管片预埋滑槽在深圳地铁9号线的应用

曾　斌

(深圳市地铁三号线运营分公司　广东深圳　518172)



管片预埋滑槽在深圳地铁9号线的应用

曾斌

(深圳市地铁三号线运营分公司广东深圳518172)

管片预埋滑槽作为一项新型技术，在深圳市地铁9号线全线引入和应用，替代传统预埋工艺，为盾构区间隧道内设备及管线提供安装基础。介绍管片预埋滑槽技术的优点和特性，利用Abaqus 6.10程序仿真验证盾构管片满足载荷要求。在动态与静态两种工况下，对刚性悬挂接触网、疏散平台及管道等载荷进行受力分析，得出预埋滑槽满足其受力要求；计算预埋滑槽和T型螺栓的承载力，证实预埋滑槽满足安装受力要求。

预埋滑槽；盾构；承载力；深圳地铁9号线

1　预埋滑槽的应用

深圳市地铁9号线(简称“深9线”)是深圳市在建的城市轨道交通三期工程之一，穿越深圳市罗湖、福田、南山3个中心区域，全线设有22座地下车站，线路长约25.38 km，计划在2016年底开通试运营。深9线西延线已完成工可研，该段均在南山区，设有10座车站，线路长约10.8 km。深9线全线引入预埋滑槽技术，这在中国城市轨道交通领域内是第一次引入、设计和应用该项新技术。

预埋滑槽也称哈芬卡轨或哈芬槽，其解决方案发源于德国，距今有100年的历史。最初广泛应用于欧洲各国，例如德国、比利时、卢森堡、意大利、瑞 士、荷兰以及奥地利等国的隧道，由于预埋滑槽具 有非常高的防腐能力、优秀的动载荷能力、安装与维修方便、高质量、高可靠性等特点，产品在欧美等发达国家的各项隧道工程中得到良好应用，只要是铁路隧道需要安装接触网，都会考虑安装预埋滑槽。哈芬热轧槽钢产品也被推广到亚洲各地，如韩国的首尔—釜山铁路隧道、新加坡的地铁环线、中国台湾的台北—高雄高速铁路线以及香港的双行车隧道—高速公路5号线。目前，哈芬产品在中国大陆也已经被广泛应用到道路隧道的建设，如石家庄—太原、郑州—西安、武汉—广州、合肥—武汉、哈尔滨—大连，特别是被中国第一条真正意义上的高速铁路——京沪高铁大规模全线应用[1-2]。

2　管片预埋滑槽的优点和特性

图1　设备及管线安装实际效果

管片预埋滑槽可作为安装区间隧道内的所有设备及管线的安装基础，如图1所示。其应用优势主要有以下几点：1)避免在盾构管片上钻孔，保存了其结构的完整性，不损坏钢筋；2)火灾高温时承载变化小，耐火等级高，可用于具有防火要求的构件内；3)可在混凝土受压区和受拉区使用；4)整体受力，不是单点受力，且受力均匀，可承受动态的疲劳载荷；5)安装工具和安装工艺简单，安装固定螺栓及螺母统一，易于标 准 流 程化作业；6)可保证隧道内设备的安装精度，环向调整方便。

管片预埋滑槽在设计时，专门对其抗疲劳特性、抗拉力特性、抗腐蚀特性、抗冲击特性及耐火特性提出了具体要求。

3　管片预埋滑槽对盾构管片的影响

应用于深9线的预埋式槽道间距1.5 m，在浇筑盾构管片成品前，已提前预埋，如图2所示。

图2　盾构管片中的预埋滑槽

湖南某大学利用Abaqus 6.10有限元计算程序，采用非线性计算方法，对深9线梅景站—下梅林盾构区间管片进行仿真模拟分析[3-5]。计算内容主要包括以下几项：受荷载状态下隧道管片变形计算；隧道管片开槽处混凝土应力计算以及裂缝宽度复核；隧道管片未开槽处混凝土应力计算；隧道管片钢筋应力计算。

根据对有限元仿真模拟，在验算荷载作用下，通过对深9线梅景站—下梅林区间隧道开槽管片进行计算复核，在管片上如设计资料形式进行开槽，对隧道管片整体受力影响较小，承载力、变形、裂缝宽度满足验算荷载要求。

4　预埋滑槽的承载力分析

4.1刚性悬挂接触网受力分析

在安装接触网及运行时，预埋滑槽处所受到的静态力和动态力两种力，主要为接触网压力、受电弓与接触网的滑动摩擦力和振动荷载。

在接触网静态工作状态下，滑槽壁受到2种压力，即沿管片径向的压力和沿滑槽面切线方向的压力。按照接触网安装设计核算，接触网自重单点约为5 kN，小于设计荷载11.2 kN，满足接触网安装受力要求。

在接触网动态工作状态下，受电弓与接触网工作时，接触网会发生弹性振动产生振动荷载，滑槽壁会受到多个存在于各个方向上的压力。依据深圳地铁二期工程经验，列车对受电弓的振动荷载约为(120±20)N，振动合力为(5 120±20)N，小于设计荷载11.2 kN，满足接触网安装受力要求。

滑槽壁还会受到受电弓与接触网滑动时的滑动摩擦力作用，方向为平行于线路方向。按设计给出的弓网振动荷载，即使全部作用在平行于线路方向(即滑动摩擦力最大)，由于fmax=140 N，小于设计荷载11.2 kN，故预埋滑槽在接触网动态状态下亦满足受力要求。

4.2疏散平台、管道等荷载受力分析

按深9线槽道间距1.5 m计算，槽道任何方向的额定拉力为11.2 kN，即预埋滑槽最大荷载至少为11.2/1.5=7.47 kN/m，额定承受质量约为762 kg/m。

对深圳地铁进行水平环堆载试验，区间疏散平台堆积重物至350 kg/m2，管道增重至200 kg/m，35 kV铠装电缆为22.55 kg/m，均小于预埋滑槽762 kg/m的承载能力。因此从设计角度而言，预埋滑槽满足区间疏散平台、各类管道及电缆敷设的受力要求。

5　固定配套螺栓要求

固定螺栓为T型螺栓，采用Q235A钢材。

1) 固定螺栓的抗疲劳性与刚性。每个连接螺栓的位置沿管片径向拉压承载力不小于10 kN，沿管片切向承载力不小于8 kN。预埋滑槽及连接螺栓必须满足一定的刚性要求，在拉、压承载力作用下，其变形要求不超过1.0 mm，在切向荷载作用下变形也不超过1.0 mm。

2) 固定螺栓的耐火性能。预埋滑槽与构件采用专用配套T型螺栓连接，T型螺栓需具备专业认证报告，在90 min耐候时间下，单点承载拉力1.8 kN。

图3　齿牙构造防滑措施

3) 固定螺栓的防滑性能。一是预埋滑槽与配套连接T型螺栓具有齿牙构造，确保机械咬合性能，纵向传递荷载，防止力点滑移，见图3。二是垫片采用双碟锁紧垫片，其独特垫圈的内侧斜齿面倾斜角度α大于螺栓螺纹倾斜角度β。装配时内侧斜齿面是相对的，垫圈外侧放射状的凸纹面的摩擦系数要比内侧斜齿面的摩擦系数大，且与两端接触面成咬合状态。当连接件受到振动，并使螺栓发生松动趋势时，仅仅允许两片垫圈内侧斜齿间相对错动，产生抬升张力。独特的齿牙系统利用张力在紧固的连接处产生一个很高的抵抗力来经受振动力，从而达到100%的防松效果。

4) 固定螺栓承受荷载分析。刚性悬挂接触网无论是在静态工作状态还是动态工作状态下，其压力合力、振动合力、水平摩擦力均小于8 kN。单根固定螺栓承受荷载为8/1.5=5.33 kN/m，额定承受质量约为543 kg/m。根据本文4.2节的水平环堆载试验验证，固定螺栓完全满足承受荷载要求。

6　运营中可能面临的问题

1) 当在预埋滑槽内安装了设备或管线后，其中的填充物会被大面积去掉，遇有交叉施工或长时间运营后，易出现预埋滑槽被灰尘、水泥浆及其他杂物污染或固化，损坏连接齿牙构造，削弱其防滑能力，甚至可能失去安装功效。

2) 预埋滑槽局部由于设备、管线及其他原因，需要经常拆换固定T型螺栓，导致连接齿牙损坏，削弱安装稳定性，甚至可能失去安装功效，出现杠杆效应，引发相邻预埋滑槽损坏的多骨米诺连锁反应。

3) 盾构管片混凝土块脱落，影响预埋滑槽的固定[6]。

4) 预埋滑槽的锚筋与盾构管片的钢筋可能存在违反设计不得连接的要求，长期运营则不可避免地受到来自杂散电流的电腐蚀作用[7]。

5) 隧道结构及设备管线自身的热胀冷缩，对预埋滑槽及配套连接螺栓的承受荷载能力的影响，导致预埋滑槽受损，严重时可导致其安装功能失效。

6) 紧急疏散时，逃生人员的拥挤跑动对预埋滑槽造成的冲击力远大于本身重力，对预埋滑槽的承载力是否满足设计受力要求存在不可预知的风险。

7　结语

鉴于深9线全线采纳的预埋滑槽在国内城市轨道交通领域内是首次引入和应用的新型技术，在预埋滑槽的质量、施工、验收和运营维护方面没有现成的经验借鉴和比较，笔者通过对预埋滑槽及其固 定 螺 栓 的 特性进行详细剖析后，提出以下建议。

1) 根据中国广播网和重庆日报所报道的沪昆高铁预埋滑槽质量问题，需引起高度重视。预埋滑槽及其固定T型螺栓必须严格按照设计规定的要求，提供完整的防腐测试、耐火测试、疲劳测试、拉 力 测 试 等 第三方鉴定报告。

2) 工程建设施工过程中，必须对预埋滑槽道采取有效的保护措施，不得破坏预埋滑槽的保护填充物。建议设计单位考虑设计拔插方便的槽道保护套，不仅有利于在工程建设阶段对预埋滑槽道进行有效保护，也有利于在线路投入运营后对预埋滑槽道进行有效保护。

3) 要求盾构管片生产商或监理提供完整的预埋滑槽道隐蔽工程记录，确保完全满足设计提出的避免迷流电腐蚀的要求。

4) 统一对预埋滑槽进行编号，并增设编码牌。编码牌的安装高度既要方便维修人员查看，又不影响司机行车，编码牌的材质要满足安装环境的防腐和耐用要求。这将有利于日后运营管理者对预埋滑槽及安装的设备和管线进行维护和管理。

[1] 马金芳，于龙.我国地铁接触网检测现状及发展趋势[J].都市快轨交通，2013，26(2)：26-29.

[2] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[3] 曾东洋，何川.地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算[J].西南交通大学学报，2004,39(6)：744-748.

[4] 罗积腾.某幕墙工程施工过程质量控制[J].施工技术，2012(4)：54-55.

[5] 李宇杰，何平，秦东平.地铁盾构隧道管片受力分析[J].土木工程学报，2011(52)：131-134.

[6] 陈晓燕.地铁盾构区间上方深基坑开挖对隧道的影响分析[J].都市快轨交通，2013，26(2)：84-87.

[7] 李威.地铁杂散电流腐蚀监测及防护技术[M].北京：中国矿业大学出版社，2004.

(编辑：王艳菊)

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，硕士，工程师，从事电气工程及自动化研究，404752811@qq.com

U457

A

1672-6073(2015)01-0114-03