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        地鐵疏散平臺(tái)材料選型研究

        2018-12-20 12:45:36
        現(xiàn)代城市軌道交通 2018年12期
        關(guān)鍵詞:支墩型鋼號(hào)線

        王 敏

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川成都 610031)

        1 疏散平臺(tái)材料及特性對(duì)比

        1.1 疏散平臺(tái)材料

        (1)混凝土材料,采用鋼筋和混凝土預(yù)制而成。

        (2)SP 空心板(SP 預(yù)應(yīng)力空心板),是美國(guó)SPANCRETE 公司的專(zhuān)利產(chǎn)品,采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40~C45 的零塌落度細(xì)石混凝土和1×7 標(biāo)準(zhǔn)型低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,利用美國(guó) SPANCRETE 機(jī)械制造公司創(chuàng)制的SPANCRETE 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板生產(chǎn)設(shè)備沖搗擠壓成型而成,僅作為平臺(tái)板使用。

        (3)鋼材,采用 Q235 碳素鋼,僅作為支架使用。

        (4)復(fù)合材料,是以酚醛樹(shù)脂為基體材料、玻璃纖維無(wú)捻粗紗為增強(qiáng)材料,采用特殊工藝制成的樹(shù)脂基復(fù)合材料。

        (5)水泥基材料,是指與普通混凝土相比,增加水泥用量,減小粗骨料石子粒徑,摻入部分增韌纖維,材料強(qiáng)度更高、性能更好。

        (6)RPC 材料(Reactive Powder Concrete),是一種高強(qiáng)、高性能的混凝土,由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被稱(chēng)為活性粉末混凝土。它在水泥基混凝土的基礎(chǔ)上,將粗骨料取消,改用細(xì)骨料(直徑 1 mm 左右的石英砂),加入了更多的高活性粉末(如硅灰、礦粉等),摻入了鋼纖維,并通過(guò)蒸養(yǎng)使活性粉末的活性成分得以發(fā)揮,使得混凝土的強(qiáng)度更高、耐久性更好。

        1.2 疏散平臺(tái)材料特性對(duì)比

        圖1 給出了 6 種疏散平臺(tái)材料在自重、施工進(jìn)度、工程造價(jià)、耐久性、耐火性、后期維護(hù)難度及維護(hù)量方面的遞進(jìn)關(guān)系。由圖 1 可以看出,預(yù)制混凝土和 SP 空心板耐久性、耐火性好,造價(jià)低,后期維護(hù)量小,但自重大、施工工期長(zhǎng)、后期維護(hù)困難;鋼材和復(fù)合材料重量輕、施工速度快、后期維護(hù)簡(jiǎn)單,但耐久性、耐火性差、造價(jià)較高,其中鋼材后期維護(hù)量較大;水泥基材料和 RPC 材料耐久性、耐火性好,后期維護(hù)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小,且重量、施工速度及造價(jià)均適中。

        圖1 疏散平臺(tái)材料特性對(duì)比圖

        2 疏散平臺(tái)材料應(yīng)用及對(duì)比分析

        2.1 混凝土支墩(或型鋼支架)+ 混凝土平臺(tái)板(或 SP 空心板)

        混凝土支墩+混凝土平臺(tái)板疏散平臺(tái),混凝土的強(qiáng)度一般采用 C30,結(jié)合電纜支架間距模數(shù) 0.8 m 的要求,混凝土支墩縱向距離采用 0.8 m×3 = 2.4 m,平臺(tái)板厚為 0.1 m。平臺(tái)板可以采用實(shí)心板,也可采用預(yù)應(yīng)力空心板。成都地鐵1號(hào)線及南延線、2 號(hào)線,無(wú)錫和福州地鐵采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        這種疏散平臺(tái)由于混凝土板厚較厚、跨度較大,混凝土支墩受到的荷載較大,單獨(dú)靠混凝土支墩在隧道上的錨栓,很難有效地將混凝土支墩固定在隧道側(cè)壁上,故需要將混凝土支墩伸入道床范圍(圖 2a)。在鋼彈簧特殊減震道床地段,軌道的側(cè)邊有減震彈簧,混凝土支墩不能進(jìn)入道床范圍(圖 2b)。在軌道排水溝位于鋼軌外側(cè)地段,預(yù)制混凝土支墩會(huì)進(jìn)入排水溝范圍,影響排水溝排水且不利于混凝土支墩下部的穩(wěn)定,故不宜采用(圖 2c)。另外,混凝土支墩插入道床,道床需要二次澆注,工序麻煩且影響整體道床施工質(zhì)量;混凝土支墩及平臺(tái)板自重大,安裝設(shè)備需要占用隧道空間,影響軌道鋪設(shè)。

        為了解決混凝土支墩不能進(jìn)入道床的問(wèn)題,部分地區(qū)通過(guò)采用型鋼支架代替混凝土支墩,平臺(tái)板仍采用混凝土平臺(tái)板(圖 3)。由于型鋼支架為純懸臂構(gòu)件,型鋼支架固定端受力較差,故一般采用跨度較小的混凝土平臺(tái)板(跨度 1.5 m、厚度 80 mm),型鋼支架一般采用 2 根槽鋼或 1 根 H 型鋼或 T 型鋼支架。T 型鋼支架需將鋼板現(xiàn)場(chǎng)分割焊接成型,工作量大且鋼材損耗大,實(shí)際發(fā)生的費(fèi)用較高,成都地鐵 3 號(hào)線一期工程采用此種類(lèi)型。

        2.2 水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板

        混凝土疏散平臺(tái)的應(yīng)用表明,其存在的問(wèn)題均由自重引起,而減小構(gòu)件自重需減小構(gòu)件尺寸,減小尺寸則需靠減小構(gòu)件受力并提高構(gòu)件強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)。水泥基疏散平臺(tái)通過(guò)工廠預(yù)制和養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度可達(dá) 60 MPa,減小平臺(tái)板跨度可有效減小平臺(tái)板及支墩受力。但在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn),水泥基疏散平臺(tái)在承受動(dòng)荷載或較大震動(dòng)時(shí)容易掉塊或開(kāi)裂,開(kāi)裂后構(gòu)件強(qiáng)度損失較快。

        圖2 疏散平臺(tái)混凝土支墩伸入道床影響示意圖(單位:mm)

        圖3 型鋼支架+混凝土平臺(tái)板疏散平臺(tái)(單位:mm)

        水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板疏散平臺(tái)支墩寬度一般為 120 mm,間距采用 1.2/1.5 m(匹配管片長(zhǎng)度),平臺(tái)板厚度 50 mm(圖 4)。成都地鐵2號(hào)線西延線、4 號(hào)線西延線,北京地鐵 6 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)、14 號(hào)、昌平線及 8 號(hào)線聯(lián)絡(luò)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        2.3 RPC 支墩 + RPC 平臺(tái)板

        為克服水泥基材料的缺點(diǎn),長(zhǎng)沙、天津、沈陽(yáng)等城市研究采用強(qiáng)度更高且加入鋼纖維的 RPC 疏散平臺(tái),RPC 強(qiáng)度可達(dá) 130 MPa 以上。

        RPC 支墩 +RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)支墩寬度一般采用120 mm,間距采用 1.2/1.5 m(匹配管片長(zhǎng)度),平臺(tái)板厚度 40 mm(圖 5)。成都地鐵 4 號(hào)線東延線、7 號(hào)線、10 號(hào)線一期工程,天津地鐵 5 號(hào)、6 號(hào)線,沈陽(yáng)地鐵 8 號(hào)、9 號(hào)線,長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)、2 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        高架區(qū)間疏散平臺(tái)由于水泥基或 RPC 支墩較重,疏散平臺(tái)也有采用型鋼支架+水泥基或 RPC 平臺(tái)板的方案,型鋼支架同時(shí)可以作為電纜支架的豎向支架(圖6)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是橋梁上的平臺(tái)支架和電纜支架空間共用,缺點(diǎn)是 2 個(gè)專(zhuān)業(yè)的施工時(shí)間不同,相互協(xié)調(diào)量較大。深圳地鐵 3 號(hào)線、成都地鐵2號(hào)線東延線、北京地鐵 7 號(hào)線、廣州地鐵 4 號(hào)線、深圳地鐵 11 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        圖4 水泥基支墩+水泥基平臺(tái)板疏散平臺(tái)(單位:mm)

        2.4 復(fù)合材料支架+復(fù)合材料平臺(tái)板

        樹(shù)脂基復(fù)合材料疏散平臺(tái)板一般長(zhǎng)度為 6 m,支架間距采用 1.2/1.5 m(匹配管片長(zhǎng)度),平臺(tái)板厚度 35~50 mm(圖 7)。廣州地鐵 3 號(hào)線北沿線、6 號(hào)線,成都地鐵 4 號(hào)線一期,貴陽(yáng)地鐵1號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        圖5 地下區(qū)段 RPC 支墩 + RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)

        圖6 高架區(qū)段型鋼支架 +RPC 平臺(tái)板疏散平臺(tái)

        圖7 復(fù)合材料支架 + 復(fù)合材料平臺(tái)板疏散平臺(tái)

        圖8 型鋼支架 + 樹(shù)脂基平臺(tái)板疏散平臺(tái)

        為了將平臺(tái)板下空間盡量多給下部電纜支架,也可采用型鋼支架+樹(shù)脂基平臺(tái)板方案(圖 8)。此方案最大可能地照顧了電纜支架空間,利用了樹(shù)脂基復(fù)合材料平臺(tái)板重量輕、施工方便的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也集合了兩者的耐久性、耐火性差且造價(jià)高的缺點(diǎn)。上海地鐵 12 號(hào)、13 號(hào)線,青島地鐵 3 號(hào)線、藍(lán)色硅谷線,昆明地鐵1號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)線采用這種材料的疏散平臺(tái)。

        表1 疏散平臺(tái)材料應(yīng)用對(duì)比

        2.5 對(duì)比分析

        表1 從施工進(jìn)度、工程造價(jià)等方面給出了疏散平臺(tái)材料應(yīng)用組合綜合對(duì)比分析結(jié)果。從表 1 可以看出,復(fù)合材料或鋼支架+復(fù)合材料平臺(tái)板疏散平臺(tái),在施工進(jìn)度方面有明顯的優(yōu)勢(shì),為混凝土疏散平臺(tái)的 10 倍,為 RPC 及水泥基疏散平臺(tái)的 5 倍;混凝土疏散平臺(tái)在造價(jià)方面優(yōu)勢(shì)明顯,造價(jià)僅為復(fù)合材料的 50%,RPC 的65%,水泥基的 68%。但無(wú)論哪一種材料,支架采用鋼支架后,造價(jià)都較高。

        3 結(jié)論與建議

        綜合以上疏散平臺(tái)材料特性及現(xiàn)狀應(yīng)用對(duì)比分析,得出以下結(jié)論。

        (1)混凝土疏散平臺(tái)對(duì)浮置板道床區(qū)段及普通道床側(cè)水溝區(qū)段影響較大,不建議采用。

        (2)SP 空心板需配合鋼支架使用,造價(jià)較高,不建議采用。

        (3)鋼材由于耐火性和耐腐蝕性差,需要涂刷防火、防腐涂料,后期維護(hù)工作量大且造價(jià)較高,不建議采用。

        (4)復(fù)合材料由于耐火性、耐久性差、造價(jià)高,材料中含有的玻璃纖維影響人員健康,不建議采用。但其作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)材料,加之具有施工速度塊的優(yōu)勢(shì),若將來(lái)其耐久性和耐火性得到提高,亦可作為備選方案。

        (5)水泥基和 RPC 材料耐久性、耐火性好,后期維護(hù)簡(jiǎn)單且維護(hù)量小,施工速度雖為預(yù)制混凝土的 2倍,但是避免了混凝土疏散平臺(tái)局部區(qū)段不能采用、影響道床施工質(zhì)量等問(wèn)題。雖價(jià)格是預(yù)制混凝土的 1.5倍,但隨著廠家的增加,價(jià)格逐年在降低。RPC 材料價(jià)格較水泥基材料高 5%,但其強(qiáng)度及動(dòng)荷載作用下的性能高于水泥基材料。經(jīng)綜合比較,推薦采用 RPC 材料。

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