【技术】地铁预埋槽道，是轧制出来的吗？

浅析预埋槽道技术在地铁隧道中的应用

地铁作为一种成熟的公共交通工具，以其客运量大、运行速度快、安全准点、不受气候条件影响等优点，成为各大中城市理想的选择。目前，中国轨道交通建设事业高速发展，但由于诸多原因，各地地铁隧道仍存在不少问题，如：重土建施工、车辆及设备采购，轻设备安装；设备、设施、构件的安装工艺对土建结构造成严重破坏，致使工程使用寿命大打折扣；施工与营运维修难度大、成本高，等等。这些问题逐渐引起业内的高度关注，有关部门和单位也开始在借鉴国外发达国家成功经验的基础上，探索和实践相关的应对技术措施和方法。深圳地铁9号线首试全线预埋之举，无疑是在钻机打孔的传统施工方法之外，为地铁施工安全探求一种新的解决方法。

“预埋槽道技术”在国内外的应用



国外预埋槽道技术的应用始于1931年，是随着混凝土工程的快速发展而研发运用的一种技术，德国和法国最早于上世纪60、70年代开始在地铁隧道内应用。目前，该技术已在日本、埃及、新加坡、韩国和马来西亚等多个国家和地区的地铁隧道内得到广泛应用。

国外应用较为普遍的预埋件当属哈芬槽，其基本工作原理是：先将C型槽钢预埋于混凝土中，再将T型螺栓固定。在轨道交通工程中，哈芬槽已在接触网、通信信号及电力设备等固定安装方面得到广泛应用，也适用于所有会发生动态承载的固定装置中，如起重轨或机械固定装置。国内研发生产的哈芬槽同类产品有华盾槽、天盾槽等。

在中国，预埋槽道技术最初在核电工程中应用较多，后来逐渐在建筑幕墙、高速铁路隧道、火车站、桥梁、市政隧道与电力隧道、轨道交通等领域中使用。2005年，武广高铁开工建设，施工单位在其沿线的隧道内使用了该技术，由此拉开了中国铁路预埋槽道技术应用的先河，之后，郑西高铁、广深港高铁、合福高铁以及京沪高铁等多条高铁线路相继采用该技术。但在这多年时间里，预埋槽道技术在城市轨道交通隧道综合管线安装中的应用一直没有突破。

直到2013年，深圳地铁9号线决定全线采用预埋槽道技术，该技术才逐渐在轨道交通行业内得到关注和发展。从无人知晓到9号线的全线采用，深圳地铁集团首席规划师刘卡丁先生一直致力于预埋槽道技术的推广。近几年来，刘卡丁先后在全国各地进行了关于推广地铁预埋技术的讲座及报告共计40余场次。“目前，设计院和业主已经没有明显的反对声音。对于每一个地铁公司来说，要改变一个传统的习惯，把预埋提前到土建来做，需要改变很多，改变观念、管理模式、标段划分、投资安排等等，目前持观望和等待态度的占多数。”目前，除深圳地铁9号线、青岛地铁蓝色硅谷线确定采用预埋槽道技术外，长春、兰州等地铁也可能采用预埋槽道技术。

深圳地铁9号线首试全线预埋

虽然前期经历了各方压力，但深圳地铁集团顶住压力，认真听取来自各方的不同意见，不断完善预埋技术，最终促成了在深圳地铁9号线的隧道内使用预埋槽道技术的突破。深圳地铁集团在总结已有试点工程成功经验的基础上，拟以全面推广预埋件技术为切入点，促进地铁设备安装的标准化、规范化管理。



由于预埋滑槽技术在国内轨道交通中的应用起步较晚，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。为此，深圳地铁组织设计单位通过现场试验（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）和实验室试验（包括：中性盐雾腐蚀性及涂层冲击试验、耐火性能试验，对材质及耐久性测试）确定了设计参数和生产工艺要求，并多次组织国内知名专家进行论证和优化。同时，由于预埋滑槽时在管片上形成一条槽道，可能对管片的整体受力产生影响，深圳地铁还专门委托湖南大学采用有限元仿真模拟进行了管片应力计算分析，分析结果显示，无论是盾构管片应力变化还是钢筋应力及应变，以及混凝土应力及应变、混凝土裂缝宽度等都满足规范要求，混凝土管片安全可靠。



2013年9月，9号线首个盾构区间深湾~深圳湾公园区间开始施工，其左、右线分别预埋了哈芬槽与华盾槽的管片。2014年5月，深圳地铁在深湾~深圳湾公园区间左线预埋的滑槽管片上进行了100m管线安装试验，取得良好效果。同时，针对试验段暴露出来的安装过程中防腐层易受损、滑槽预埋施工精度较难控制、T型螺栓如何防脱落等问题，深圳地铁还进行了一系列改进。



为了打造地铁9号线的质量，深圳地铁集团从滑槽成品进场到管片生产，再到现场安装的全过程制定了比常规产品更为严格的送检检验机制，全方位确保预埋滑槽技术的成功运用，希望能在认识和实践上得到生产厂家、设计院、业主等各方面的认同。



深圳地铁9号线是全国首次将预埋滑槽技术应用到地铁盾构隧道内，到2016年可成为全国首条样本工程。



预埋槽道零损伤



“在当前的地铁建设中，施工单位把土建结构完成之后任意打孔，前期不需要去考虑设备有多大、有多重，形状是什么样子，想要安装在哪里。这看似很方便，其实是一种粗放管理。”随着现代工艺的不断发展，粗放管理已经越来越不能满足各方面要求，施工也将不断精细化。目前，全国大多数地铁依然采用传统膨胀螺栓的施工安装方法。而与传统的钻机打孔技术相比较，预埋槽道技术在工程损坏、施工环境、综合成本等方面均体现出了显著的优势。



谈到地铁损坏及安全问题，刘卡丁认为，传统的钻机打孔技术每次打孔的高度、部位都不一样，这不仅会对隧道结构造成严重破坏，也会降低隧道使用寿命。对于钻机打孔技术施工的地铁寿命，刘卡丁表示，“很难说寿命有多少，实践证明大概是十年左右。”而采用预埋槽道技术可明显改善这一现状。预埋槽道后，可以把所有系统安装都集成在固定的槽道上，任意新增、日后扩容、管道移位都无需锚栓打孔，局部可拆除而不损坏隧道混凝土管片，“现在的预埋件基本都是通过工厂预制、工厂生产，然后精心预埋到结构里面，对整个结构零损伤。”虽然目前国内没有实例，但据刘卡丁推测，使用预埋技术的地铁寿命是五十年到八十年，如果未来在防腐方面有突破，完全可能超过一百年。



除了损伤结构之外，钻机打孔还会产生大量粉末，恶劣的安装环境对工人健康以及后续工程的安全性、可靠性、耐久性等都有严重威胁。而使用预埋槽道技术之后，供电接触网、信号灯、地下照明、疏散平台等都可以按照设计要求使用此技术安装，不但使得施工环境得到明显改善，也大大提高了设备安装效率。



此外，费用也是当前很多地铁业主主要考虑的因素。相对钻机打孔而言，使用预埋槽道技术的前期投入看似比较大，但对整个安装的工序来讲，不但节省工期，而且材料、安装和后期维护等综合成本都将大幅降低。



预埋槽道难推广



土建为设备服务，设备为营运服务，营运为经营服务。全面推广预埋件技术，不仅可提高设备安装效率，改善安装作业环境，便于设备的日常维护保养，同时也大大降低了因安装施工而导致的隧道结构损伤，有效延长了工程寿命。但具有如此多优势的预埋槽道技术，到目前为什么还没有大范围推广呢？



首先，在关注其利好之余，预埋槽道施工中的一些通病也不容忽视。沿预埋件周边渗漏水或预埋件附近会出现渗漏水；预埋钢管堵塞不畅通，预留槽内渗入水泥浆；预埋盒（室）无法安装或背后漏防水板；预埋盒（室）变形、 移位等等。除自身存在的问题之外，刘卡丁还提出了三个难点。其一，国内地铁建设过程中已经习惯打膨胀螺栓的施工安装方法，并认为这种方式是正确而且唯一的选择，所以在推广预埋槽道技术之时，观念的转变就成了一大难点。目前，预埋槽道技术在全国没有样本，行业对该技术的了解也不够深入，众多地铁业主不敢贸然尝试。



其二，钻机打孔的产业已发展几十年，生产膨胀螺栓的企业与设备、相应的国家标准等成套的工艺已形成，预埋件的出现，对于传统膨胀螺栓的生产、安装企业来说是一次沉重的打击。很多利益相关方也已经形成粗放管理的习惯，对精细化管理的要求有着强烈的抵触心理。这在一定程度上阻碍了预埋件的推广。



其三，作为一项新的创新技术，预埋槽道技术目前没有相应的国家标准，这成为预埋槽道技术发展的另一个瓶颈。铁路接触网隧道内预埋槽道的铁道行业标准于2013年7月1日已正式实施，但在地铁行业，全国还没有制定规范的预埋件行业标准。预埋件标准规格、间距、防腐措施、抗拉强度等等都成了人们质疑的问题。不但如此，这还很容易造成土建施工单位和安装单位之间的脱节，在预留或预埋孔洞的精度方面存在偏差。进而导致土建单位不按相关设计要求、施工规范及工艺标准等进行预留、预埋工作。



刘卡丁认为，目前的地铁施工普遍缺乏为下一道工序服务的意识。“2015年，我们很重要的一项工作就是申请国家标准。目前已经和住建部取得联系，获得了积极支持，希望尽快能获批立项。国家标准出来后，将它纳入规范，并且用国家标准强制推广，将从根本上解决工程质量问题。”



以工期换寿命



精细化是设备安装应努力达到的一个要求，用刘卡丁的话来说，地铁建设需要不断向工业化、精细化、高效率发展。“轨道交通行业涉及面广、安全质量要求高，因此具有一定的领军作用。轨道交通能用的，道路、桥梁、房屋建设等其他工程也基本能用。”刘卡丁认为，“工业化的预埋件改变的是一种传统的工艺观念，具有很高的推广价值，一旦推广成功，我国的工程建设将实现大大的跨越，至少跨越三十年。”届时，野蛮施工的现状将得到明显改善，系统安装、产品集成、技术接口等方面的精细化水平将赶上发达国家。



“长久以来，‘后门关死’的现象普遍存在于工程建设中，很多工程在不具备开工条件的时候已经确定开通时间，后期就导致不断抢工，但这种做法不利于长期发展。”随着工艺水平的不断提升，人们开始意识到，如果一年的工期可以换来十年的工程寿命，这是很有价值的。随着精细化施工的不断发展，实现让工期不可压缩将成为时代的一种进步。



刘卡丁相信，随着预埋槽道技术在深圳、长春和青岛地铁中的良好应用和可靠运行，槽道预埋技术必将给中国城市轨道交通的建设带来翻天覆地的改变。