孫 希 波

(北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068)

1 概述

傳統(tǒng)的地鐵盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)部設(shè)施安裝過程中，需要在盾構(gòu)管片上進(jìn)行打孔、植筋，而后安裝設(shè)備支架。此種做法不僅對管片結(jié)構(gòu)帶來一定傷害，而且在隧道內(nèi)進(jìn)行人工鉆孔效率低下、施工環(huán)境惡劣，影響工人的健康和安全。

國外預(yù)埋槽道技術(shù)的應(yīng)用起始于20世紀(jì)30年代初，國際比較流行的有德國生產(chǎn)的哈芬槽道，目前已廣泛應(yīng)用于高鐵隧道、橋梁、市政隧道與電力隧道、預(yù)裝式地鐵車站、建筑幕墻等領(lǐng)域，近些年我國高鐵工程也已引進(jìn)預(yù)埋槽道技術(shù)并成功應(yīng)用于京滬、武廣、鄭西等高鐵接觸網(wǎng)工程上[1]。國內(nèi)地鐵盾構(gòu)管片預(yù)埋槽道于2013年在深圳地鐵9號線開始試驗(yàn)使用，拉開了地鐵盾構(gòu)管片預(yù)埋槽道應(yīng)用的序幕[2]；2014年蘭州地鐵1號線一期工程全線采用盾構(gòu)管片預(yù)埋槽道技術(shù)，國內(nèi)眾多城市軌道交通工程躍躍欲試。2015年初在8號線3期六營門站—五福堂站區(qū)間48環(huán)管片進(jìn)行了預(yù)埋槽道產(chǎn)品的試驗(yàn)[3]。

2 預(yù)埋槽道介紹

預(yù)埋槽道是便于安裝且可調(diào)節(jié)的理想固定件，該預(yù)埋件使用T型螺栓或帶齒螺栓及相配的螺母、墊圈，可以用來固定任何結(jié)構(gòu)部件。

它是由一條C形槽鋼和至少兩個(gè)布置在槽鋼背面的錨釘組成，具有熱浸鍍鋅和不銹鋼材質(zhì)，槽鋼內(nèi)使用泡沫填充物或條形填充材物能夠防止混凝土進(jìn)入槽鋼內(nèi)(如圖1所示)。槽道預(yù)埋在混凝土中，表面與混凝土平齊。槽道有多種型號，它有一個(gè)防松動(dòng)的設(shè)計(jì)，將專用T型螺栓配合使用，既緊固方便，還可任意調(diào)節(jié)，是許多大型工程項(xiàng)目如鐵路隧道、橋梁、機(jī)場等的首選緊固件。

3 預(yù)埋槽道技術(shù)的優(yōu)勢

1)混凝土預(yù)制件全部標(biāo)準(zhǔn)化，便于現(xiàn)場管理；

2)不存在破壞鋼筋，損壞結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)；

3)無需鉆孔，后期安裝速度極快，節(jié)約工期；

4)整體結(jié)構(gòu)完整；

5)后期營運(yùn)維護(hù)方便、成本低；

6)受力模式相比于錨栓更為可靠；

7)安裝效果不受工人施工技術(shù)和態(tài)度影響；

8)安裝位置可以調(diào)整；可隨意新增設(shè)備[5,6]。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

打孔方式以膨脹螺栓為例，膨脹螺栓單價(jià)28元～30元，每延米所需數(shù)量為25個(gè)，則每米造價(jià)為700元～750元，打孔2人每天打30個(gè)孔，每千米需求孔數(shù)為25 000個(gè)，每人每天200元，則每米造價(jià)為333.4元，人工清孔、試孔及安裝費(fèi)用每千米約為10萬元，由于打孔造成管片破裂或破裂等費(fèi)用每千米約為20萬元，總體計(jì)算每千米造價(jià)為133.34萬元～138.34萬元(不含支架的費(fèi)用)，但受到安裝質(zhì)量、環(huán)境腐蝕的影響，需要經(jīng)常維護(hù)，為達(dá)到100年的工程壽命，傳統(tǒng)方法的總體花費(fèi)將高達(dá)單線每千米400萬元以上。

而使用預(yù)埋槽道雖然在前期每千米單線區(qū)間隧道的投入約需180萬元～260萬元，但是后期維護(hù)費(fèi)用少。兩者具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析詳見表1。

表1 預(yù)埋槽道與傳統(tǒng)打孔技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

5 預(yù)埋槽道設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 荷載

城市軌道交通工程是一個(gè)多專業(yè)的系統(tǒng)工程，區(qū)間的管線錯(cuò)綜錯(cuò)雜，主要設(shè)備有FAS，BAS，動(dòng)照，供電，通信，信號，疏散平臺，消防水管等，區(qū)間主要設(shè)備荷載如下所示。

1)FAS，BAS專業(yè)。

每層托架：6.831 kg/m，每層管線：6.78 kg/m，按兩層算：(6.831+6.78)×2=27.22 kg/m，每1.2 m重量：27.222×1.2=32.66 kg。

2)動(dòng)照專業(yè)。

a.區(qū)間橋架：每0.8 m重量200 kg，一共兩層；

b.區(qū)間照明箱、應(yīng)急照明箱：10 kg一面；

c.射流風(fēng)機(jī)、消防閥雙切箱：50 kg一面。

每1.2 m重量：1.2×(200+10+50)×2=624 kg。

3)供電專業(yè)。

每層托架及管線：135 kg/0.8 m，供電的電纜支架要求0.8 m一個(gè)，每1.2 m重量：1.2×135/0.8=202.5 kg。

4)通信專業(yè)。

通信專業(yè)各類荷載最大值40 kg/m。

5)疏散平臺：疏散平臺寬度1 m。a.5 kPa均布人群荷載；b.±3.5 kPa活塞風(fēng)荷載。

6)排水專業(yè)：消防水管道重量41.7 kg/m。

5.2 錨桿驗(yàn)算

根據(jù)槽道廠家提供的技術(shù)指標(biāo)，預(yù)埋槽廠家提供預(yù)埋槽錨栓各項(xiàng)設(shè)計(jì)值：1)錨桿錨固力15 kN。錨桿設(shè)計(jì)值。2)切向承載力為6 kN。計(jì)算工況，兩個(gè)錨栓間為一個(gè)安裝螺栓。

經(jīng)過對區(qū)間各專業(yè)荷載進(jìn)行對比，在區(qū)間隧道中疏散平臺荷載最大，其余荷載均較小，因此以下僅針對疏散平臺支架進(jìn)行驗(yàn)算，其計(jì)算簡圖詳見圖2。

螺栓間距大于錨栓最大間距190 mm，兩個(gè)錨栓間為一個(gè)螺栓，其最不利情況即荷載全部由一個(gè)錨栓承擔(dān)。

拉拔力：F1=F2=1.4×5×1×1.2×0.5/0.463=9.07 kN<15 kN，滿足要求。

每個(gè)錨栓承受剪力：V=1.4×5×1×1.2/3/cos26=3.1 kN<6 kN，滿足要求。

5.3 數(shù)值計(jì)算

為了精確計(jì)算每個(gè)錨栓的受力，采用數(shù)值計(jì)算軟件midasV7.2

對錨栓進(jìn)行驗(yàn)算，荷載采用2種：

1)人群荷載正壓5 kPa；

2)風(fēng)壓-3.5 kPa[8]。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果圖3及圖4，人群荷載作用下為控制工況。

1)錨栓軸力。

8.1/cos26=9.01 kN<15 kN，滿足要求。

2)錨栓剪力。

5.8×cos26-8.1×sin26=1.66 kN<6 kN，滿足要求。

6 結(jié)論和建議

1)結(jié)構(gòu)受力方面，根據(jù)本文中簡化計(jì)算及數(shù)值計(jì)算，所選用的錨栓型號及數(shù)量滿足受力要求，是安全的；

2)經(jīng)濟(jì)效益方面，7號線東延共9個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，其中7個(gè)區(qū)間采用了預(yù)埋槽道技術(shù)，雙線長度21 507 m，根據(jù)文中的分析，可以節(jié)約資金：21.5×(400-(180+260)/2)=3 870萬元；

3)工期方面，在不考慮各專業(yè)交叉的情況下，預(yù)埋槽道是人工打孔的3.4倍；

4)預(yù)埋槽道技術(shù)避免了人工打孔產(chǎn)生大量粉塵及噪聲，是一種綠色環(huán)保的生產(chǎn)方式。