技術分析[7]。另外建立單個管片三維模型，數值分析過程中對整體結構施加重力，然后根據實際荷載進行加載，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，結構受力符合設計要求。

3 預埋滑槽技術的優點及應用必要性

3.1 預埋滑槽與傳統施工工藝對比

傳統后錨固技術施工不便、造價較高，而預埋滑槽使用T型螺栓連接，代替了傳統化學錨栓或膨脹螺栓，方便施工；而且滑槽局部可以拆除，不損壞隧道混凝土管片，提高了結構壽命，且其本身具有超強抗腐蝕性，可以延長地鐵隧道壽命；另外，使用預埋滑槽后避免了施工打孔，不會對結構造成損傷，改善了作業環境，提高了工作效率；預埋滑槽可以實現工廠化預制，方便材料制作；滑槽本身的線狀結構代替了傳統的錨栓點狀結構，提高了支架可調性[10]。由此可見，預埋滑槽技術相比傳統施工有很大優勢。

3.2 哈爾濱地鐵運用預埋滑槽技術的必要性

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

圖1 傳統施工工藝

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

圖2 預埋滑槽施工

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

4 哈爾濱地鐵預埋滑槽設計及技術標準

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

圖3 預埋滑槽

4.1 預埋滑槽設計原則

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

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

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

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

(5)預埋滑槽應滿足結構受力、耐腐蝕、防火等相關要求。

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

4.2 預埋滑槽設置

盾構內徑2 700 mm，壁厚300 mm，分6塊，楔形量48 mm，環寬1.2 m，坐直右錯縫拼裝。滑槽最低部位為軌面下350 mm。管片內預埋滑槽見圖4。

圖4 管片內預埋滑槽

預埋滑槽斷面細部尺寸、錨釘長度、定位固定可根據實際廠家產品情況適當調整，但需經設計單位認可。預埋滑槽細部見圖5，配套螺栓見圖6。

圖5 預埋滑槽細部

圖6 預埋滑槽配套螺栓

4.3 預埋滑槽技術參數

(1)地鐵預埋滑槽產品的設計、生產制造及驗收應參照《電氣化鐵路接觸網隧道內預埋槽道》(TB/T 3329—2013)及其他國家、行業規范執行。

(2)預埋滑槽要求一根型鋼熱軋成型，鋼材材質采用Q345鋼，質量應符合現行國家標準《碳素結構鋼》(GB/T 700—2006)或《低合金高強度結構鋼》(GB/T 1591—2008)的規定；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，則其力學性能、承載力、耐久性、耐火性等需滿足Q345鋼相關要求，并經相關部門認證后方可采用。

(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)預埋滑槽與配套連接T型螺栓應具備連接齒牙構造，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)與預埋滑槽配套的T型螺栓采用8.8級螺栓。

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

(8)滑槽預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。當滑槽預埋在混凝土中處于工作狀態時疲勞200萬次，其錨固力荷載下降不大于5%，滿足《電氣化鐵路接觸網零部件技術條件》(TB/T 2073—2010)、《電氣化鐵路接觸網零部件試驗方法》(TB/T 2074—2010)要求。

(9)預埋滑槽與構件采用專用配套T型螺栓連接，T型螺栓需具備專業認證報告。預埋槽道與T型螺栓按照要求進行緊固力矩檢驗，螺栓與螺母不得發生歪斜、破損、咬死等破壞現象，螺栓的預緊力不得對槽道產生破壞。

(10)預埋滑槽需具備國內專業權威機構認證的承載力及抗疲勞測試報告。

(11)預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，涂層應完好。

(14)預埋滑槽須具備有資質的質檢部門出具的耐火時效測試報告，其耐火性能應滿足《建筑設計防火規范》(GB/T 50016—2014)，在火燒的環境下(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，絕緣電阻應不小于0.5 MΩ。

5 預埋滑槽施工要求

(1)預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滿足承載力要求，錨筋與管片中鋼筋不應電氣連接，滿足防迷流要求。

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

(3)預埋滑槽在管片中的位置應避開管片中心的螺栓手孔，槽道中心線與盾構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)預埋滑槽應具有一定的耐堿性，不與混凝土產生任何化學反應；預埋滑槽中填充物不應具有腐蝕性，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)槽道預埋前應詳細檢查，發現表面處理層脫離或有裂紋、形狀變異等情況，應及時更換。

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

6 預埋滑槽檢驗要求

(1)槽道及T型螺栓應由制造廠的技術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《電氣化鐵路接觸網隧道內預埋槽道》(TB/T 3329—2013)的規定進行，技術標準應滿足設計要求。

(3)槽道及配套零件應按相應的產品標準逐件進行外觀檢查，其余檢驗項目應按2 000 m一批進行檢驗(不足2 000 m按一批檢驗)。

(4)提供由權威檢測機構出具的管片預埋滑槽的型式檢驗報告，或提供由產品使用單位委托權威檢測機構出具的管片預埋滑槽的抽檢報告，或權威檢測機構對管片預埋滑槽生產線上產品出具的抽檢報告。上述檢驗報告或抽檢報告須具有CMA認證。檢驗內容至少涵蓋槽道力學性能報告、槽道的疲勞性能報告、原材料的材質報告、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)預埋滑槽檢驗項目見表1。

表1 檢驗項目及檢驗方法

7 結 語

預埋滑槽技術在國內軌道交通中的應用剛剛開始，雖然尚無具體的設計規范和技術標準可循，但其成功的實施案例已經證明此項技術的可實施性很高。根據蘭州地鐵1號線盾構管片預埋滑槽的設計原則，通過現場安裝及成品檢測，預埋滑槽順利通過承載力、抗疲勞、防腐、抗拉拔等試驗測試，測試結果均能滿足設計要求。預埋滑槽在蘭州地鐵的成功應用也為其在哈爾濱軌道交通工程中的推廣應用提供了樣板。

另外，本文從預埋滑槽的產品設計、技術參數、試驗檢測、現場施工等方面詳細論述了其技術可行性，為哈爾濱地鐵采用預埋滑槽技術提供了技術層面的參考。鑒于哈爾濱地鐵首次采用此項技術，應注意預埋滑槽產品須滿足防腐、絕緣、耐火及承載力等設計要求，并根據設計要求提供有資質的質檢部門的檢測報告；在工程施工過程中，必須對預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量控制和現場檢測。預埋滑槽在哈爾濱地鐵的應用將會大大方便機電管線施工，提高工作效率。

[1] 馬金芳，于 龍.我國地鐵接觸網檢測現狀及發展趨勢[J].都市快軌交通,2013,26(2)：26-29.

[2] 曾 斌.管片預埋滑槽在深圳地鐵9號線的應用[J].都市快軌交通,2015，28(1)：114-116.

[3] 曾東洋，何 川.地鐵盾構隧道管片接頭抗彎剛度的數值計算[J].西南交通大學學報，2004，39(6)：744-748.

[4] 羅積騰.某幕墻工程施工過程質量控制[J].施工技術，2012(4)：54-55.

[5] 李宇杰，何 平，秦東平.地鐵盾構隧道管片受力分析[J].土木工程學報，2011，44(S2)：131-134.

[6] 陳曉燕.地鐵盾構區間上方深基坑開挖對隧道的影響分析[J].都市快軌交通，2013，26(2)：84-87.

[7] 李曙光，馮小玲，方理剛.盾構法地鐵隧道施工數值模擬[J].鐵道標準設計，2009(3)：86-87.

[8] 斐利華.盾構隧道管片結構設計研究[J].鐵道標準設計，2009(12)：86-91.

[9] 姚超凡，晏啟祥，何 川，等.盾構隧道內力分析方法的對比研究[J].鐵道標準設計，2013(12)：95-100.

[10] 萬戰勝，夏永旭，韓瑞昌.化學錨栓的高溫力學性能試驗.[J].長安大學學報:自然科學版，2010，30(1)：63-66.

[11] 馬曉波.盾構管片預埋滑槽技術在蘭州地鐵中的應用[J].鐵道標準設計,2016(3)：101-111.

[12] 張澤萌.地鐵雜散電流防護措施的研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[13] 鄧劍榮,丁先立.預埋滑槽技術在城市軌道交通工程中的應用[J].城市軌道交通，2016，19(8)：90-93.

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。

[責任編輯:王玉玲]