城市軌道交通站臺(tái)軌行區(qū)玻璃罩棚研究與應(yīng)用

邵 兵 趙海平 萬(wàn)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(jiǎn)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(hào)線四線換乘、市政過(guò)街、商業(yè)、常規(guī)公交接駁、出租及社會(huì)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(hào)線站臺(tái)層，地下三層為10 號(hào)線站臺(tái)層。總建筑面積約23.5 萬(wàn)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(hào)線站臺(tái)層至站廳層結(jié)構(gòu)頂板底整體通高。為滿足站臺(tái)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(shí)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(hào)線、14 號(hào)線站臺(tái)軌行區(qū)玻璃罩棚位于本工程“中央防火分區(qū)”，執(zhí)行國(guó)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(duì)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(shí)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(shí)滿足列車震動(dòng)對(duì)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(duì)頻繁的正負(fù)風(fēng)載荷、震動(dòng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及圖集，考察國(guó)內(nèi)類似工程，對(duì)材料、組成系統(tǒng)、安裝方式細(xì)化研究探討，邀請(qǐng)相關(guān)專家及有經(jīng)驗(yàn)的工程人士對(duì)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(chǎng)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(duì)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(dòng)性能要求，通過(guò)對(duì)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(duì)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(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[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(guò)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(duì)玻璃罩棚產(chǎn)生的震動(dòng)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(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況分析，需在施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間，減少對(duì)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(guò)分析，地下空間場(chǎng)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(guò)程中損壞，且無(wú)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(gè)小單元，采用單元式骨架[3]進(jìn)行安裝，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置卷?yè)P(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(cè)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(cè)量放線

測(cè)量放線應(yīng)遵守以下4 個(gè)步驟：第1，根據(jù)軌面標(biāo)高測(cè)量出玻璃罩棚頂面完成面標(biāo)高，從而引測(cè)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(cè)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(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸及分格要求，測(cè)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(cè)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(chǎng)地情況，將整個(gè)玻璃罩鋼龍骨框架以兩跨為一個(gè)單元（單元截面尺寸為：2270 mm×9970 mm），單個(gè)小單元龍骨長(zhǎng)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(chǎng)加工區(qū)，其他直段龍骨現(xiàn)場(chǎng)定尺加工。

2）定尺預(yù)拼裝加工平臺(tái)深化設(shè)計(jì)及加工。小單元鋼龍骨框架由3 個(gè)橫截面龍骨及每個(gè)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(duì)單元鋼龍骨體系深化設(shè)計(jì)定尺預(yù)拼裝加工平臺(tái)[5]。

3）根據(jù)小單元鋼龍骨體系龍骨型號(hào)及尺寸，將鋼材定尺下料切割。先將小單元橫截面龍骨通過(guò)限位拼裝工作臺(tái)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(gè)橫截面龍骨放置整體小單元組裝工作臺(tái)，整體小單元組裝工作臺(tái)。待橫截面龍骨臨時(shí)固定在工作臺(tái)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(wàn)向輪。

4）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)誤后，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到指定堆場(chǎng)區(qū)域，進(jìn)行焊渣打磨并及時(shí)向監(jiān)理單位提出驗(yàn)收申請(qǐng)，在檢查驗(yàn)收后對(duì)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(tái)2.5 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)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(dòng)葫蘆，通過(guò)卷?yè)P(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(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。待所有小單元吊運(yùn)及臨時(shí)點(diǎn)焊固定完成后，再進(jìn)行水平及定位復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)無(wú)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(guò)玻璃吸盤及吊運(yùn)裝置從起吊點(diǎn)至對(duì)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(tái)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(shí)玻璃壓塊固定玻璃，壓塊與玻璃之間采用膠墊過(guò)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(zhǎng)度為100 mm，分別設(shè)置在玻璃長(zhǎng)度1/4 處，每塊防火玻璃下邊緣兩端各一個(gè)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(shí)玻璃壓塊固定。

4.2.5 防火封堵安裝

在站臺(tái)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(guò)拉拔試驗(yàn)檢測(cè)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(zhǎng)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(shí)，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(guò)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(yǔ)

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(duì)站臺(tái)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(xiǎn)，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(guò)程，靜態(tài)車站與動(dòng)態(tài)列車有機(jī)結(jié)合，站臺(tái)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(lái)源：作者自攝）