地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

曲 正

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)電氣化工程有限公司 天津 300300)

1 引言

疏散平臺(tái)作為地鐵區(qū)間的快速輔助逃生通道，在城市軌道交通領(lǐng)域具有十分重要的作用[1]。當(dāng)前，進(jìn)行地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)施工時(shí)，常規(guī)的做法是在軌道鋪設(shè)完畢后，以軌道線路中心及軌面高程為基準(zhǔn)，對(duì)地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)鋼梁、側(cè)向平臺(tái)板等進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)定測、計(jì)算，而后進(jìn)行加工訂貨及后續(xù)施工。然而，隨著地鐵建設(shè)工期越來越緊，需要在地鐵軌道尚未鋪設(shè)時(shí)，即開始進(jìn)行地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)的施工。

隨著國內(nèi)外地鐵建設(shè)技術(shù)的日漸成熟，地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)的設(shè)置精度要求越來越高，而側(cè)向平臺(tái)疏散方式的瓶頸在于疏散平臺(tái)的寬度[2]，尤其在地鐵區(qū)間曲線地段，由于測量、計(jì)算、安裝、經(jīng)驗(yàn)值考慮等各方面的累計(jì)誤差，往往會(huì)超出有效標(biāo)準(zhǔn)范圍。

由于國內(nèi)地鐵隧道主要以盾構(gòu)圓形隧道為主[3]，同時(shí)，地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)距離軌面高度為一個(gè)定值，因而受軌面調(diào)線調(diào)坡數(shù)據(jù)影響較大。為確保側(cè)向平臺(tái)鋼梁安裝水平，平臺(tái)鋼梁與連接鋼板的角度隨著其在盾構(gòu)管片上安裝高度的不同而發(fā)生變化，H型鋼布置間距在1.8 m以下時(shí)，各部件受力情況良好，滿足使用要求[4]。由于平臺(tái)鋼梁相互間距較小，角度偏差變化不明顯，常規(guī)做法一般是采用墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)用水泥砂漿封堵，但當(dāng)偏差較大時(shí)，則要返工，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量及進(jìn)度。

如何在無軌道條件下進(jìn)行地鐵盾構(gòu)區(qū)間側(cè)向平臺(tái)有效施工，同時(shí)，提高側(cè)向平臺(tái)安裝精度及質(zhì)量，成為一個(gè)有價(jià)值的研究課題。

2 地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工優(yōu)越性

地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)安裝采用無軌道施工方法，擺脫了對(duì)軌道的依賴，極大地縮短了地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)安裝工期，有效地消除了軌通之后、電客車?yán)錈峄斑M(jìn)行側(cè)向平臺(tái)安裝必要的施工時(shí)間。

地鐵區(qū)間電纜支架、線槽、水管等安裝時(shí)，一般以側(cè)向平臺(tái)板為基準(zhǔn)，當(dāng)側(cè)向平臺(tái)安裝采用無軌道施工技術(shù)施工時(shí)，地鐵區(qū)間電纜支架、線槽、水管等都可同步安裝，如圖1所示，極大地提高了地鐵區(qū)間各專業(yè)整體施工效率。

圖1 隧道直線段主要設(shè)備安裝位置(單位:mm)

3 地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工原理

(1)站臺(tái)邊緣施工，應(yīng)按照鋪完軌后的軌道中心線來定位站臺(tái)邊緣與軌道中心的距離[5]，同理，地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工，要依據(jù)軌道線路調(diào)線調(diào)坡數(shù)據(jù)，采用全站儀、棱鏡、水準(zhǔn)儀、塔尺、水平尺等儀器，結(jié)合軌道線路中心點(diǎn)、盾構(gòu)區(qū)間水準(zhǔn)基點(diǎn)等數(shù)據(jù)，復(fù)測軌道線路中心線、軌面高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)結(jié)合曲線要素，復(fù)測曲線段軌道線路中心、曲線半徑、兩軌面高程等相關(guān)數(shù)據(jù)。

(3)收集隧道內(nèi)的標(biāo)樁數(shù)據(jù)，獲得標(biāo)樁已有公里標(biāo)高程數(shù)據(jù)[6]，結(jié)合相應(yīng)點(diǎn)位軌道線路中心線及軌面高程，進(jìn)行平臺(tái)鋼梁及側(cè)向平臺(tái)板安裝高度、側(cè)向平臺(tái)與軌道線路中心距離等數(shù)據(jù)的定測及定位。

(4)根據(jù)定測數(shù)據(jù)，進(jìn)行平臺(tái)鋼梁弧度及角度、平臺(tái)鋼梁長度、平臺(tái)板寬度及長度等相關(guān)公式推導(dǎo)及驗(yàn)證。

(5)通過Excel表格，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行公式編輯，結(jié)合相關(guān)定測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類計(jì)算及匯總，得出各種材料訂貨參數(shù)，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

4.1 平臺(tái)鋼梁及側(cè)向平臺(tái)板對(duì)應(yīng)線路中心樁點(diǎn)位計(jì)算

(1)確定起測點(diǎn)，起測點(diǎn)里程為施工圖中側(cè)向平臺(tái)端部里程。

(2)計(jì)算每一處平臺(tái)鋼梁里程，通過間距來推斷下一點(diǎn)里程，即下一處平臺(tái)鋼梁里程為上一處平臺(tái)鋼梁里程加上相應(yīng)間距。

(3)計(jì)算平臺(tái)鋼梁里程對(duì)應(yīng)的線路中心樁點(diǎn)位坐標(biāo)，通過里程偏差與絕對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的關(guān)系，得出相應(yīng)的點(diǎn)位坐標(biāo)，以供全站儀配合棱鏡進(jìn)行測量、放樣。

(4)計(jì)算平臺(tái)鋼梁點(diǎn)位處軌面高程，通過軌道專業(yè)線路調(diào)線調(diào)坡資料及鋪軌里程和軌面高程之間的關(guān)系，在施工圖紙上模擬出平臺(tái)鋼梁點(diǎn)位處軌面高程。

(5)計(jì)算曲線段平臺(tái)鋼梁點(diǎn)位處軌面高程，在曲線地段，由于要對(duì)路基進(jìn)行超高設(shè)置，需考慮外軌超高，通過兩軌面高程之和除以2計(jì)算出軌面連線中心點(diǎn)處高程。

曲線段線路中心處軌面高程計(jì)算公式:

式中:H為軌面連線中心處高程；h1為內(nèi)軌軌面高程；h2為外軌軌面高程。

超高設(shè)置會(huì)引起車輛設(shè)備限界尺寸加大和內(nèi)外側(cè)限界位移不均勻，因而在曲線地段要對(duì)車輛設(shè)備限界進(jìn)行加寬和偏移計(jì)算[7]。

加寬量計(jì)算公式:

式中:Ta為曲線外側(cè)加寬量；Ti為曲線內(nèi)側(cè)加寬量；a為車輛定距；n為車體計(jì)算端面至相鄰中心銷距離；P為轉(zhuǎn)向架固定軸距；R為線路平面曲線半徑。通過式(2)、式(3)可計(jì)算出曲線內(nèi)外側(cè)加寬量。

4.2 平臺(tái)鋼梁及側(cè)向平臺(tái)板測量與定位

(1)利用全站儀及棱鏡，對(duì)計(jì)算出的平臺(tái)鋼梁所對(duì)應(yīng)線路中心樁點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行放樣、測量，放樣、測量后的點(diǎn)位在洞底做好標(biāo)記，即為軌道線路中心線位置。

(2)棱鏡分別設(shè)置在兩個(gè)控制點(diǎn)上，采用后方交匯法，全站儀自由設(shè)站，通過棱鏡對(duì)線路中心樁進(jìn)行放樣、定位，如圖2所示。

圖2 軌道線路中心定測及放樣

(3)利用水準(zhǔn)儀及塔尺對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)及軌面高程進(jìn)行測量，并引至隧道側(cè)壁做好標(biāo)記，其中曲線段處取兩軌面高程的平均值，如圖3所示。

圖3 軌面高程、側(cè)向平臺(tái)安裝高度定測及放樣

(4)隧道側(cè)壁軌道高程位置加上軌面以上距平臺(tái)鋼梁距離，即為平臺(tái)鋼梁安裝位置，做好標(biāo)記。

(5)在軌道線路中心樁通過線墜懸吊裝置下垂一線墜，線墜與線路中心樁位置重合；從線路中心樁向側(cè)壁平臺(tái)鋼梁安裝位置引出測量尺，測出其距離，如圖4所示。

圖4 盾構(gòu)側(cè)壁距線路中心距離、角度定測及放樣

(6)在測量尺上表面設(shè)置水平儀，確保測量尺測量時(shí)水平；在測量尺末端設(shè)置數(shù)顯傾角儀，粗測出平臺(tái)鋼梁制作角度，以供后續(xù)計(jì)算使用。

4.3 平臺(tái)鋼梁及側(cè)向平臺(tái)板裝配計(jì)算

(1)直線段平臺(tái)鋼梁長度＝平臺(tái)鋼梁安裝高度處襯砌內(nèi)輪廓至線路中心線距離-平臺(tái)限界-限位鋼板厚度。平臺(tái)鋼梁安裝高度處襯砌內(nèi)輪廓至線路中心線距離，即為平臺(tái)鋼梁安裝處隧道壁至線路中心線之間的距離。

(2)圓曲線段平臺(tái)鋼梁長度，根據(jù)曲線段側(cè)向平臺(tái)縮減量表調(diào)整；緩和曲線段平臺(tái)鋼梁長度，根據(jù)曲線段移動(dòng)隧道中心線路圖計(jì)算縮減量。

(3)平臺(tái)板寬度＝平臺(tái)鋼梁長度-40 mm。

(4)平臺(tái)鋼梁長度和側(cè)向平臺(tái)板寬度按照不大于50 mm的級(jí)差進(jìn)行分類。

(5)數(shù)顯傾角儀緊貼平臺(tái)鋼梁安裝高度處隧道側(cè)壁，測出對(duì)應(yīng)角度，作為后續(xù)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(6)采用Excel表格對(duì)測量、計(jì)算的平臺(tái)鋼梁、側(cè)向平臺(tái)板各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行整理及統(tǒng)計(jì)。

4.4 平臺(tái)鋼梁相應(yīng)角度精確計(jì)算

隨著平臺(tái)鋼梁在盾構(gòu)內(nèi)安裝高度的變化，為保證平臺(tái)鋼梁保持水平安裝，同時(shí)，確保平臺(tái)鋼梁內(nèi)側(cè)弧形鋼板與盾構(gòu)面貼合嚴(yán)密，減少誤差，需對(duì)平臺(tái)鋼梁與弧形連接鋼板形成角度進(jìn)行精確測量及計(jì)算，構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，如圖5、圖6所示，進(jìn)行公式推導(dǎo)與驗(yàn)證。

圖5 側(cè)向平臺(tái)鋼梁角度計(jì)算模型

圖6 側(cè)向平臺(tái)鋼梁角度修正計(jì)算模型

式中:β為平臺(tái)鋼梁與連接鋼板夾角；α為連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線與豎直線夾角；γ為連接鋼板與連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線夾角；L為連接鋼板弧長；R為隧道盾構(gòu)半徑；η為連接鋼板對(duì)應(yīng)隧道盾構(gòu)圓心處夾角；δ為連接鋼板對(duì)應(yīng)隧道盾構(gòu)圓心處夾角的一半；θ為連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線與上側(cè)端點(diǎn)處切線夾角；λ為連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線與連接鋼板中心連線夾角。L、R均為已知條件，α可通過傾角儀定測得出。通過式(5)～式(7)可計(jì)算出連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線與上側(cè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)切線間夾角，通過式(8)～式(10)可計(jì)算出連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線與連接鋼板中心連線夾角，通過式(7)、式(11)、式(12)可確定出連接鋼板與連接鋼板兩側(cè)端點(diǎn)連線夾角取值范圍，通過式(4)可計(jì)算出平臺(tái)鋼梁與連接鋼板夾角。

5 施工情況及應(yīng)用效果

上海軌道交通13號(hào)線二、三期供電系統(tǒng)安裝工程，共計(jì)5個(gè)區(qū)間進(jìn)行側(cè)向平臺(tái)安裝。采用無軌道施工技術(shù)，完成了盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)所有側(cè)向平臺(tái)安裝及調(diào)整工作。經(jīng)“限界檢測車”檢測，滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，順利通過了竣工驗(yàn)收，極大地縮短了施工工期，開通以來零事故，充分驗(yàn)證了地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工技術(shù)的可行性、可靠性及實(shí)用性。

6 其他有關(guān)事項(xiàng)說明

地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工技術(shù)，由于應(yīng)用的時(shí)間較短，技術(shù)不夠成熟，尚有部分事項(xiàng)需要注意:

(1)要在軌道鋪設(shè)前確定軌道的標(biāo)高，需要做充足的準(zhǔn)備[8]，要注重土建及鋪軌專業(yè)交樁點(diǎn)位的準(zhǔn)確性。

(2)測量儀器及時(shí)做好檢定及校正，確保精確度；強(qiáng)化操作管理，測量人員要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)積累，固定專人測量，減少人員操作誤差[9]。

(3)緩和曲線地段內(nèi)，由于曲線的曲率半徑及外軌超高均為漸變狀態(tài)，故其內(nèi)、外側(cè)加寬量與車輛的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架所處具體位置有關(guān)[10]，地鐵車輛行至此處時(shí)，車體將發(fā)生曲內(nèi)傾斜，要考慮車體輪軌關(guān)系而引起的間距誤差。

(4)地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)存在線性連續(xù)性及漸變性，在進(jìn)行平臺(tái)板拼接時(shí)，需考慮平滑過渡及協(xié)調(diào)性，加入相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整數(shù)值。

(5)加強(qiáng)安全防護(hù)，交叉作業(yè)時(shí)要及時(shí)安排人員、設(shè)備、材料就位，必須做到一崗雙責(zé)，能組織施工、能及時(shí)制止不安全行為[11]。

7 結(jié)束語

地鐵疏散平臺(tái)是保障地鐵安全運(yùn)營的重要保障措施之一[12]，本文在總結(jié)當(dāng)前地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)常規(guī)施工方法的基礎(chǔ)上，對(duì)無軌道施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述，通過對(duì)無軌道定測原理、施工關(guān)鍵技術(shù)的闡述，說明了地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工的合理性及可行性。通過在上海地鐵13號(hào)線二、三期供電系統(tǒng)安裝工程中5個(gè)盾構(gòu)區(qū)間側(cè)向平臺(tái)的施工實(shí)踐，充分證明了地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)無軌道施工的實(shí)用性，為今后地鐵區(qū)間側(cè)向平臺(tái)施工技術(shù)的提升提供有益借鑒，值得進(jìn)一步研究及推廣應(yīng)用。