预埋槽道在北京地铁7号线东延工程中的应用分析

孙 希 波

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068)

1 概述

传统的地铁盾构区间内部设施安装过程中，需要在盾构管片上进行打孔、植筋，而后安装设备支架。此种做法不仅对管片结构带来一定伤害，而且在隧道内进行人工钻孔效率低下、施工环境恶劣，影响工人的健康和安全。

国外预埋槽道技术的应用起始于20世纪30年代初，国际比较流行的有德国生产的哈芬槽道，目前已广泛应用于高铁隧道、桥梁、市政隧道与电力隧道、预装式地铁车站、建筑幕墙等领域，近些年我国高铁工程也已引进预埋槽道技术并成功应用于京沪、武广、郑西等高铁接触网工程上[1]。国内地铁盾构管片预埋槽道于2013年在深圳地铁9号线开始试验使用，拉开了地铁盾构管片预埋槽道应用的序幕[2]；2014年兰州地铁1号线一期工程全线采用盾构管片预埋槽道技术，国内众多城市轨道交通工程跃跃欲试。2015年初在8号线3期六营门站—五福堂站区间48环管片进行了预埋槽道产品的试验[3]。

2 预埋槽道介绍

预埋槽道是便于安装且可调节的理想固定件，该预埋件使用T型螺栓或带齿螺栓及相配的螺母、垫圈，可以用来固定任何结构部件。

它是由一条C形槽钢和至少两个布置在槽钢背面的锚钉组成，具有热浸镀锌和不锈钢材质，槽钢内使用泡沫填充物或条形填充材物能够防止混凝土进入槽钢内(如图1所示)。槽道预埋在混凝土中，表面与混凝土平齐。槽道有多种型号，它有一个防松动的设计，将专用T型螺栓配合使用，既紧固方便，还可任意调节，是许多大型工程项目如铁路隧道、桥梁、机场等的首选紧固件。

3 预埋槽道技术的优势

1)混凝土预制件全部标准化，便于现场管理；

2)不存在破坏钢筋，损坏结构的风险；

3)无需钻孔，后期安装速度极快，节约工期；

4)整体结构完整；

5)后期营运维护方便、成本低；

6)受力模式相比于锚栓更为可靠；

7)安装效果不受工人施工技术和态度影响；

8)安装位置可以调整；可随意新增设备[5,6]。

4 经济效益分析

打孔方式以膨胀螺栓为例，膨胀螺栓单价28元～30元，每延米所需数量为25个，则每米造价为700元～750元，打孔2人每天打30个孔，每千米需求孔数为25 000个，每人每天200元，则每米造价为333.4元，人工清孔、试孔及安装费用每千米约为10万元，由于打孔造成管片破裂或破裂等费用每千米约为20万元，总体计算每千米造价为133.34万元～138.34万元(不含支架的费用)，但受到安装质量、环境腐蚀的影响，需要经常维护，为达到100年的工程寿命，传统方法的总体花费将高达单线每千米400万元以上。

而使用预埋槽道虽然在前期每千米单线区间隧道的投入约需180万元～260万元，但是后期维护费用少。两者具体的技术经济分析详见表1。

表1 预埋槽道与传统打孔技术经济分析

5 预埋槽道设计计算

5.1 荷载

城市轨道交通工程是一个多专业的系统工程，区间的管线错综错杂，主要设备有FAS，BAS，动照，供电，通信，信号，疏散平台，消防水管等，区间主要设备荷载如下所示。

1)FAS，BAS专业。

每层托架：6.831 kg/m，每层管线：6.78 kg/m，按两层算：(6.831+6.78)×2=27.22 kg/m，每1.2 m重量：27.222×1.2=32.66 kg。

2)动照专业。

a.区间桥架：每0.8 m重量200 kg，一共两层；

b.区间照明箱、应急照明箱：10 kg一面；

c.射流风机、消防阀双切箱：50 kg一面。

每1.2 m重量：1.2×(200+10+50)×2=624 kg。

3)供电专业。

每层托架及管线：135 kg/0.8 m，供电的电缆支架要求0.8 m一个，每1.2 m重量：1.2×135/0.8=202.5 kg。

4)通信专业。

通信专业各类荷载最大值40 kg/m。

5)疏散平台：疏散平台宽度1 m。a.5 kPa均布人群荷载；b.±3.5 kPa活塞风荷载。

6)排水专业：消防水管道重量41.7 kg/m。

5.2 锚杆验算

根据槽道厂家提供的技术指标，预埋槽厂家提供预埋槽锚栓各项设计值：1)锚杆锚固力15 kN。锚杆设计值。2)切向承载力为6 kN。计算工况，两个锚栓间为一个安装螺栓。

经过对区间各专业荷载进行对比，在区间隧道中疏散平台荷载最大，其余荷载均较小，因此以下仅针对疏散平台支架进行验算，其计算简图详见图2。

螺栓间距大于锚栓最大间距190 mm，两个锚栓间为一个螺栓，其最不利情况即荷载全部由一个锚栓承担。

拉拔力：F1=F2=1.4×5×1×1.2×0.5/0.463=9.07 kN<15 kN，满足要求。

每个锚栓承受剪力：V=1.4×5×1×1.2/3/cos26=3.1 kN<6 kN，满足要求。

5.3 数值计算

为了精确计算每个锚栓的受力，采用数值计算软件midasV7.2

对锚栓进行验算，荷载采用2种：

1)人群荷载正压5 kPa；

2)风压-3.5 kPa[8]。

根据计算结果图3及图4，人群荷载作用下为控制工况。

1)锚栓轴力。

8.1/cos26=9.01 kN<15 kN，满足要求。

2)锚栓剪力。

5.8×cos26-8.1×sin26=1.66 kN<6 kN，满足要求。

6 结论和建议

1)结构受力方面，根据本文中简化计算及数值计算，所选用的锚栓型号及数量满足受力要求，是安全的；

2)经济效益方面，7号线东延共9个盾构区间，其中7个区间采用了预埋槽道技术，双线长度21 507 m，根据文中的分析，可以节约资金：21.5×(400-(180+260)/2)=3 870万元；

3)工期方面，在不考虑各专业交叉的情况下，预埋槽道是人工打孔的3.4倍；

4)预埋槽道技术避免了人工打孔产生大量粉尘及噪声，是一种绿色环保的生产方式。