深圳地铁暗挖隧道预埋滑槽新技术应用

深圳地铁暗挖隧道预埋滑槽新技术应用

高波

深圳市地铁集团有限公司广东深圳518026

摘要：隧道施工中，设备以及各类管道安装是必不可少的一个环节，随着施工工艺逐步成熟，新技术推广应用越来越普遍，预埋滑槽技术从国外被逐步引进并首先在深圳地铁得到推广应用，该文主要介绍该项新技术基本原理，在深圳地铁暗挖隧道应用的实际操作和取得的效果，分析了其优势并进行了客观评价。

关键词：深圳地铁；暗挖隧道；预埋滑槽

随着国家基础设施建设的深入发展，新技术越来越多的被引进应用到建设工程实体之中，国外预埋技术的应用起始

1、引言

于1931年，最初为预埋槽钢，至今已有80多年历史。目前已广泛应用于建筑幕墙、高速铁路隧道、火车站、核电厂、电梯、桥梁、市政隧道与电力隧道等领域。德国和法国最早于上世纪60和70年代开始在地铁隧道内应用预埋槽钢技术，至今使用状况较好。目前，在欧洲发达国家（如德国、英国、法国、瑞士、比利时）及我国港台地区的地铁工程项目中已广泛采用土建结构预留预埋技术[1]。深圳地铁于2012年开始，在地铁9号线尝试借鉴其先进理念和经验，在全国范围内首次将预埋滑槽技术应用在了地铁盾构隧道内，取得了良好的效果，在感受了新技术应用带来的便利并总结了成功的经验后，地铁6号线建设时，深圳地铁大范围将预埋滑槽技术推广应用于桥梁、隧道、路基U型槽等施工领域，本文从暗挖隧道预埋滑槽技术应用方面，介绍其应用原理、技术成果和显著优势。

2、工程概况

2.1工程简述

深圳城市轨道交通6号线某地铁暗挖隧道，隧道暗挖段起讫里程为K29+981～K32+363.1，为低丘陵地貌，地形起伏较大。隧道全长2382.1m，为单洞双线隧道，线间距为5.3m，隧道净高9.56m，净宽度11.6m。隧道围岩等级分为Ⅱ～Ⅴ级，采用全包防水结构，以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和格栅钢架为初期支护，模筑钢筋砼为二次衬砌。施工中二次衬砌采用移动台车进行施工，台车长度为12m，模板结构尺寸与设计相适应。

2.2设计条件

该暗挖隧道为改善设备及管道施工条件，在二次衬砌边墙上采用预埋滑槽新技术，滑槽布置在边墙至拱腰位置，槽道预埋锚固在二衬混凝土内，沿隧道纵向布置间距为1m，所有槽式预埋件均要求采用一次热轧成型的全齿半闭口型钢槽道、可适应各种吊挂管线本身及其预埋区域的动荷载和地震荷载，并满足抗火、耐腐蚀等要求。

3、隧道预埋滑槽施工

3.1技术应用

当前隧道管道及设备安装常规的方式是隧道衬砌施工完成后，在二衬混凝土上打孔安装悬吊件或支架，该方法在当前地铁隧道施工中广泛应用，可满足不同管道的安装需求，方便快捷，但同时也存在明显的缺陷，具体表现为：

（1）设计、施工粗放管理致使土建与设备接口管理薄弱，差错碰漏严重、变更设计多。

（2）设备、设施、构件的安装工艺对土建结构的严重破坏，致使工程使用寿命大打折扣。

（3）施工成本高，营运维修难度大、成本高。

（4）脏乱的安装环境对精密设备可能造成损害。

（5）施工时作业环境差，安装效率低，安装质量无法保证，有可能因膨胀螺栓失效导致脱落或一系列不良反应。

为了保证设备安装质量，避免对已成型的结构造成破坏，减少后期运维成本，提高设备安装精度，预埋滑槽就是为解决这类问题而产生的一项新技术。预埋滑槽分为槽式预埋件安装、支架安装两部分，在施工过程中主要注重槽式预埋件安装，后期设备及管道安装时可根据需要进行支架布置。

槽式预埋件采用一次热轧成型的全齿半闭口型钢槽道，可适应各种吊挂管线本身及其预埋区域的动荷载和地震荷载要求，预埋件与隧道二衬边墙紧贴且嵌入墙身混凝土内部，在衬砌施工过程中进行预埋，操作简单，功效高，可以避免后期在成品混凝土上打孔。

3.2工艺原理

预埋槽道施工原理分为槽式预埋件制作、安装两部分。

槽式预埋件采用一次热轧成型的全齿半闭口型钢槽道，材质采用06Cr17Ni12Mo2Ti或Q235B（禁用沸腾钢），钢材C含量不大于0.17%，并具有足够的延展性，示意图如图2所示。

预埋槽道施工时，需要先在隧道二衬台车模板上固定，其施工步骤如下：

（1）在隧道二衬台车模板上根据槽道预埋间距进行标识，在垂直地面方向画出预埋位置线。

（2）沿标识线在模板上开孔，孔眼大小与T型螺栓相适应，每个槽道预埋件上下各开一个孔，用于固定预埋件。

（3）在台车模板上定位槽道，槽道安装定位在模板内侧，使用T型螺栓在模板外侧穿过开孔与预埋槽道进行固结拧紧，将槽道按间距分排在模板上定位，如图5、图6所示。

（4）待二衬钢筋绑扎完成后移动二衬台车就位，通过二衬台车伸缩油缸将模板进行定位。

（5）通过小窗检查预埋槽道安装及定位情况，确认合格后封堵端头，浇筑二衬混凝土。

（6）二衬达到拆模条件后松开模板外侧T型螺栓，二衬脱模。

这样，预埋槽道安装就完成了，整个安装过程简单快捷，与隧道二衬混凝土同步施工，衬砌混凝土脱模后，槽式预埋件牢固的嵌入结构内，保证其受力特性满足要求。

3.3预埋滑槽施工工艺要求

预埋滑槽在施工中可为设备及管网安装带来便利，但预埋件安装过程中需遵循以下注意事项：

（1）滑槽预埋前应详细检查，若发现表面处理层脱离或有裂纹，形状异常等情况，应及时更换。

（2）预埋滑槽要求与混凝土通过可靠的锚钉连接，锚钉间距及锚固长度应满足承载力要求，锚钉与衬砌混凝土中钢筋连接需满足防迷流要求。

（3）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，避免混凝土浇筑时灌入滑槽内，槽口与混凝土内面应光滑平整连接，凹凸误差不允许超过0.5mm，定位偏差不允许超过1.5mm。

（4）预埋滑槽在盾构管片中应用时，其位置应避开管片中心的螺栓手孔，距离螺栓手孔净距不小于120mm，端部距离管片纵缝净距不小于80mm。

（5）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。

（6）螺栓应采取可靠措施连接，接触网支架采用双螺帽固定，避免在运营中因震动等原因脱离，引起运营事故。

3.4预埋滑槽施工试验检测

从2013年开始，预埋滑槽技术在国内轨道交通中的应用刚刚起步，尚无相关设计规范和技术标准可遵循，须通过试验方式进行充分对比，试验方法包括：

（1）现场试验：现场试验包括拉拔试验、剪切试验、水平环堆载试验，试验结果可作为确定预埋滑槽锚固长度的依据。

（2）试验室试验：试验室试验包括中性盐雾腐蚀性及涂层冲击试验、疲劳试验、耐火性能试验、材质及耐久性测试。

3.4.1拉拔试验

选取封顶块、邻接块、标准块各选择两块进行非破坏性试验，各选择一块进行破坏性试验，非破坏性试验荷载13kN下（设计承载力10kN），槽道与螺栓的连接位移不超过1.0mm，并测试破坏性试验的极限值。

非破坏性试验：仪器安装完成后，使用油压千斤顶缓慢、均匀加载，约2分钟左右千斤顶加载至13KN，保持约2分钟后卸载，观察槽道变形、螺栓与槽道位移、槽道附近混凝土工作情况。

破坏性试验：仪器安装及加载速率同非破坏性试验，当槽道附近混凝土破坏或槽道破坏时即认为达到破坏最大荷载。

试验结果如下表1所示：

3.4.3水平环堆载试验

水平环堆载试验主要是为了检验接触网、逃生平台、水管等荷载作用下，预埋槽道的承载能力和稳定性。按逃生平台按350kg/m2，水管200kg/m，接触网为500kg/个吊点计算，试验的主要方法是选取上述吊点位置，在拼装后的样板环上通过悬挂或堆积重物的方式，模拟最大的实际受力工况。

除上述现场试验外，其余试验室在室内进行，需要的周期较长，经过试验论证，目前使用的预埋槽道构件试验指标均能满足使用要求。

4、隧道预埋滑槽应用优势

4.1技术方面

预埋滑槽在安装、使用上的技术优势是无可比拟的，主要在以下几个方面体现突出：

（1）滑槽采用工厂化加工及预埋，能够确保质量。

（2）在设备及管道安装过程中避免在衬砌混凝土上打孔，对结构不会造成任何损伤,保证了结构的耐久性。

（3）设备及管线安装操作简单，功效高，减少后期运营阶段的围护工作量。

（4）使用预埋滑槽技术，设备及管线布设将更加方便灵活，大大改善现场安装施工环境[3]。

（5）运营期维护、更换隧道内设备、管线等更加方便。

4.2经济方面

如果仅仅比较直接经济成本，经初步测算，采用预埋滑槽技术在隧道安装方面每延米比采用打孔技术多600～800元，这也是多数人反对预埋技术的原因。但从全寿命周期成本来考虑，预埋滑槽的应用大大提高了施工效率，缩短了建设周期，减少了建设成本，预埋技术比传统的打孔施工技术在工程整个使用周期内更节省成本。

5、隧道预埋滑槽应用的意义

深圳地铁应用预埋滑槽技术后，在全国引起了强烈反响，兰州地铁、杭州地铁、宁波地铁、广州地铁、佛山地铁、南宁地铁、合肥地铁以及香港地铁等多家地铁公司来深圳参观和交流，共同探讨预埋技术的发展前景以及改进方向等。目前，兰州地铁于2015年上半年已开始在一条整条线路上应用预埋滑槽，上海地铁在盾构隧道通缝拼装管片上已采用预埋滑槽，长沙地铁于2015年4季度开始使用预埋滑槽，其他许多地铁公司均表示拟采用预埋滑槽技术，预埋技术的应用已初步具有“星星之火、可以燎原”之势。专家们对预埋滑槽的应用总体评价如下：

（1）预埋滑槽技术在国内、外均有成功案例，而在国内地铁工程中使用尚属首次，该技术具有减少对隧道主体结构破坏、节省安装时间、减少工序干扰等诸多优点，在深圳地铁9号线首次推广使用是一个科技进步。

（2）预埋滑槽技术总体实施效果可靠、设计参数选取合理、现场和实验室试验成果可靠。

（3）预埋设计理念先进，为预埋技术实现标准化、工厂化以及提高隧道设备安装效率和减少对结构的损坏创造了有利条件，促进了该领域技术的科技进度，具有广泛推广的价值。

小滑槽、大革命。滑槽虽小，但推广的意义重大。目前深圳地铁已将滑槽技术全面推广应用到高架桥、路基U型槽、矿山法、盾构隧道，根据目前预埋滑槽技术实际应用情况，建议如下：

（1）预埋滑槽的锚固技术目前主要有采用铆钉和型钢两种方式，建议对两种方式的应用效果做出对比。

（2）建议进一步研究滑槽在隧道模具内的固定技术，确保预埋了滑槽后的衬砌及管片质量不低于不预埋滑槽的管片质量。

（3）急需制定出地铁隧道内使用预埋技术的行业规程，然后尽快形成国家级的规范和标准。

（4）建议国家有关部门应该在有关文件中制定强制性条文，要求地铁工程中必须使用预埋技术。

参考文献

[1]杜峰．深圳地铁9号线盾构法隧道管片预埋滑槽设计研究及探讨[J]．隧道建设，2014（3）：249-250.

[2]曾斌．管片预埋滑槽在深圳地铁9号线的应用[J]．都市快轨交通，2015（2）：114-115.

[3]马晓波.盾构管片预埋滑槽技术在兰州地铁中的应用[J]．铁道标准设计，2016（3）：102-103.

[4]邓剑荣，丁先立.预埋滑槽技术在城市轨道交通工程中的应用[J]．城市轨道交通研究，2016（8）：90-91.

作者简介：高波（1980-5），工程师，主要从事施工管理。