軌道交通樞紐工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

萬(wàn)兆遷

摘要： 在軌道交通軌行區(qū)采用防火玻璃罩代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屬于非常規(guī)做法，以深圳市崗廈北綜合交通樞紐為例，闡述了面臨的重點(diǎn)、難點(diǎn)及指標(biāo)要求，對(duì)防火玻璃罩的構(gòu)造、小單元龍骨加工及預(yù)拼裝方面進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)特殊施工環(huán)境中的施工技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果證明，通過(guò)深化設(shè)計(jì)及施工技術(shù)，滿足軌行區(qū)防火玻璃罩構(gòu)造的各項(xiàng)性能指標(biāo)，切實(shí)保證了施工質(zhì)量的同時(shí)提高了施工效率。

關(guān)鍵詞： 防火玻璃罩 軌道交通樞紐工程 軌行區(qū) 深化設(shè)計(jì) 施工技術(shù)

中圖分類號(hào)： U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0158-03

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與城市化建設(shè)進(jìn)度大幅提升，軌道交通作為城市交通大動(dòng)脈承擔(dān)著重要的使命。關(guān)于軌道交通的國(guó)家政策扶持與規(guī)劃建設(shè)也在不斷落地，我國(guó)軌道交通里程也在不斷刷新。地鐵車站設(shè)計(jì)從最初僅滿足基本功能到目前的不僅具有新穎性和科技感，還注重環(huán)保節(jié)能及體現(xiàn)屬地文化底蘊(yùn)［1］，同時(shí)建筑材料的不斷創(chuàng)新也日漸滿足地鐵設(shè)計(jì)需求。

軌行區(qū)采用防火玻璃罩系統(tǒng)暫無(wú)參考先例，本文以深圳市崗廈北城市綜合交通樞紐為例。因本樞紐軌行區(qū)防火玻璃罩涉及三處，遂以樞紐中結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜的中央玻璃罩為例，對(duì)軌行區(qū)玻璃罩深化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)研究［2］。

1 玻璃罩棚主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

中央玻璃罩棚鋼結(jié)構(gòu)位于14 號(hào)線左右線正上方，東西向長(zhǎng)36.58 m，南北向投影長(zhǎng)9.7 m。罩棚鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)混凝土柱與車站中板縱梁連接，主梁采用H（400-500-400） mm×300 mm×14 mm×24 mm變截面圓弧H型鋼梁，次梁采用HN250 mm×125 mm×6 mm×9 mm及HN250 mm×125m m×6 mm×9 mm，構(gòu)件之間為栓焊連接。

2 防火玻璃罩系統(tǒng)深化與施工面臨的重難點(diǎn)

2.1 防火玻璃罩系統(tǒng)抗風(fēng)壓、抗疲勞性能

因玻璃罩棚與屏蔽門一起形成類似隧道的封閉軌行空間，要滿足列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的±2.0 kPa 靜風(fēng)壓及±1.25 kPa 的交變風(fēng)壓要求［3］，抗疲勞按120 萬(wàn)次進(jìn)行考慮。

2.2 防火玻璃罩系統(tǒng)抗震性能

對(duì)于頻繁的活塞風(fēng)載荷，玻璃罩系統(tǒng)需考慮玻璃與玻璃框之間的震動(dòng)影響。

2.3 防火玻璃及破損玻璃碴掉落

對(duì)于頻繁的活塞風(fēng)載荷及其他意外情況，可能導(dǎo)致防火玻璃掉落及其他意外情況導(dǎo)致玻璃破損狀態(tài)下玻璃碴掉落。

2.4 防火性能要求

根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范及防火深化設(shè)計(jì)研究報(bào)告，本防火玻璃罩系統(tǒng)需考慮整體耐火性為1.5h 的C類玻璃。

2.5 工程線施工

防火玻璃罩位于地下空間且在14 號(hào)線正上方，且因場(chǎng)地受限不能采用常規(guī)的起重吊裝，要避免工程線軌道燙傷及油漆污染。

3 深化設(shè)計(jì)與施工重難點(diǎn)解決措施

3.1 防火玻璃罩系統(tǒng)深化設(shè)計(jì)

為解決防火玻璃罩抗風(fēng)壓、抗震、防脫落掉碴、防火等性能要求，根據(jù)實(shí)際工況，并委托中國(guó)建筑科學(xué)研究院對(duì)以下情況進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。

（1）為滿足整體耐火性為1.5h 的C 類玻璃，通過(guò)查詢相關(guān)規(guī)范、市場(chǎng)調(diào)研及比選，玻璃主要分為三類：普通玻璃、鋁硅玻璃［4］、硼硅玻璃（又稱高硼硅玻璃）。因高硼硅4.0 玻璃具有杰出的耐火性能、高透光、耐腐蝕、可加工彎弧，遂選擇高硼硅玻璃作為原片。

（2）通過(guò)采用雙層復(fù)合玻璃及雙層玻璃夾膠處理提高表面強(qiáng)度及防掉碴問(wèn)題，經(jīng)有限元軟件計(jì)算（計(jì)算過(guò)程此處不贅述），8 mm+8 mm 雙層玻璃滿足要求；對(duì)于玻璃膠片選擇，常用玻璃膠片為PVB、EVA、SGP［5］，經(jīng)比選，SGP 具有優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐潮濕，遂選擇SGP 膠片作為玻璃膠片。

通過(guò)上述分析可以得出復(fù)合玻璃采用鋼化防火夾膠玻璃（8 mm 高硼硅+1.52 SGP+8 mm 高硼硅），并以該玻璃分別對(duì)彎弧玻璃板和水平玻璃板進(jìn)行耐火性能測(cè)試，驗(yàn)證彎弧玻璃（8 mm 硼硅+SGP+8 mm 硼硅）、水平玻璃板（8 mm 硼硅+SGP+8 mm 硼硅）滿足1.5h 的C 類玻璃防火要求。

（3）為避免玻璃整片脫落以及提高玻璃系統(tǒng)承受風(fēng)壓性能，防火玻璃框架采用四邊支撐及玻璃系統(tǒng)為全明框形式。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(wú)法滿足防火要求，國(guó)外有個(gè)別國(guó)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［6］，所以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，鋼制框架通過(guò)焊接方式與主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，保證玻璃框架耐風(fēng)壓，根據(jù)《SGP 夾層玻璃等效厚度計(jì)算方法研究》［7］，通過(guò)有限元軟件驗(yàn)算分析（計(jì)算過(guò)程此處不贅述）得出結(jié)論，滿足各種工況。

（4）為解決活塞風(fēng)壓對(duì)罩棚產(chǎn)生震動(dòng)影響，采用鋼制連接件將玻璃構(gòu)件與龍骨構(gòu)件進(jìn)行固定，在玻璃和連接件之間設(shè)置防火阻燃膠條解決震動(dòng)緩沖，除此之外，所有玻璃構(gòu)件與硬質(zhì)構(gòu)件之間均采用此阻燃緩震膠條。

將深化后的防火系統(tǒng)制作實(shí)驗(yàn)樣品并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，主要驗(yàn)證內(nèi)容為：完好狀態(tài)下的整體耐候性、抗活塞風(fēng)壓性能、抗靜風(fēng)壓性能。破損狀態(tài)下抗活塞風(fēng)壓性能、抗疲勞性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，該防火系統(tǒng)上述性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 工程線施工難點(diǎn)解決措施

確定了防火玻璃系統(tǒng)施工做法后，開始對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行梳理。因玻璃罩位于工程線上，且玻璃罩系統(tǒng)為構(gòu)件式組合系統(tǒng)，便于后期維修更換，所以未能采用整體單元系統(tǒng)安裝。

根據(jù)施工工藝特點(diǎn)，分別在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置龍骨切割焊接、龍骨組裝、龍骨油漆涂刷等加工區(qū)。框架系統(tǒng)以單元形式在加工區(qū)進(jìn)行組裝及噴涂，大大減少了在工程線上高空焊接點(diǎn)以及大面積噴涂造成對(duì)工程線軌道的污染，從而減少工程線高空作業(yè)時(shí)間及軌道成品保護(hù)面積，也提高了安裝效率、龍骨組合精度及焊接質(zhì)量。

因受場(chǎng)地制約，本工程吊運(yùn)采用卷?yè)P(yáng)機(jī)加各類滑輪組合吊運(yùn)裝置及小型蜘蛛吊輔助，便于小單元龍骨、玻璃吊運(yùn)。

4 施工要點(diǎn)

4.1 小單元鋼龍骨加工及預(yù)拼裝

4.1.1 單元龍骨構(gòu)造設(shè)計(jì)

根據(jù)罩棚設(shè)計(jì)參數(shù)、幾何造型及施工環(huán)境，將整個(gè)罩棚框架龍骨以兩榀為一個(gè)單元，具體尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分割。為實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)加工，尺寸除端部均采用統(tǒng)一尺寸。小單元鋼龍骨框架包含鋼龍骨框架、連接件及阻燃緩震膠條。彎弧龍骨加工因受場(chǎng)地和設(shè)備限制，需根據(jù)深化尺寸繪制加工圖交由場(chǎng)外加工區(qū)制作，其余由場(chǎng)內(nèi)加工區(qū)進(jìn)行加工。

4.1.2 單元龍骨預(yù)拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)及加工

小單元龍骨類似門式結(jié)構(gòu)，由3 榀門式結(jié)構(gòu)鋼龍骨、罩棚頂檁條、側(cè)面檁條龍骨組成。根據(jù)罩棚幾何尺寸，確定單榀門架結(jié)構(gòu)及檁條尺寸及最終的單元結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)單元結(jié)構(gòu)尺寸，確定對(duì)應(yīng)尺寸的支撐及加工平臺(tái)。

根據(jù)單元體系龍骨深化參數(shù)，確定每個(gè)構(gòu)件加工方式及尺寸。將單榀鋼龍骨通過(guò)拼裝平臺(tái)進(jìn)行臨時(shí)固定并加工焊接。待所有單榀龍骨完成后，按照3 榀為一個(gè)單元通過(guò)檁條進(jìn)行組裝焊接。單元龍骨完成后，在底部安裝可拆卸式萬(wàn)向輪。

所有龍骨及連接件焊接完成后，推運(yùn)到特定加工區(qū)域，進(jìn)行焊縫處理并邀請(qǐng)相關(guān)單位進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后即可進(jìn)行防腐處理。

完成防腐后，即可將小單元龍骨推運(yùn)至油漆區(qū)，進(jìn)行油漆噴涂。待漆面完全干透后即可安裝阻燃緩震膠條。

4.2 小單元鋼龍骨吊運(yùn)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)［8］，通過(guò)吊運(yùn)裝置吊運(yùn)至安裝點(diǎn)后，先臨時(shí)點(diǎn)焊固定并核準(zhǔn)標(biāo)高。

待單元龍骨框架放置在主體鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行點(diǎn)焊固定，并采用經(jīng)緯儀及水準(zhǔn)儀進(jìn)行水平位置及標(biāo)高復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)無(wú)誤后即可將所有小單元與主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。

4.3 防火玻璃安裝

單塊復(fù)合防火玻璃由于重量較大，需通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)至吊裝點(diǎn)。水平段玻璃通過(guò)專用吸盤及吊運(yùn)裝置從起吊點(diǎn)向?qū)?cè)端部運(yùn)輸并開始安裝。側(cè)面彎弧段玻璃，采用玻璃吸盤車運(yùn)輸至安裝位置。安裝順序?yàn)橄人讲Ａ?，再?cè)面弧形玻璃。相鄰兩塊水平防火玻璃安裝調(diào)平后，即可安裝玻璃壓板進(jìn)行固定，壓板與玻璃之間采用緩震膠片進(jìn)行緩震，依次向側(cè)面安裝弧形防火玻璃。先在弧形段防火玻璃下邊緣及最下端每塊玻璃長(zhǎng)度1/4 處安裝長(zhǎng)度為100 mm、厚度為8 mm 的鋼制玻璃托塊，保證其能支撐玻璃且不影響壓板安裝。玻璃托板上方粘貼阻燃緩震膠條，再進(jìn)行弧形段玻璃安裝。通常采用鋼制玻璃壓板沿玻璃分隔縫將玻璃進(jìn)行固定，最后安裝裝飾蓋板。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)城市軌道交通樞紐工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計(jì)與施工的研究，得出以下結(jié)論：（1）在城市軌道交通工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計(jì)中，采用深化材料與構(gòu)造形式解決了耐火極限、抗風(fēng)壓、抗震等難題；（2）通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證，防火玻璃罩鋼框架以小單元的形式進(jìn)行預(yù)拼裝保證了施工質(zhì)量的同時(shí)也提高了施工效率；（3）在施工過(guò)程中，施工單位要根據(jù)實(shí)際工況科學(xué)合理選擇安全措施、材料運(yùn)輸及安裝吊運(yùn)方式，從而保障施工生產(chǎn)安全及施工進(jìn)度。

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