地鐵疏散平臺(tái)材料選型研究

王 敏

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

1 疏散平臺(tái)材料及特性對(duì)比

1.1 疏散平臺(tái)材料

（1）混凝土材料，采用鋼筋和混凝土預(yù)制而成。

（2）SP 空心板（SP 預(yù)應(yīng)力空心板），是美國(guó)SPANCRETE 公司的專利產(chǎn)品，采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40～C45 的零塌落度細(xì)石混凝土和1×7 標(biāo)準(zhǔn)型低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，利用美國(guó) SPANCRETE 機(jī)械制造公司創(chuàng)制的SPANCRETE 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板生產(chǎn)設(shè)備沖搗擠壓成型而成，僅作為平臺(tái)板使用。

（3）鋼材，采用 Q235 碳素鋼，僅作為支架使用。

（4）復(fù)合材料，是以酚醛樹(shù)脂為基體材料、玻璃纖維無(wú)捻粗紗為增強(qiáng)材料，采用特殊工藝制成的樹(shù)脂基復(fù)合材料。

（5）水泥基材料，是指與普通混凝土相比，增加水泥用量，減小粗骨料石子粒徑，摻入部分增韌纖維，材料強(qiáng)度更高、性能更好。

（6）RPC 材料（Reactive Powder Concrete），是一種高強(qiáng)、高性能的混凝土，由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被稱為活性粉末混凝土。它在水泥基混凝土的基礎(chǔ)上，將粗骨料取消，改用細(xì)骨料（直徑 1 mm 左右的石英砂），加入了更多的高活性粉末（如硅灰、礦粉等），摻入了鋼纖維，并通過(guò)蒸養(yǎng)使活性粉末的活性成分得以發(fā)揮，使得混凝土的強(qiáng)度更高、耐久性更好。

1.2 疏散平臺(tái)材料特性對(duì)比

圖1 給出了 6 種疏散平臺(tái)材料在自重、施工進(jìn)度、工程造價(jià)、耐久性、耐火性、后期維護(hù)難度及維護(hù)量方面的遞進(jìn)關(guān)系。由圖 1 可以看出，預(yù)制混凝土和 SP 空心板耐久性、耐火性好，造價(jià)低，后期維護(hù)量小，但自重大、施工工期長(zhǎng)、后期維護(hù)困難；鋼材和復(fù)合材料重量輕、施工速度快、后期維護(hù)簡(jiǎn)單，但耐久性、耐火性差、造價(jià)較高，其中鋼材后期維護(hù)量較大；水泥基材料和 RPC 材料耐久性、耐火性好，后期維護(hù)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小，且重量、施工速度及造價(jià)均適中。

圖1 疏散平臺(tái)材料特性對(duì)比圖

2 疏散平臺(tái)材料應(yīng)用及對(duì)比分析

2.1 混凝土支墩（或型鋼支架）+ 混凝土平臺(tái)板（或 SP 空心板）

混凝土支墩+混凝土平臺(tái)板疏散平臺(tái)，混凝土的強(qiáng)度一般采用 C30，結(jié)合電纜支架間距模數(shù) 0.8 m 的要求，混凝土支墩縱向距離采用 0.8 m×3 = 2.4 m，平臺(tái)板厚為 0.1 m。平臺(tái)板可以采用實(shí)心板，也可采用預(yù)應(yīng)力空心板。成都地鐵1號(hào)線及南延線、2 號(hào)線，無(wú)錫和福州地鐵采用這種材料的疏散平臺(tái)。

這種疏散平臺(tái)由于混凝土板厚較厚、跨度較大，混凝土支墩受到的荷載較大，單獨(dú)靠混凝土支墩在隧道上的錨栓，很難有效地將混凝土支墩固定在隧道側(cè)壁上，故需要將混凝土支墩伸入道床范圍（圖 2a）。在鋼彈簧特殊減震道床地段，軌道的側(cè)邊有減震彈簧，混凝土支墩不能進(jìn)入道床范圍（圖 2b）。在軌道排水溝位于鋼軌外側(cè)地段，預(yù)制混凝土支墩會(huì)進(jìn)入排水溝范圍，影響排水溝排水且不利于混凝土支墩下部的穩(wěn)定，故不宜采用（圖 2c）。另外，混凝土支墩插入道床，道床需要二次澆注，工序麻煩且影響整體道床施工質(zhì)量；混凝土支墩及平臺(tái)板自重大，安裝設(shè)備需要占用隧道空間，影響軌道鋪設(shè)。

為了解決混凝土支墩不能進(jìn)入道床的問(wèn)題，部分地區(qū)通過(guò)采用型鋼支架代替混凝土支墩，平臺(tái)板仍采用混凝土平臺(tái)板（圖 3）。由于型鋼支架為純懸臂構(gòu)件，型鋼支架固定端受力較差，故一般采用跨度較小的混凝土平臺(tái)板（跨度 1.5 m、厚度 80 mm），型鋼支架一般采用 2 根槽鋼或 1 根 H 型鋼或 T 型鋼支架。T 型鋼支架需將鋼板現(xiàn)場(chǎng)分割焊接成型，工作量大且鋼材損耗大，實(shí)際發(fā)生的費(fèi)用較高，成都地鐵 3 號(hào)線一期工程采用此種類(lèi)型。

2.2 水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板

混凝土疏散平臺(tái)的應(yīng)用表明，其存在的問(wèn)題均由自重引起，而減小構(gòu)件自重需減小構(gòu)件尺寸，減小尺寸則需靠減小構(gòu)件受力并提高構(gòu)件強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)。水泥基疏散平臺(tái)通過(guò)工廠預(yù)制和養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度可達(dá) 60 MPa，減小平臺(tái)板跨度可有效減小平臺(tái)板及支墩受力。但在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，水泥基疏散平臺(tái)在承受動(dòng)荷載或較大震動(dòng)時(shí)容易掉塊或開(kāi)裂，開(kāi)裂后構(gòu)件強(qiáng)度損失較快。

圖2 疏散平臺(tái)混凝土支墩伸入道床影響示意圖（單位：mm）

圖3 型鋼支架+混凝土平臺(tái)板疏散平臺(tái)（單位：mm）

水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板疏散平臺(tái)支墩寬度一般為 120 mm，間距采用 1.2/1.5 m（匹配管片長(zhǎng)度），平臺(tái)板厚度 50 mm（圖 4）。成都地鐵2號(hào)線西延線、4 號(hào)線西延線，北京地鐵 6 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)、14 號(hào)、昌平線及 8 號(hào)線聯(lián)絡(luò)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

2.3 RPC 支墩 + RPC 平臺(tái)板

為克服水泥基材料的缺點(diǎn)，長(zhǎng)沙、天津、沈陽(yáng)等城市研究采用強(qiáng)度更高且加入鋼纖維的 RPC 疏散平臺(tái)，RPC 強(qiáng)度可達(dá) 130 MPa 以上。

RPC 支墩 +RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)支墩寬度一般采用120 mm，間距采用 1.2/1.5 m（匹配管片長(zhǎng)度），平臺(tái)板厚度 40 mm（圖 5）。成都地鐵 4 號(hào)線東延線、7 號(hào)線、10 號(hào)線一期工程，天津地鐵 5 號(hào)、6 號(hào)線，沈陽(yáng)地鐵 8 號(hào)、9 號(hào)線，長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)、2 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

高架區(qū)間疏散平臺(tái)由于水泥基或 RPC 支墩較重，疏散平臺(tái)也有采用型鋼支架+水泥基或 RPC 平臺(tái)板的方案，型鋼支架同時(shí)可以作為電纜支架的豎向支架（圖6）。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是橋梁上的平臺(tái)支架和電纜支架空間共用，缺點(diǎn)是 2 個(gè)專業(yè)的施工時(shí)間不同，相互協(xié)調(diào)量較大。深圳地鐵 3 號(hào)線、成都地鐵2號(hào)線東延線、北京地鐵 7 號(hào)線、廣州地鐵 4 號(hào)線、深圳地鐵 11 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

圖4 水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板疏散平臺(tái)（單位：mm）

2.4 復(fù)合材料支架+復(fù)合材料平臺(tái)板

樹(shù)脂基復(fù)合材料疏散平臺(tái)板一般長(zhǎng)度為 6 m，支架間距采用 1.2/1.5 m（匹配管片長(zhǎng)度），平臺(tái)板厚度 35～50 mm（圖 7）。廣州地鐵 3 號(hào)線北沿線、6 號(hào)線，成都地鐵 4 號(hào)線一期，貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

圖5 地下區(qū)段 RPC 支墩 + RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)

圖6 高架區(qū)段型鋼支架 +RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)

圖7 復(fù)合材料支架 + 復(fù)合材料平臺(tái)板疏散平臺(tái)

圖8 型鋼支架 + 樹(shù)脂基平臺(tái)板疏散平臺(tái)

為了將平臺(tái)板下空間盡量多給下部電纜支架，也可采用型鋼支架+樹(shù)脂基平臺(tái)板方案（圖 8）。此方案最大可能地照顧了電纜支架空間，利用了樹(shù)脂基復(fù)合材料平臺(tái)板重量輕、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也集合了兩者的耐久性、耐火性差且造價(jià)高的缺點(diǎn)。上海地鐵 12 號(hào)、13 號(hào)線，青島地鐵 3 號(hào)線、藍(lán)色硅谷線，昆明地鐵1號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

表1 疏散平臺(tái)材料應(yīng)用對(duì)比

2.5 對(duì)比分析

表1 從施工進(jìn)度、工程造價(jià)等方面給出了疏散平臺(tái)材料應(yīng)用組合綜合對(duì)比分析結(jié)果。從表 1 可以看出，復(fù)合材料或鋼支架+復(fù)合材料平臺(tái)板疏散平臺(tái)，在施工進(jìn)度方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，為混凝土疏散平臺(tái)的 10 倍，為 RPC 及水泥基疏散平臺(tái)的 5 倍；混凝土疏散平臺(tái)在造價(jià)方面優(yōu)勢(shì)明顯，造價(jià)僅為復(fù)合材料的 50%，RPC 的65%，水泥基的 68%。但無(wú)論哪一種材料，支架采用鋼支架后，造價(jià)都較高。

3 結(jié)論與建議

綜合以上疏散平臺(tái)材料特性及現(xiàn)狀應(yīng)用對(duì)比分析，得出以下結(jié)論。

（1）混凝土疏散平臺(tái)對(duì)浮置板道床區(qū)段及普通道床側(cè)水溝區(qū)段影響較大，不建議采用。

（2）SP 空心板需配合鋼支架使用，造價(jià)較高，不建議采用。

（3）鋼材由于耐火性和耐腐蝕性差，需要涂刷防火、防腐涂料，后期維護(hù)工作量大且造價(jià)較高，不建議采用。

（4）復(fù)合材料由于耐火性、耐久性差、造價(jià)高，材料中含有的玻璃纖維影響人員健康，不建議采用。但其作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)材料，加之具有施工速度塊的優(yōu)勢(shì)，若將來(lái)其耐久性和耐火性得到提高，亦可作為備選方案。

（5）水泥基和 RPC 材料耐久性、耐火性好，后期維護(hù)簡(jiǎn)單且維護(hù)量小，施工速度雖為預(yù)制混凝土的 2倍，但是避免了混凝土疏散平臺(tái)局部區(qū)段不能采用、影響道床施工質(zhì)量等問(wèn)題。雖價(jià)格是預(yù)制混凝土的 1.5倍，但隨著廠家的增加，價(jià)格逐年在降低。RPC 材料價(jià)格較水泥基材料高 5%，但其強(qiáng)度及動(dòng)荷載作用下的性能高于水泥基材料。經(jīng)綜合比較，推薦采用 RPC 材料。