关键词：地铁盾构隧道；预埋槽道；接触网；安装方式；受力性能；原位测试
引言
盾构管片预埋槽道技术已被广泛应用于铁路盾构隧道和地铁盾构隧道中，传统的地铁盾构隧道轨道铺设方式是通过在盾构管片上打孔，安装膨胀螺栓提供支点，这种方式不仅会损害盾构管片结构，有时会打伤管片中的钢筋，同时传统的打孔方法是在C50高强度混凝土管片上打孔，施工噪声大、速度慢、成本高。目前，国内开始大面积普及盾构管片预埋槽道技术，该技术的使用不仅使地铁盾构隧道内的机电安装节能、环保和快捷，同时通过采用盾构管片预埋槽道T形螺栓为盾构隧道内轨道铺设提供支点，不仅安全高效、操作便捷，同时无须在管片上开孔安装膨胀螺栓，节省工程成本。
1.设计参数
1.1管片
本文中提及的混凝土管片为C50预制管片，常规管片环宽1.2m、内径5.5m、外径6.2m，大直径、高净空管片环宽1.5m、内径6.0m、外径6.7m，内环面均全环预埋单槽道。
1.2预埋槽道
1）槽道材质预埋槽道须采用一次热轧成型的全齿半闭口型钢槽道，槽道与锚杆材质统一，采用低合金钢或06Cr17Ni12Mo2Ti，严禁采用沸腾钢，其综合力学性能指标不低于GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》[11]中Q345B或S275JR的标准，钢材C含量不大于0.17%，并具有足够的延展性，其断裂最小延伸率不小于14%。地铁作为百年工程，预埋槽道的各项性能如防腐、防火、抗疲劳、承载力等需满足一百年的使用年限要求。2）配套螺栓的机械性能与槽道配套连接的T形螺栓具备齿牙构造、有自锁防松功能。采用强度等级不小于8.8级的M12螺栓及8级螺母。3）槽道螺栓工作荷载要求地方和团体标准，并经过专家论证，提出预埋槽道T形螺栓安装固定点的最大单点荷载为8kN，即任何方向(轴向力、沿槽道方向剪切力、沿线路方向剪切力)的工作荷载(静态荷载)均不得低于8kN，也就意味着区间内各管线及设备需采用合理的安装方式，以保证其安装完成后单个螺栓任何方向的受力不能大于8kN，螺栓的设计荷载为工作荷载的1.4倍。管片预埋槽现场照片如图1所示。预埋槽大样及产品如图2所示。.png)
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2.管线与设备安装方式及受力性能研究
2.1抗碱性
管片预埋槽道采用锌、铝和锰元素组成的多元合金共渗处理防腐，绝缘层属于酸性材料（R-H），混凝土混合物属于碱性材料。绝缘层在碱性环境下软化失效（见化学方程式（1））；锌、铝元素在碱性环境发生反应释放出氢气（见化学方程式（2））。盾构管片在50℃下蒸汽养护4～6h，更会加剧化学反应，槽道的绝缘层、防腐层遭到不同程度的破坏，使其作用弱化甚至失效。槽道多元合金共渗层中锌、铝元素与混凝土反应释放的氢气会在混凝土内形成气体空腔或通道。对混凝土的密实性和抗渗能力造成影响。（1）抗碱性浸泡试验。对盾构管片混凝土的碱性进行换算，成为对等浓度的NaOH溶液，在恒温50℃下浸泡槽道，槽道表面无明显气泡产生，抗碱性浸泡试验。（2）检漏试验。对完成抗碱性试验的槽道预埋在管片模具中，试生产1环管片，在50℃环境下蒸汽养护6h，连续水养14d，待达到混凝土28天强度后，随即抽取3片管片进行检漏、抗弯、抗拔试验，如满足设计要求，则预埋槽道的抗碱性试验合格。槽道抗碱性试验共抽检31次，管片均无漏水。
2.2安装预埋工艺
槽道在管片中预埋时，根据在钢模上定位的不同，通常采用两种方案：方案一：首先将垫片安置于预埋槽道上，然后将塑料螺钉头顶在垫片背部的凹孔处，最后垫片两端分别焊接在最靠近槽道的两条平行钢筋上，且和该钢筋垂直。方案二：结合管片模板尺寸，根据管片图纸上预埋槽道的安装位置，预埋槽道的长度及钢筋笼的绑扎情况，在模板上预留定位销开孔，将槽道先期固定于模具上。方案一的压板两端分别焊接在最靠近槽道的两条平行钢筋上，因管片在震动台震动时，可能造成钢筋笼微小移动，从而导致预埋槽道定位不准。故建议推荐方案二，将预埋槽道提前固定于模具上，同时考虑到固定的牢固性及减少对模具的损伤，建议每个槽道通过三个固定点固定于模具上。如示意图：.png)
2.3其他设备管线的安装方式
除上述接触网、疏散平台、35kV环网电缆等设备与管线外，区间内其他的设备与管线还包括：弱电电缆、通信信号壁挂设备、消防水管等，其安装方式如下所述。（1）弱电电缆：区间内采用5层托架对弱电电缆进行固定，托架间距与槽道间距相同，托架通过3个T形螺栓与槽道进行固定。（2）通信信号壁挂设备：壁挂设备包括无线光纤直放站远端机、RRU、AP箱、信号机等。在管片预埋槽道的固定方式为：相邻槽道间安装2根横梁，设备固定在横梁上，即单根槽道需通过2个T形螺栓分别固定2根横梁。
3.现场试验
3.1拉拔试验
加载点位于槽道螺栓处，拉拔荷载施加至11.2kN(1.4倍工作荷载)时，槽道平均位移为0.62mm，混凝土表面开裂时平均拉拔荷载为23.13kN，对应的槽道平均位移为1.84mm。加载点位于槽道两螺栓之间，拉拔荷载施加至11.2kN时，槽道平均位移为0.61mm，混凝土表面出现开裂时平均拉拔荷载为21.33kN，对应的槽道平均位移为1.88mm。
3.2剪切试验
剪切荷载施加至11.2kN（1.4倍工作荷载）时，槽道平均位移为0.66mm；剪切荷载施加至24kN时，槽道平均位移为1.69mm，槽道及混凝土完好、未产生开裂现象，荷载与槽道位移关系。
结语
（1）本文首先参考有关的团体及地方标准，提出槽道螺栓的工作荷载为：各方向均不得大于8kN。其次通过合理的安装方式，明确了盾构区间内管线及设备(包含：接触网、疏散平台、环网电缆、弱电电缆、通信信号壁挂设备、通信漏缆、消防水管等)在预埋槽道上安装后其对应的螺栓受力，其中接触网荷载最大(为7.667kN)、满足提出的螺栓工作荷载限值要求，同时通过增设吊柱及斜撑，在大直径管片(直径6m及以上)内安装接触网时，可有效解决车辆运行时接触网的稳定及槽道内螺栓的受力问题。（2）因接触网承受反复动荷载，要求螺栓需要能够承受3倍工作荷载，通过现场1：1试验，表明槽道采用Q345B型钢、各方向工作荷载施加至24kN(即3倍工作荷载)时，槽道周边混凝土未产生开裂破坏，槽道本体未产生明显的屈服变形和功能性失效破坏。
参考文献
[1]张茜.预埋槽道技术应用的现状调研与分析[J].建材与装饰，2016(41)：258-259.
[2]彭志强，孙路.地铁机电安装工程的施工与协调管理[J].现代城市轨道交通，2012(6)：98-100.
[3]王丙湘.浅析地铁安装工程中预留和预埋工作质量控制[J].机电产品开发与创新，2006，19(5)：26-27.
论文作者:李庚
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月第5期
论文发表时间:2020/4/30
标签：管片论文; 荷载论文; 螺栓论文; 盾构论文; 混凝土论文; 碱性论文; 工作论文; 《城镇建设》2020年2月第5期论文;