管片預埋滑槽在深圳地鐵9號線的應用

曾　斌

(深圳市地鐵三號線運營分公司　廣東深圳　518172)

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管片預埋滑槽在深圳地鐵9號線的應用

曾斌

(深圳市地鐵三號線運營分公司廣東深圳518172)

管片預埋滑槽作為一項新型技術，在深圳市地鐵9號線全線引入和應用，替代傳統預埋工藝，為盾構區間隧道內設備及管線提供安裝基礎。介紹管片預埋滑槽技術的優點和特性，利用Abaqus 6.10程序仿真驗證盾構管片滿足載荷要求。在動態與靜態兩種工況下，對剛性懸掛接觸網、疏散平臺及管道等載荷進行受力分析，得出預埋滑槽滿足其受力要求；計算預埋滑槽和T型螺栓的承載力，證實預埋滑槽滿足安裝受力要求。

預埋滑槽；盾構；承載力；深圳地鐵9號線

1　預埋滑槽的應用

深圳市地鐵9號線(簡稱“深9線”)是深圳市在建的城市軌道交通三期工程之一，穿越深圳市羅湖、福田、南山3個中心區域，全線設有22座地下車站，線路長約25.38 km，計劃在2016年底開通試運營。深9線西延線已完成工可研，該段均在南山區，設有10座車站，線路長約10.8 km。深9線全線引入預埋滑槽技術，這在中國城市軌道交通領域內是第一次引入、設計和應用該項新技術。

預埋滑槽也稱哈芬卡軌或哈芬槽，其解決方案發源于德國，距今有100年的歷史。最初廣泛應用于歐洲各國，例如德國、比利時、盧森堡、意大利、瑞 士、荷蘭以及奧地利等國的隧道，由于預埋滑槽具 有非常高的防腐能力、優秀的動載荷能力、安裝與維修方便、高質量、高可靠性等特點，產品在歐美等發達國家的各項隧道工程中得到良好應用，只要是鐵路隧道需要安裝接觸網，都會考慮安裝預埋滑槽。哈芬熱軋槽鋼產品也被推廣到亞洲各地，如韓國的首爾—釜山鐵路隧道、新加坡的地鐵環線、中國臺灣的臺北—高雄高速鐵路線以及香港的雙行車隧道—高速公路5號線。目前，哈芬產品在中國大陸也已經被廣泛應用到道路隧道的建設，如石家莊—太原、鄭州—西安、武漢—廣州、合肥—武漢、哈爾濱—大連，特別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[1-2]。

2　管片預埋滑槽的優點和特性

圖1　設備及管線安裝實際效果

管片預埋滑槽可作為安裝區間隧道內的所有設備及管線的安裝基礎，如圖1所示。其應用優勢主要有以下幾點：1)避免在盾構管片上鉆孔，保存了其結構的完整性，不損壞鋼筋；2)火災高溫時承載變化小，耐火等級高，可用于具有防火要求的構件內；3)可在混凝土受壓區和受拉區使用；4)整體受力，不是單點受力，且受力均勻，可承受動態的疲勞載荷；5)安裝工具和安裝工藝簡單，安裝固定螺栓及螺母統一，易于標 準 流 程化作業；6)可保證隧道內設備的安裝精度，環向調整方便。

管片預埋滑槽在設計時，專門對其抗疲勞特性、抗拉力特性、抗腐蝕特性、抗沖擊特性及耐火特性提出了具體要求。

3　管片預埋滑槽對盾構管片的影響

應用于深9線的預埋式槽道間距1.5 m，在澆筑盾構管片成品前，已提前預埋，如圖2所示。

圖2　盾構管片中的預埋滑槽

湖南某大學利用Abaqus 6.10有限元計算程序，采用非線性計算方法，對深9線梅景站—下梅林盾構區間管片進行仿真模擬分析[3-5]。計算內容主要包括以下幾項：受荷載狀態下隧道管片變形計算；隧道管片開槽處混凝土應力計算以及裂縫寬度復核；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。

根據對有限元仿真模擬，在驗算荷載作用下，通過對深9線梅景站—下梅林區間隧道開槽管片進行計算復核，在管片上如設計資料形式進行開槽，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。

4　預埋滑槽的承載力分析

4.1剛性懸掛接觸網受力分析

在安裝接觸網及運行時，預埋滑槽處所受到的靜態力和動態力兩種力，主要為接觸網壓力、受電弓與接觸網的滑動摩擦力和振動荷載。

在接觸網靜態工作狀態下，滑槽壁受到2種壓力，即沿管片徑向的壓力和沿滑槽面切線方向的壓力。按照接觸網安裝設計核算，接觸網自重單點約為5 kN，小于設計荷載11.2 kN，滿足接觸網安裝受力要求。

在接觸網動態工作狀態下，受電弓與接觸網工作時，接觸網會發生彈性振動產生振動荷載，滑槽壁會受到多個存在于各個方向上的壓力。依據深圳地鐵二期工程經驗，列車對受電弓的振動荷載約為(120±20)N，振動合力為(5 120±20)N，小于設計荷載11.2 kN，滿足接觸網安裝受力要求。

滑槽壁還會受到受電弓與接觸網滑動時的滑動摩擦力作用，方向為平行于線路方向。按設計給出的弓網振動荷載，即使全部作用在平行于線路方向(即滑動摩擦力最大)，由于fmax=140 N，小于設計荷載11.2 kN，故預埋滑槽在接觸網動態狀態下亦滿足受力要求。

4.2疏散平臺、管道等荷載受力分析

按深9線槽道間距1.5 m計算，槽道任何方向的額定拉力為11.2 kN，即預埋滑槽最大荷載至少為11.2/1.5=7.47 kN/m，額定承受質量約為762 kg/m。

對深圳地鐵進行水平環堆載試驗，區間疏散平臺堆積重物至350 kg/m2，管道增重至200 kg/m，35 kV鎧裝電纜為22.55 kg/m，均小于預埋滑槽762 kg/m的承載能力。因此從設計角度而言，預埋滑槽滿足區間疏散平臺、各類管道及電纜敷設的受力要求。

5　固定配套螺栓要求

固定螺栓為T型螺栓，采用Q235A鋼材。

1) 固定螺栓的抗疲勞性與剛性。每個連接螺栓的位置沿管片徑向拉壓承載力不小于10 kN，沿管片切向承載力不小于8 kN。預埋滑槽及連接螺栓必須滿足一定的剛性要求，在拉、壓承載力作用下，其變形要求不超過1.0 mm，在切向荷載作用下變形也不超過1.0 mm。

2) 固定螺栓的耐火性能。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，在90 min耐候時間下，單點承載拉力1.8 kN。

圖3　齒牙構造防滑措施

3) 固定螺栓的防滑性能。一是預埋滑槽與配套連接T型螺栓具有齒牙構造，確保機械咬合性能，縱向傳遞荷載，防止力點滑移，見圖3。二是墊片采用雙碟鎖緊墊片，其獨特墊圈的內側斜齒面傾斜角度α大于螺栓螺紋傾斜角度β。裝配時內側斜齒面是相對的，墊圈外側放射狀的凸紋面的摩擦系數要比內側斜齒面的摩擦系數大，且與兩端接觸面成咬合狀態。當連接件受到振動，并使螺栓發生松動趨勢時，僅僅允許兩片墊圈內側斜齒間相對錯動，產生抬升張力。獨特的齒牙系統利用張力在緊固的連接處產生一個很高的抵抗力來經受振動力，從而達到100%的防松效果。

4) 固定螺栓承受荷載分析。剛性懸掛接觸網無論是在靜態工作狀態還是動態工作狀態下，其壓力合力、振動合力、水平摩擦力均小于8 kN。單根固定螺栓承受荷載為8/1.5=5.33 kN/m，額定承受質量約為543 kg/m。根據本文4.2節的水平環堆載試驗驗證，固定螺栓完全滿足承受荷載要求。

6　運營中可能面臨的問題

1) 當在預埋滑槽內安裝了設備或管線后，其中的填充物會被大面積去掉，遇有交叉施工或長時間運營后，易出現預埋滑槽被灰塵、水泥漿及其他雜物污染或固化，損壞連接齒牙構造，削弱其防滑能力，甚至可能失去安裝功效。

2) 預埋滑槽局部由于設備、管線及其他原因，需要經常拆換固定T型螺栓，導致連接齒牙損壞，削弱安裝穩定性，甚至可能失去安裝功效，出現杠桿效應，引發相鄰預埋滑槽損壞的多骨米諾連鎖反應。

3) 盾構管片混凝土塊脫落，影響預埋滑槽的固定[6]。

4) 預埋滑槽的錨筋與盾構管片的鋼筋可能存在違反設計不得連接的要求，長期運營則不可避免地受到來自雜散電流的電腐蝕作用[7]。

5) 隧道結構及設備管線自身的熱脹冷縮，對預埋滑槽及配套連接螺栓的承受荷載能力的影響，導致預埋滑槽受損，嚴重時可導致其安裝功能失效。

6) 緊急疏散時，逃生人員的擁擠跑動對預埋滑槽造成的沖擊力遠大于本身重力，對預埋滑槽的承載力是否滿足設計受力要求存在不可預知的風險。

7　結語

鑒于深9線全線采納的預埋滑槽在國內城市軌道交通領域內是首次引入和應用的新型技術，在預埋滑槽的質量、施工、驗收和運營維護方面沒有現成的經驗借鑒和比較，筆者通過對預埋滑槽及其固 定 螺 栓 的 特性進行詳細剖析后，提出以下建議。

1) 根據中國廣播網和重慶日報所報道的滬昆高鐵預埋滑槽質量問題，需引起高度重視。預埋滑槽及其固定T型螺栓必須嚴格按照設計規定的要求，提供完整的防腐測試、耐火測試、疲勞測試、拉 力 測 試 等 第三方鑒定報告。

2) 工程建設施工過程中，必須對預埋滑槽道采取有效的保護措施，不得破壞預埋滑槽的保護填充物。建議設計單位考慮設計拔插方便的槽道保護套，不僅有利于在工程建設階段對預埋滑槽道進行有效保護，也有利于在線路投入運營后對預埋滑槽道進行有效保護。

3) 要求盾構管片生產商或監理提供完整的預埋滑槽道隱蔽工程記錄，確保完全滿足設計提出的避免迷流電腐蝕的要求。

4) 統一對預埋滑槽進行編號，并增設編碼牌。編碼牌的安裝高度既要方便維修人員查看，又不影響司機行車，編碼牌的材質要滿足安裝環境的防腐和耐用要求。這將有利于日后運營管理者對預埋滑槽及安裝的設備和管線進行維護和管理。

[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] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[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(52)：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] 李威.地鐵雜散電流腐蝕監測及防護技術[M].北京：中國礦業大學出版社，2004.

(編輯：王艷菊)

Application and Analysis of Pre buried Groove in Shenzhen Metro Line 9

Zeng Bin

(Shenzhen Metro No.3 Operating Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518172)

Pre-buried groove is a new technology. It was introduced and applied to Shenzhen Metro Line 9 replacing traditional embedded technology. It served as the installation base for devices and pipelines in the tunnel of metro lines. The characteristics and advantages of the technology were introduced. The pre-buried groove influencing on shield segments was simulated and analyzed by Abaqus 6.10 program. The simulation results proved the bearing capacity of pre-buried groove and fixed bolt under dynamic and static working conditions. The stress analysis of rigid suspension catenary evacuation platform and pipes were carried out, the results showed that pre-buried groove could satisfy the force requirements. The load capacity of pre-buried groove and T bolt bearing capacity were calculated. It is verified that pre-buried groove satisfies the requirement of installation stress.

pre-buried; groove; characteristics; shield; bearing capacity; Shenzhen Metro Line 9

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.01.026

2014-09-03

2014-09-19

曾斌，男，碩士，工程師，從事電氣工程及自動化研究，404752811@qq.com

U457

A

1672-6073(2015)01-0114-03