预埋滑槽技术在哈尔滨地铁工程中的可行性分析

吴天林

(中交二公局电务工程有限公司，陕西 西安 710075)

预埋滑槽技术在哈尔滨地铁工程中的可行性分析

吴天林

(中交二公局电务工程有限公司，陕西 西安 710075)

为了验证实施预埋滑槽技术的可行性，明确预埋滑槽的各项技术标准和施工要求，为其在哈尔滨轨道交通工程中的应用提供技术支持，以哈尔滨地铁3号线二期工程为研究对象，对比分析传统施工技术与预埋滑槽技术之间的优劣性；并通过分析预埋滑槽产品的应用背景、产品技术要求、产品特点、设计原则、施工要求和检验要求等，验证此项技术在哈尔滨轨道交通中应用的必要性和可行性。研究结果表明：预埋滑槽技术的各项技术条件均符合要求，可在哈尔滨轨道交通工程中推广应用。

轨道交通；预埋滑槽；技术可行性；技术标准

0 引 言

预埋滑槽也称哈芬卡轨或哈芬槽，这种技术源于德国，距今有100年的历史。由于预埋滑槽具有非常好的防腐性能、优秀的荷载能力以及安装与维修方便、质量高、可靠性高等特点，已在欧美等发达国家的各项隧道工程中得到良好的应用[1-2]。20世纪60年代开始，该技术逐渐被应用于地铁隧道。2007年，武广、哈大高铁等重点项目通过多方论证应用了预埋滑横槽技术，更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。在地铁领域，深圳地铁9号线，兰州地铁1号线等已成功应用该技术，且全国在建地铁城市，如北京、成都、南宁、乌鲁木齐、佛山、宁波、杭州、沈阳、天津、南京、合肥、郑州、徐州等，均正在采用或计划采用预埋滑槽。

传统轨道机电设备支架固定工艺一般为化学植筋和膨胀螺栓，作业环境差、施工效率低、使用寿命短，尤其现场打孔损伤隧道结构，降低结构完整性，影响结构安全；而预埋滑槽技术有效解决了传统工艺中存在的问题，提高了工作效率。

1 工程概况

哈尔滨市轨道交通3号线是哈尔滨地铁规划九线一环的惟一环线，贯穿4个中心城区，辐射4个经济新区，堪称黑龙江省内在建规模最大、难度最高、社会影响最大的地铁项目。哈尔滨轨道交通3号线二期线路全长32.18 km，共设车站30座，均为地下车站；包含31个区间，其中矿山法施工区间10个，盾构法施工区间21个，在安通街设置车辆基地1座，由出入段线引入正线。哈尔滨轨道交通3号线二期工程全线引入预埋滑槽技术，这将是哈尔滨市轨道交通领域第一次引入、设计和应用该项新技术。

2 预埋滑槽对管片的影响

湖南某大学利用Abaqus6.10有限元计算程序，采用非线性计算方法，对地铁管片进行了仿真模拟分析[3-5]，包括隧道管片开槽处混凝土应力计算、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。根据有限元仿真模拟，在验算荷载作用下，通过计算复核，在管片上按设计资料中的形式进行开槽，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。另外，通过试验发现，盾构片混凝土块脱落是影响预埋滑槽固定的主要原因[6]。

本文应用模拟软件MIDAS/GTS，利用图形化用户界面来建立结构实体对象模型，通过先进的有限元模型和自定义标准规范接口技术来进行结构设计，实现精确的技术分析[7]。另外建立单个管片三维模型，数值分析过程中对整体结构施加重力，然后根据实际荷载进行加载，并采用弹簧边界条件。管片采用实体单元进行模拟，槽道采用板单元进行模拟，锚杆采用植入桁架单元进行模拟[8-9]。通过模拟可知，结构受力符合设计要求。

3 预埋滑槽技术的优点及应用必要性

3.1 预埋滑槽与传统施工工艺对比

传统后锚固技术施工不便、造价较高，而预埋滑槽使用T型螺栓连接，代替了传统化学锚栓或膨胀螺栓，方便施工；而且滑槽局部可以拆除，不损坏隧道混凝土管片，提高了结构寿命，且其本身具有超强抗腐蚀性，可以延长地铁隧道寿命；另外，使用预埋滑槽后避免了施工打孔，不会对结构造成损伤，改善了作业环境，提高了工作效率；预埋滑槽可以实现工厂化预制，方便材料制作；滑槽本身的线状结构代替了传统的锚栓点状结构，提高了支架可调性[10]。由此可见，预埋滑槽技术相比传统施工有很大优势。

3.2 哈尔滨地铁运用预埋滑槽技术的必要性

(1)槽道预埋技术作为地铁工程中的创新技术，能避免在隧道管片上打孔作业[11]。这不仅使得隧道内管线及设备的安装更为便捷，而且能为地铁百年安全运营打下坚实的基础。传统施工工艺见图1。

图1 传统施工工艺

(2)3号线二期工程近一半线路位于松花江河漫滩富水区域，均为厚砂层，传统打孔对结构受力、防水性能的影响较大，而预埋工艺可以有效保证结构的安全性和防水性能。预埋滑槽施工见图2。

图2 预埋滑槽施工

(3)哈尔滨市为严寒气候，冬季11月至次年3月无法施工，且无论冬季还是夏季，施工期隧道内温度偏低，植筋胶凝结时间长，植筋质量难以控制，而预埋工艺可以有效缩短设备管线安装工期，提高固定质量。

4 哈尔滨地铁预埋滑槽设计及技术标准

预埋滑槽是一种预埋装置，先将C型槽预埋于混凝土中，再将T型螺栓的大头扣进C型槽中，要安装的构件用螺栓固定。预埋滑槽样式见图3。

图3 预埋滑槽

4.1 预埋滑槽设计原则

(1)预埋滑槽的尺寸须考虑方便加工、运输以及预埋施工；预埋设计要满足悬挂、防腐和耐久性的要求。

(2)预埋滑槽设计要保证槽道具有足够的耐久性，工程预埋槽道的安全等级按一级考虑，确保预埋槽道100年的使用寿命。

(3)预埋滑槽按Ⅶ度地震烈度进行抗震验算，并在槽道设计时采用相应的构造处理措施，以提高槽道的整体抗震能力。

(4)各系统顺线路方向的支撑点间距宜与管片环宽1.2 m(哈尔滨地铁3号线二期)的模数匹配。

(5)预埋滑槽应满足结构受力、耐腐蚀、防火等相关要求。

(6)预埋滑槽应满足盾构管片杂散电流防护要求，与管片钢筋电气不连接[12]。

4.2 预埋滑槽设置

盾构内径2 700 mm，壁厚300 mm，分6块，楔形量48 mm，环宽1.2 m，坐直右错缝拼装。滑槽最低部位为轨面下350 mm。管片内预埋滑槽见图4。

图4 管片内预埋滑槽

预埋滑槽断面细部尺寸、锚钉长度、定位固定可根据实际厂家产品情况适当调整，但需经设计单位认可。预埋滑槽细部见图5，配套螺栓见图6。

图5 预埋滑槽细部

图6 预埋滑槽配套螺栓

4.3 预埋滑槽技术参数

(1)地铁预埋滑槽产品的设计、生产制造及验收应参照《电气化铁路接触网隧道内预埋槽道》(TB/T 3329—2013)及其他国家、行业规范执行。

(2)预埋滑槽要求一根型钢热轧成型，钢材材质采用Q345钢，质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T 700—2006)或《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591—2008)的规定；所用钢材的C含量不大于0.2%，S和P的含量均不超过0.035%，Si含量不超过0.5%，Mn含量不超过1.7%，并保证有足够延展性，断裂最小延伸率不小于14%。

(3)若滑槽采用的钢材不同于要求中的钢材，则其力学性能、承载力、耐久性、耐火性等需满足Q345钢相关要求，并经相关部门认证后方可采用。

(4)滑槽槽道高20～25 mm，宽度不小于28 mm，一般部位壁厚不小于2.5 mm，口部壁厚不小于3.5 mm，齿高不小于1.5 mm。

(5)预埋滑槽与配套连接T型螺栓应具备连接齿牙构造，齿牙间距3 mm,以确保机械咬合性能,在纵向传递荷载，防止力点滑移。

(6)与预埋滑槽配套的T型螺栓采用8.8级螺栓。

(7)预埋滑槽及其上固定的螺栓应满足地铁区间隧道上需要安装的各种设备及其振动的承载力要求[13]。在沿T型螺栓轴线方向，滑槽应能承受单个螺栓对槽道产生的拉伸设计荷载(不小于14 kN)；在垂直于T型螺栓及槽道轴线方向，应能承受单个螺栓对槽道产生的最大剪切设计荷载(不小于10 kN)。

(8)滑槽预埋在混凝土中时极限抗拉承载力不小于30 kN，与螺栓紧固后横向极限抗剪承载力不小于30 kN。当滑槽预埋在混凝土中处于工作状态时疲劳200万次，其锚固力荷载下降不大于5%，满足《电气化铁路接触网零部件技术条件》(TB/T 2073—2010)、《电气化铁路接触网零部件试验方法》(TB/T 2074—2010)要求。

(9)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。预埋槽道与T型螺栓按照要求进行紧固力矩检验，螺栓与螺母不得发生歪斜、破损、咬死等破坏现象，螺栓的预紧力不得对槽道产生破坏。

(10)预埋滑槽需具备国内专业权威机构认证的承载力及抗疲劳测试报告。

(11)预埋滑槽及与之配套连接的T型螺栓的防腐采用热浸镀锌处理，其中预埋滑槽镀锌厚度不小于80 μm，T型螺栓镀锌厚度不小于50 μm。

(12)预埋滑槽耐碱涂层由面层及底层组成，均为有机涂层，其中底层厚度为60 μm，面层厚度为50 μm，两层总厚度不得小于90 μm。

(13)预埋滑槽盐雾试验采用300 h铜盐加速醋酸盐雾试验(CASS)或2 400 h中性盐雾试验(NSS)，试验后无红锈；涂层需按《漆膜耐冲击测定法》(GB/T 1732—1993)要求进行冲击试验，重锤由50 cm高度落下，涂层应完好。

(14)预埋滑槽须具备有资质的质检部门出具的耐火时效测试报告，其耐火性能应满足《建筑设计防火规范》(GB/T 50016—2014)，在火烧的环境下(1 200 ℃)耐火承载力不小于0.8 kN。

(15)滑槽的绝缘主要依靠表面特殊涂层，特殊涂层内含有一层可以绝缘的有机涂层，能很好地解决杂散电流问题。同时，确保管片钢筋电气不连接，绝缘电阻应不小于0.5 MΩ。

5 预埋滑槽施工要求

(1)预埋滑槽要求与混凝土管片通过可靠的锚筋连接，锚筋间距及锚固长度应满足承载力要求，锚筋与管片中钢筋不应电气连接，满足防迷流要求。

(2)预埋滑槽在管片模板上的定位要牢固，保证槽口紧贴模板，槽内部采用可靠措施密封，避免混凝土浇注时灌入滑槽内，槽口与混凝土内面应光滑平整连接，凹凸误差不超过3 mm，定位偏差在每环管片端部不超过2 mm。

(3)预埋滑槽在管片中的位置应避开管片中心的螺栓手孔，槽道中心线与盾构管片注浆孔连线平行，间距为185 mm，端部距离管片纵缝净距为40～70 mm。

(4)预埋滑槽应具有一定的耐碱性，不与混凝土产生任何化学反应；预埋滑槽中填充物不应具有腐蚀性，不能侵蚀滑槽钢材及其表面涂层。

(5)T型螺栓应采取可靠措施连接，避免在运营中因震动等原因脱离。

(6)槽道预埋前应详细检查，发现表面处理层脱离或有裂纹、形状变异等情况，应及时更换。

(7)在管片上预埋滑槽运输、堆放、吊装过程中应采取可靠措施保护滑槽表面防腐涂层。

6 预埋滑槽检验要求

(1)槽道及T型螺栓应由制造厂的技术检验部门检验合格并取得合格证后，方能出厂。

(2)检验分为出厂检验、型式检验。检验项目、检测方法按《电气化铁路接触网隧道内预埋槽道》(TB/T 3329—2013)的规定进行，技术标准应满足设计要求。

(3)槽道及配套零件应按相应的产品标准逐件进行外观检查，其余检验项目应按2 000 m一批进行检验(不足2 000 m按一批检验)。

(4)提供由权威检测机构出具的管片预埋滑槽的型式检验报告，或提供由产品使用单位委托权威检测机构出具的管片预埋滑槽的抽检报告，或权威检测机构对管片预埋滑槽生产线上产品出具的抽检报告。上述检验报告或抽检报告须具有CMA认证。检验内容至少涵盖槽道力学性能报告、槽道的疲劳性能报告、原材料的材质报告、槽道的外观尺寸报告、槽道的防腐性能报告和槽道的耐火性能报告。

(5)预埋滑槽检验项目见表1。

表1 检验项目及检验方法

7 结 语

预埋滑槽技术在国内轨道交通中的应用刚刚开始，虽然尚无具体的设计规范和技术标准可循，但其成功的实施案例已经证明此项技术的可实施性很高。根据兰州地铁1号线盾构管片预埋滑槽的设计原则，通过现场安装及成品检测，预埋滑槽顺利通过承载力、抗疲劳、防腐、抗拉拔等试验测试，测试结果均能满足设计要求。预埋滑槽在兰州地铁的成功应用也为其在哈尔滨轨道交通工程中的推广应用提供了样板。

另外，本文从预埋滑槽的产品设计、技术参数、试验检测、现场施工等方面详细论述了其技术可行性，为哈尔滨地铁采用预埋滑槽技术提供了技术层面的参考。鉴于哈尔滨地铁首次采用此项技术，应注意预埋滑槽产品须满足防腐、绝缘、耐火及承载力等设计要求，并根据设计要求提供有资质的质检部门的检测报告；在工程施工过程中，必须对预埋槽道采取有效的保护措施，不得破坏滑槽，并在施工中加强耐久性质量控制和现场检测。预埋滑槽在哈尔滨地铁的应用将会大大方便机电管线施工，提高工作效率。

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FeasibilityAnalysisofEmbeddedChuteTechnologyinHarbinSubwayProject

WU Tian-lin

(Electrical Engineering Co., Ltd. of CCCC Second Highway Engineering Co., Ltd., Xi’an 710075, Shaanxi, China)

In order to verify the feasibility of implementing the embedded chute technology and clarify the technical standards and construction requirements of the embedded chute so as to provide technical support for its application in the Harbin rail transit project, the comparison of the traditional construction technology and the embedded chute technology was made by taking the second phase of Harbin Metro Line 3 as the research object. By analyzing the application background, technical requirements, product characteristics, design principles, construction requirements and inspection requirements of the embedded chute, the necessity and feasibility of applying this technology in Harbin rail transit project were verified. The results show that the technical conditions of the embedded chute technology are in line with the requirements and it can be applied in the project.

rail transit; embedded chute; technical feasibility; technical standard

U459.1

B

1000-033X(2017)11-0090-06

2017-04-14

吴天林(1970-)， 男，陕西西安人，高级工程师，从事铁路电力工程、信号的研究工作。

[责任编辑:王玉玲]