軌道交通樞紐工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計與施工技術(shù)

萬兆遷

摘要： 在軌道交通軌行區(qū)采用防火玻璃罩代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屬于非常規(guī)做法，以深圳市崗廈北綜合交通樞紐為例，闡述了面臨的重點、難點及指標要求，對防火玻璃罩的構(gòu)造、小單元龍骨加工及預(yù)拼裝方面進行深化設(shè)計，對特殊施工環(huán)境中的施工技術(shù)進行研究。結(jié)果證明，通過深化設(shè)計及施工技術(shù)，滿足軌行區(qū)防火玻璃罩構(gòu)造的各項性能指標，切實保證了施工質(zhì)量的同時提高了施工效率。

關(guān)鍵詞： 防火玻璃罩 軌道交通樞紐工程 軌行區(qū) 深化設(shè)計 施工技術(shù)

中圖分類號： U239.5 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0158-03

近年來，我國經(jīng)濟增長與城市化建設(shè)進度大幅提升，軌道交通作為城市交通大動脈承擔著重要的使命。關(guān)于軌道交通的國家政策扶持與規(guī)劃建設(shè)也在不斷落地，我國軌道交通里程也在不斷刷新。地鐵車站設(shè)計從最初僅滿足基本功能到目前的不僅具有新穎性和科技感，還注重環(huán)保節(jié)能及體現(xiàn)屬地文化底蘊［1］，同時建筑材料的不斷創(chuàng)新也日漸滿足地鐵設(shè)計需求。

軌行區(qū)采用防火玻璃罩系統(tǒng)暫無參考先例，本文以深圳市崗廈北城市綜合交通樞紐為例。因本樞紐軌行區(qū)防火玻璃罩涉及三處，遂以樞紐中結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜的中央玻璃罩為例，對軌行區(qū)玻璃罩深化設(shè)計與施工技術(shù)進行總結(jié)研究［2］。

1 玻璃罩棚主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計情況

中央玻璃罩棚鋼結(jié)構(gòu)位于14 號線左右線正上方，東西向長36.58 m，南北向投影長9.7 m。罩棚鋼結(jié)構(gòu)通過混凝土柱與車站中板縱梁連接，主梁采用H（400-500-400） mm×300 mm×14 mm×24 mm變截面圓弧H型鋼梁，次梁采用HN250 mm×125 mm×6 mm×9 mm及HN250 mm×125m m×6 mm×9 mm，構(gòu)件之間為栓焊連接。

2 防火玻璃罩系統(tǒng)深化與施工面臨的重難點

2.1 防火玻璃罩系統(tǒng)抗風壓、抗疲勞性能

因玻璃罩棚與屏蔽門一起形成類似隧道的封閉軌行空間，要滿足列車運行時產(chǎn)生的±2.0 kPa 靜風壓及±1.25 kPa 的交變風壓要求［3］，抗疲勞按120 萬次進行考慮。

2.2 防火玻璃罩系統(tǒng)抗震性能

對于頻繁的活塞風載荷，玻璃罩系統(tǒng)需考慮玻璃與玻璃框之間的震動影響。

2.3 防火玻璃及破損玻璃碴掉落

對于頻繁的活塞風載荷及其他意外情況，可能導(dǎo)致防火玻璃掉落及其他意外情況導(dǎo)致玻璃破損狀態(tài)下玻璃碴掉落。

2.4 防火性能要求

根據(jù)國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范及防火深化設(shè)計研究報告，本防火玻璃罩系統(tǒng)需考慮整體耐火性為1.5h 的C類玻璃。

2.5 工程線施工

防火玻璃罩位于地下空間且在14 號線正上方，且因場地受限不能采用常規(guī)的起重吊裝，要避免工程線軌道燙傷及油漆污染。

3 深化設(shè)計與施工重難點解決措施

3.1 防火玻璃罩系統(tǒng)深化設(shè)計

為解決防火玻璃罩抗風壓、抗震、防脫落掉碴、防火等性能要求，根據(jù)實際工況，并委托中國建筑科學研究院對以下情況進行分析實驗。

（1）為滿足整體耐火性為1.5h 的C 類玻璃，通過查詢相關(guān)規(guī)范、市場調(diào)研及比選，玻璃主要分為三類：普通玻璃、鋁硅玻璃［4］、硼硅玻璃（又稱高硼硅玻璃）。因高硼硅4.0 玻璃具有杰出的耐火性能、高透光、耐腐蝕、可加工彎弧，遂選擇高硼硅玻璃作為原片。

（2）通過采用雙層復(fù)合玻璃及雙層玻璃夾膠處理提高表面強度及防掉碴問題，經(jīng)有限元軟件計算（計算過程此處不贅述），8 mm+8 mm 雙層玻璃滿足要求；對于玻璃膠片選擇，常用玻璃膠片為PVB、EVA、SGP［5］，經(jīng)比選，SGP 具有優(yōu)良的力學強度、抗撕裂強度、穩(wěn)定性強、耐潮濕，遂選擇SGP 膠片作為玻璃膠片。

通過上述分析可以得出復(fù)合玻璃采用鋼化防火夾膠玻璃（8 mm 高硼硅+1.52 SGP+8 mm 高硼硅），并以該玻璃分別對彎弧玻璃板和水平玻璃板進行耐火性能測試，驗證彎弧玻璃（8 mm 硼硅+SGP+8 mm 硼硅）、水平玻璃板（8 mm 硼硅+SGP+8 mm 硼硅）滿足1.5h 的C 類玻璃防火要求。

（3）為避免玻璃整片脫落以及提高玻璃系統(tǒng)承受風壓性能，防火玻璃框架采用四邊支撐及玻璃系統(tǒng)為全明框形式。因鋁合金框架是不耐火的，在鋁合金表面噴涂防火涂料也無法滿足防火要求，國外有個別國家的防火玻璃框架采用鋁合金型材，在鋁合金內(nèi)填充特殊物質(zhì)，但工藝復(fù)雜，成本高昂［6］，所以玻璃框架采用熱鍍鋅鋼制框架且需冷彎處理成型。經(jīng)玻璃自重、風荷載、活荷載、疲勞驗算風荷載、組合荷載進行計算分析，鋼制框架龍骨選取截面為80 mm×60 mm×4 mm 鍍鋅龍骨，鋼制框架通過焊接方式與主體鋼結(jié)構(gòu)進行連接，保證玻璃框架耐風壓，根據(jù)《SGP 夾層玻璃等效厚度計算方法研究》［7］，通過有限元軟件驗算分析（計算過程此處不贅述）得出結(jié)論，滿足各種工況。

（4）為解決活塞風壓對罩棚產(chǎn)生震動影響，采用鋼制連接件將玻璃構(gòu)件與龍骨構(gòu)件進行固定，在玻璃和連接件之間設(shè)置防火阻燃膠條解決震動緩沖，除此之外，所有玻璃構(gòu)件與硬質(zhì)構(gòu)件之間均采用此阻燃緩震膠條。

將深化后的防火系統(tǒng)制作實驗樣品并通過實驗進行驗證，主要驗證內(nèi)容為：完好狀態(tài)下的整體耐候性、抗活塞風壓性能、抗靜風壓性能。破損狀態(tài)下抗活塞風壓性能、抗疲勞性能。根據(jù)實驗檢測，該防火系統(tǒng)上述性能均滿足設(shè)計要求。

3.2 工程線施工難點解決措施

確定了防火玻璃系統(tǒng)施工做法后，開始對施工技術(shù)方案進行梳理。因玻璃罩位于工程線上，且玻璃罩系統(tǒng)為構(gòu)件式組合系統(tǒng)，便于后期維修更換，所以未能采用整體單元系統(tǒng)安裝。

根據(jù)施工工藝特點，分別在現(xiàn)場設(shè)置龍骨切割焊接、龍骨組裝、龍骨油漆涂刷等加工區(qū)。框架系統(tǒng)以單元形式在加工區(qū)進行組裝及噴涂，大大減少了在工程線上高空焊接點以及大面積噴涂造成對工程線軌道的污染，從而減少工程線高空作業(yè)時間及軌道成品保護面積，也提高了安裝效率、龍骨組合精度及焊接質(zhì)量。

因受場地制約，本工程吊運采用卷揚機加各類滑輪組合吊運裝置及小型蜘蛛吊輔助，便于小單元龍骨、玻璃吊運。

4 施工要點

4.1 小單元鋼龍骨加工及預(yù)拼裝

4.1.1 單元龍骨構(gòu)造設(shè)計

根據(jù)罩棚設(shè)計參數(shù)、幾何造型及施工環(huán)境，將整個罩棚框架龍骨以兩榀為一個單元，具體尺寸根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行分割。為實現(xiàn)批量生產(chǎn)加工，尺寸除端部均采用統(tǒng)一尺寸。小單元鋼龍骨框架包含鋼龍骨框架、連接件及阻燃緩震膠條。彎弧龍骨加工因受場地和設(shè)備限制，需根據(jù)深化尺寸繪制加工圖交由場外加工區(qū)制作，其余由場內(nèi)加工區(qū)進行加工。

4.1.2 單元龍骨預(yù)拼裝平臺設(shè)計及加工

小單元龍骨類似門式結(jié)構(gòu)，由3 榀門式結(jié)構(gòu)鋼龍骨、罩棚頂檁條、側(cè)面檁條龍骨組成。根據(jù)罩棚幾何尺寸，確定單榀門架結(jié)構(gòu)及檁條尺寸及最終的單元結(jié)構(gòu)尺寸，通過單元結(jié)構(gòu)尺寸，確定對應(yīng)尺寸的支撐及加工平臺。

根據(jù)單元體系龍骨深化參數(shù)，確定每個構(gòu)件加工方式及尺寸。將單榀鋼龍骨通過拼裝平臺進行臨時固定并加工焊接。待所有單榀龍骨完成后，按照3 榀為一個單元通過檁條進行組裝焊接。單元龍骨完成后，在底部安裝可拆卸式萬向輪。

所有龍骨及連接件焊接完成后，推運到特定加工區(qū)域，進行焊縫處理并邀請相關(guān)單位進行驗收，驗收合格后即可進行防腐處理。

完成防腐后，即可將小單元龍骨推運至油漆區(qū)，進行油漆噴涂。待漆面完全干透后即可安裝阻燃緩震膠條。

4.2 小單元鋼龍骨吊運安裝

將噴涂及鋼制轉(zhuǎn)換件安裝完成后的小單元框架運至起吊點［8］，通過吊運裝置吊運至安裝點后，先臨時點焊固定并核準標高。

待單元龍骨框架放置在主體鋼結(jié)構(gòu)上進行點焊固定，并采用經(jīng)緯儀及水準儀進行水平位置及標高復(fù)測，復(fù)測無誤后即可將所有小單元與主體鋼結(jié)構(gòu)進行連接。

4.3 防火玻璃安裝

單塊復(fù)合防火玻璃由于重量較大，需通過轉(zhuǎn)運車運至吊裝點。水平段玻璃通過專用吸盤及吊運裝置從起吊點向?qū)?cè)端部運輸并開始安裝。側(cè)面彎弧段玻璃，采用玻璃吸盤車運輸至安裝位置。安裝順序為先水平玻璃，再側(cè)面弧形玻璃。相鄰兩塊水平防火玻璃安裝調(diào)平后，即可安裝玻璃壓板進行固定，壓板與玻璃之間采用緩震膠片進行緩震，依次向側(cè)面安裝弧形防火玻璃。先在弧形段防火玻璃下邊緣及最下端每塊玻璃長度1/4 處安裝長度為100 mm、厚度為8 mm 的鋼制玻璃托塊，保證其能支撐玻璃且不影響壓板安裝。玻璃托板上方粘貼阻燃緩震膠條，再進行弧形段玻璃安裝。通常采用鋼制玻璃壓板沿玻璃分隔縫將玻璃進行固定，最后安裝裝飾蓋板。

5 結(jié)論

本文通過對城市軌道交通樞紐工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計與施工的研究，得出以下結(jié)論：（1）在城市軌道交通工程軌行區(qū)防火玻璃罩深化設(shè)計中，采用深化材料與構(gòu)造形式解決了耐火極限、抗風壓、抗震等難題；（2）通過工程實踐驗證，防火玻璃罩鋼框架以小單元的形式進行預(yù)拼裝保證了施工質(zhì)量的同時也提高了施工效率；（3）在施工過程中，施工單位要根據(jù)實際工況科學合理選擇安全措施、材料運輸及安裝吊運方式，從而保障施工生產(chǎn)安全及施工進度。

參考文獻

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