城市軌道交通站臺軌行區(qū)玻璃罩棚研究與應(yīng)用

邵 兵 趙海平 萬兆遷 周世杰

1 工程概況

深圳市崗廈北城市綜合交通樞紐工程（以下簡稱“崗廈北樞紐”）位于深南大道與彩田路交叉口處，為地鐵2、10、11、14 號線四線換乘、市政過街、商業(yè)、常規(guī)公交接駁、出租及社會車輛接駁的綜合交通樞紐。共地下三層結(jié)構(gòu)，其中地下一層為四線換乘站廳層，地下二層為11、14 號線站臺層，地下三層為10 號線站臺層?？偨ㄖ娣e約23.5 萬m2。

崗廈北樞紐站廳層中央設(shè)計(jì)中庭共享空間，中庭共享空間從11、14 號線站臺層至站廳層結(jié)構(gòu)頂板底整體通高。為滿足站臺層軌行區(qū)接觸網(wǎng)、屏蔽門等設(shè)施的特殊工藝、防火與美觀等多方面要求，設(shè)計(jì)玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合。在滿足防火、安全等功能的同時保證建筑空間通透美觀。

2 工程重難點(diǎn)分析

2.1 防火性能要求高

根據(jù)本工程防火設(shè)計(jì)原則，地下二層11 號線、14 號線站臺軌行區(qū)玻璃罩棚位于本工程“中央防火分區(qū)”，執(zhí)行國家消防工程技術(shù)研究中心出具的本工程防火設(shè)計(jì)優(yōu)化研究報(bào)告，根據(jù)該報(bào)告，軌行區(qū)罩棚的整體耐火性應(yīng)達(dá)到1.5 h，C 類防火要求。

2.2 對抗風(fēng)壓、抗疲勞、抗震性能要求較高

軌行區(qū)玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合，形成類似隧道的封閉通行空間，承受地鐵列車運(yùn)行時產(chǎn)生的活塞風(fēng)荷載，根據(jù)玻璃罩棚所處環(huán)境，軌行區(qū)玻璃罩棚系統(tǒng)需滿足±2.0 kPa的風(fēng)壓和±1.25 kPa 的抗疲勞要求，同時滿足列車震動對玻璃要求。

2.3 防止玻璃及破碎狀態(tài)下墜落至軌行區(qū)

軌行區(qū)玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合，正下方行運(yùn)列車，對頻繁的正負(fù)風(fēng)載荷、震動及其他意外情況，保證玻璃及玻璃破碎后不墜落至軌行區(qū)，防止影響列車運(yùn)行。

2.4 軌行區(qū)作業(yè)條件復(fù)雜

玻璃罩棚為軌行區(qū)作業(yè)，施工交叉干擾多、作業(yè)單位多、空間受限，作業(yè)條件復(fù)雜，為保障建設(shè)期軌行區(qū)作業(yè)的安全，必須加強(qiáng) 管理，保證安全作業(yè)，提高施工效率。

3 主要研究成果

分析軌行區(qū)玻璃罩棚設(shè)計(jì)方案，參考國家標(biāo)準(zhǔn)及圖集，考察國內(nèi)類似工程，對材料、組成系統(tǒng)、安裝方式細(xì)化研究探討，邀請相關(guān)專家及有經(jīng)驗(yàn)的工程人士對其功能性提出施工技術(shù)指導(dǎo)與意見整合，委托具有資質(zhì)的研究院進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 玻璃性能

經(jīng)查詢相關(guān)規(guī)范、市場調(diào)研、多方案比選：第1，高硼硅玻璃具有耐火性能、高透光、耐腐蝕、可加工彎弧。第2，為提高強(qiáng)度及解決破碎玻璃的墜落，采用夾膠玻璃，并對玻璃膠片選擇，經(jīng)比選，SGP 膠片具有優(yōu)良的吸濕性低、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性、黏結(jié)力。根據(jù)防火玻璃性能要求，C 類1.5 h 防火玻璃罩配置：8 mm 高硼硅+1.52SGP+8 mm高硼硅（17.52 mm厚）。

3.2 框架系統(tǒng)

根據(jù)防火玻璃罩棚的抗風(fēng)壓、抗疲勞、抗震動性能要求，通過對防火玻璃罩棚框架系統(tǒng)研究，軌行區(qū)玻璃罩棚框架系統(tǒng)采用鋼制幕墻層壓結(jié)構(gòu)，由鋼龍骨、鋼制連接件、緊固件、阻燃減震膠條組成，針對各項(xiàng)性能要求，結(jié)合相關(guān)專家指導(dǎo)意見，將優(yōu)化后的系統(tǒng)制作試件，委托具有資質(zhì)的研究院進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2.1 龍骨選擇

因鋁合金框架是不耐火的，在鋁合金表面噴涂防火涂料也無法滿足防火要求，國外有個別國家的防火玻璃框架采用鋁合金型材，在鋁合金內(nèi)填充特殊物質(zhì)，但工藝復(fù)雜，成本高昂[1]。所以本玻璃框架采用熱鍍鋅鋼制框架且需冷彎處理成型。經(jīng)玻璃自重、風(fēng)荷載、活荷載、疲勞驗(yàn)算風(fēng)荷載、組合荷載進(jìn)行計(jì)算分析，鋼制框架龍骨選取截面為80 mm×60 mm×4 mm 鍍鋅龍骨+鋼制轉(zhuǎn)彎頭框架系統(tǒng)。

3.2.2 緊固系統(tǒng)組成

采用3 mm 厚鋼型材玻璃壓板配M6 系列防火系統(tǒng)緊固螺釘進(jìn)行玻璃固定，因考慮防火要求及頂面外觀裝飾效果，裝飾蓋板采用2 mm 厚鋁合金型材。為避免鋁合金裝飾蓋板及鋼制玻璃壓板之間產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，兩者連接處采用防腐橡膠墊片隔離，為保證玻璃壓板加裝飾蓋板寬度與玻璃底框架同寬，扣除鋁合金裝飾蓋及防腐墊片，玻璃壓板采用54 mm 寬U 型Q235B折彎件，確定玻璃壓板型材后，通過計(jì)算分析，各項(xiàng)性均滿足要求。

3.2.3 設(shè)置防火減震膠條

為解決頻繁的正負(fù)風(fēng)載荷對玻璃罩棚產(chǎn)生的震動影響，在玻璃與鋼框架之間設(shè)置鋼制轉(zhuǎn)換件及阻燃耐腐蝕、耐老化的減震阻燃膠條[2]。此減震阻燃膠條也設(shè)置在玻璃與玻璃壓板之間、玻璃四周邊緣，緩沖減震防止玻璃直接與玻璃壓板、玻璃與緊固螺栓直接接觸受力導(dǎo)致玻璃破損。

3.2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

將優(yōu)化后的玻璃罩棚系統(tǒng)制作試件并委托有資質(zhì)的研究院進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證內(nèi)容為：完好狀態(tài)下玻璃罩棚系統(tǒng)的抗靜風(fēng)壓性能、完好狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗交變風(fēng)壓性能、破損狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗交變風(fēng)壓性能、破損狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗風(fēng)壓性能、抗疲勞性能、玻璃熱應(yīng)力分析。經(jīng)驗(yàn)證，該玻璃罩棚系統(tǒng)各項(xiàng)性能均滿足要求。

3.3 軌行區(qū)作業(yè)施工措施

通過對現(xiàn)場工況分析，需在施工現(xiàn)場分別設(shè)置材料加工區(qū)、噴涂區(qū)，玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)在加工區(qū)進(jìn)行加工組裝并噴涂，縮短在軌行區(qū)上空焊接及噴涂作業(yè)時間，減少對軌行區(qū)鋼軌等成品的影響，保證龍骨組合精度及焊接質(zhì)量。

通過分析，地下空間場地受限，玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)整體加工完成后，因規(guī)格較大，存在搬運(yùn)過程中損壞，且無法采用吊車等機(jī)械設(shè)備吊裝，綜上所述，將玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)劃分成多個小單元，采用單元式骨架[3]進(jìn)行安裝，通過現(xiàn)場設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行提升安裝[4]。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程順序?yàn)椋簻y量放線—小單元鋼龍骨加工及預(yù)拼裝—小單元鋼龍骨吊運(yùn)安裝—防火玻璃安裝—防火封堵安裝—玻璃壓板安裝—壓板裝飾蓋安裝。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 測量放線

測量放線應(yīng)遵守以下4 個步驟：第1，根據(jù)軌面標(biāo)高測量出玻璃罩棚頂面完成面標(biāo)高，從而引測出鋼龍骨標(biāo)高；第2，根據(jù)玻璃罩棚與屏蔽門接口關(guān)系，由測量工程師和屏蔽門安裝單位根據(jù)軌道定位玻璃罩棚外邊緣線；第3，根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)尺寸及分格要求，測量出防火玻璃分割線并標(biāo)注在結(jié)構(gòu)上；第4，根據(jù)測量成果確定材料尺寸參數(shù)，為材料下單做準(zhǔn)備。

4.2.2 小單元鋼龍骨加工及預(yù)拼裝

1）小單元鋼龍骨體系設(shè)計(jì)。根據(jù)玻璃罩整體尺寸、造型特點(diǎn)及吊運(yùn)點(diǎn)場地情況，將整個玻璃罩鋼龍骨框架以兩跨為一個單元（單元截面尺寸為：2270 mm×9970 mm），單個小單元龍骨長度為4620 mm。小單元鋼龍骨框架含80 mm×60 mm×4 mm 鋼方管龍骨框架、鋼制轉(zhuǎn)換件及防火減震膠條。彎弧段鋼龍骨及彎弧段鋼制轉(zhuǎn)換件構(gòu)件由工廠根據(jù)定尺進(jìn)行加工送至現(xiàn)場加工區(qū)，其他直段龍骨現(xiàn)場定尺加工。

2）定尺預(yù)拼裝加工平臺深化設(shè)計(jì)及加工。小單元鋼龍骨框架由3 個橫截面龍骨及每個橫截面龍骨之間的連接龍骨組成。根據(jù)確定橫截面龍骨及連接龍骨的尺寸及滿焊變形等因素，對單元鋼龍骨體系深化設(shè)計(jì)定尺預(yù)拼裝加工平臺[5]。

3）根據(jù)小單元鋼龍骨體系龍骨型號及尺寸，將鋼材定尺下料切割。先將小單元橫截面龍骨通過限位拼裝工作臺進(jìn)行拼裝焊接，橫截面龍骨限位拼裝工作。將所有橫截面龍骨拼裝后再以3 個橫截面龍骨放置整體小單元組裝工作臺，整體小單元組裝工作臺。待橫截面龍骨臨時固定在工作臺后，再進(jìn)行整體拼裝焊接，整體拼裝焊接，焊接完成后在小單元底部安裝可拆卸式萬向輪。

4）通過現(xiàn)場所有鋼龍骨及轉(zhuǎn)換件焊接完成后，待焊口冷卻（龍骨受熱變形消除）復(fù)核幾何尺寸無誤后，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到指定堆場區(qū)域，進(jìn)行焊渣打磨并及時向監(jiān)理單位提出驗(yàn)收申請，在檢查驗(yàn)收后對焊接部位采用兩道防銹漆進(jìn)行防腐處理。

5）完成上述工藝后，將小單元框架轉(zhuǎn)移至噴涂區(qū)并將轉(zhuǎn)接件頂部做好覆蓋保護(hù)（非可視面，即安裝膠條及凹槽部位），完成成品保護(hù)后再進(jìn)行全龍骨噴涂。待漆面完全干透后撕掉保護(hù)膜安裝減震防火膠條。

4.2.3 小單元鋼龍骨吊運(yùn)安裝

小單元鋼龍骨吊運(yùn)安裝的步驟：第1，吊裝設(shè)備安裝。在玻璃罩棚兩側(cè)設(shè)置2 臺2.5 t 卷揚(yáng)機(jī)，通過兩側(cè)結(jié)構(gòu)柱體，在玻璃罩棚上空設(shè)置一根直徑Φ24 mm 36×7+FC 纖維芯鋼絲繩，上方安裝移動葫蘆，通過卷揚(yáng)機(jī)牽引吊裝。經(jīng)計(jì)算，滿足吊裝荷載要求。第2，小單元鋼龍骨安裝。將噴涂及鋼制轉(zhuǎn)換件安裝完成后的小單元框架運(yùn)至起吊點(diǎn)，通過吊運(yùn)裝置吊運(yùn)至安裝點(diǎn)后，先臨時點(diǎn)焊固定并核準(zhǔn)標(biāo)高。待所有小單元吊運(yùn)及臨時點(diǎn)焊固定完成后，再進(jìn)行水平及定位復(fù)測。復(fù)測無誤后將所有小單元與鋼結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行滿焊加固，并對所有連接點(diǎn)進(jìn)行焊渣打磨，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收后進(jìn)行防銹處理，待防銹漆干透后再對焊接部位進(jìn)行氟碳噴涂保證整體顏色一致。

4.2.4 防火玻璃安裝

罩面玻璃采用了8 mm 高硼硅+1.52SGP+8 mm 高硼硅防火夾膠玻璃，單塊玻璃的重量約為100 kg，當(dāng)防火玻璃到達(dá)施工現(xiàn)場后需要采用輪式叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至吊運(yùn)點(diǎn)。

水平段玻璃通過玻璃吸盤及吊運(yùn)裝置從起吊點(diǎn)至對側(cè)開始安裝防火玻璃。側(cè)面彎弧段玻璃，采用設(shè)置在站臺層的高空作業(yè)車輔助吊運(yùn)至安裝工作面。安裝順序?yàn)橄劝惭b水平防火玻璃，再安裝弧形段玻璃。相鄰2 塊水平防火玻璃安裝調(diào)平后，安裝臨時玻璃壓塊固定玻璃，壓塊與玻璃之間采用膠墊過渡，依次向邊緣方向安裝弧形防火玻璃。

在安裝弧形防火玻璃前，先在弧形段防火玻璃下邊緣及最下端安裝玻璃托塊，玻璃托塊能拖住玻璃且不能影響玻璃壓板安裝，玻璃托塊采用8 mm 厚鋼制托快，長度為100 mm，分別設(shè)置在玻璃長度1/4 處，每塊防火玻璃下邊緣兩端各一個且每塊玻璃托板上粘貼防火抗震膠條。完成弧形段玻璃后，安裝臨時玻璃壓塊固定。

4.2.5 防火封堵安裝

在站臺軌行區(qū)上方兩端混凝土垂板與主體鋼結(jié)構(gòu)之間采用防火板與防火巖棉組合進(jìn)行封堵。首先在混凝土垂板上鉆孔、清孔并植入M12 不銹鋼擴(kuò)底型錨栓，錨栓間距同防護(hù)玻璃分格。通過拉拔試驗(yàn)檢測后，即可安裝50 mm×50 mm×5 mm 等邊鍍鋅角鋼，靠近主體鋼結(jié)構(gòu)一側(cè)，采用同規(guī)格角鋼與主體鋼結(jié)構(gòu)焊接固定。角鋼作為防火封堵的龍骨，角鋼安裝完成后，先安裝下端防火板，再將防火巖棉密實(shí)填充，完成巖棉填充后上部再安裝防火板進(jìn)行封板。

4.2.6 玻璃壓板安裝

在玻璃壓板安裝前，先將防火玻璃及防火板四周粘貼4 mm 厚減震膠條，沿每塊防火玻璃及防火板四周全覆蓋粘貼。在所有防火玻璃及防火板減震膠條安裝完成后，開始安裝玻璃壓板。玻璃壓板采用3 mm 厚鋼制壓板且沿防火玻璃分隔縫通長設(shè)置，玻璃壓板須在兩塊防火玻璃之間采用M6緊固螺釘，間距300 mm 居中固定。

4.2.7 壓板裝飾蓋安裝

壓板裝飾蓋采用2 mm 厚表面氟碳噴涂鋁單板，安裝裝飾蓋時，下端同玻璃鋼壓板下端平齊，預(yù)留耐候密封膠位置。在裝飾蓋兩側(cè)通過M6 沉頭螺栓將裝飾蓋與鋼制玻璃壓板固定，螺栓間距300 mm。

5 結(jié)語

深圳市崗廈北綜合交通樞紐工程作為行業(yè)首例工程，經(jīng)對站臺軌行區(qū)玻璃罩棚的研究與應(yīng)用，解決軌行區(qū)防火玻璃罩棚的防火、抗疲勞、抗風(fēng)壓、防墜落、安裝等難題，降低了軌行區(qū)作業(yè)安全風(fēng)險，提高施工效率及施工質(zhì)量，保證視覺通透的效果。實(shí)現(xiàn)乘客在站廳層俯瞰列車進(jìn)出站過程，靜態(tài)車站與動態(tài)列車有機(jī)結(jié)合，站臺軌行區(qū)玻璃罩棚實(shí)景效果如圖1。

圖1 軌行區(qū)玻璃罩棚實(shí)景圖（來源：作者自攝）