城市軌道交通站臺軌行區(qū)玻璃罩棚研究與應用

邵 兵 趙海平 萬兆遷 周世杰

1 工程概況

深圳市崗廈北城市綜合交通樞紐工程（以下簡稱“崗廈北樞紐”）位于深南大道與彩田路交叉口處，為地鐵2、10、11、14 號線四線換乘、市政過街、商業(yè)、常規(guī)公交接駁、出租及社會車輛接駁的綜合交通樞紐。共地下三層結構，其中地下一層為四線換乘站廳層，地下二層為11、14 號線站臺層，地下三層為10 號線站臺層?？偨ㄖ娣e約23.5 萬m2。

崗廈北樞紐站廳層中央設計中庭共享空間，中庭共享空間從11、14 號線站臺層至站廳層結構頂板底整體通高。為滿足站臺層軌行區(qū)接觸網、屏蔽門等設施的特殊工藝、防火與美觀等多方面要求，設計玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合。在滿足防火、安全等功能的同時保證建筑空間通透美觀。

2 工程重難點分析

2.1 防火性能要求高

根據本工程防火設計原則，地下二層11 號線、14 號線站臺軌行區(qū)玻璃罩棚位于本工程“中央防火分區(qū)”，執(zhí)行國家消防工程技術研究中心出具的本工程防火設計優(yōu)化研究報告，根據該報告，軌行區(qū)罩棚的整體耐火性應達到1.5 h，C 類防火要求。

2.2 對抗風壓、抗疲勞、抗震性能要求較高

軌行區(qū)玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合，形成類似隧道的封閉通行空間，承受地鐵列車運行時產生的活塞風荷載，根據玻璃罩棚所處環(huán)境，軌行區(qū)玻璃罩棚系統(tǒng)需滿足±2.0 kPa的風壓和±1.25 kPa 的抗疲勞要求，同時滿足列車震動對玻璃要求。

2.3 防止玻璃及破碎狀態(tài)下墜落至軌行區(qū)

軌行區(qū)玻璃罩棚同屏蔽門一并將軌行區(qū)圍合，正下方行運列車，對頻繁的正負風載荷、震動及其他意外情況，保證玻璃及玻璃破碎后不墜落至軌行區(qū)，防止影響列車運行。

2.4 軌行區(qū)作業(yè)條件復雜

玻璃罩棚為軌行區(qū)作業(yè)，施工交叉干擾多、作業(yè)單位多、空間受限，作業(yè)條件復雜，為保障建設期軌行區(qū)作業(yè)的安全，必須加強 管理，保證安全作業(yè)，提高施工效率。

3 主要研究成果

分析軌行區(qū)玻璃罩棚設計方案，參考國家標準及圖集，考察國內類似工程，對材料、組成系統(tǒng)、安裝方式細化研究探討，邀請相關專家及有經驗的工程人士對其功能性提出施工技術指導與意見整合，委托具有資質的研究院進行試驗驗證。

3.1 玻璃性能

經查詢相關規(guī)范、市場調研、多方案比選：第1，高硼硅玻璃具有耐火性能、高透光、耐腐蝕、可加工彎弧。第2，為提高強度及解決破碎玻璃的墜落，采用夾膠玻璃，并對玻璃膠片選擇，經比選，SGP 膠片具有優(yōu)良的吸濕性低、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性、黏結力。根據防火玻璃性能要求，C 類1.5 h 防火玻璃罩配置：8 mm 高硼硅+1.52SGP+8 mm高硼硅（17.52 mm厚）。

3.2 框架系統(tǒng)

根據防火玻璃罩棚的抗風壓、抗疲勞、抗震動性能要求，通過對防火玻璃罩棚框架系統(tǒng)研究，軌行區(qū)玻璃罩棚框架系統(tǒng)采用鋼制幕墻層壓結構，由鋼龍骨、鋼制連接件、緊固件、阻燃減震膠條組成，針對各項性能要求，結合相關專家指導意見，將優(yōu)化后的系統(tǒng)制作試件，委托具有資質的研究院進行試驗驗證。

3.2.1 龍骨選擇

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，在鋁合金內填充特殊物質，但工藝復雜，成本高昂[1]。所以本玻璃框架采用熱鍍鋅鋼制框架且需冷彎處理成型。經玻璃自重、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+鋼制轉彎頭框架系統(tǒng)。

3.2.2 緊固系統(tǒng)組成

采用3 mm 厚鋼型材玻璃壓板配M6 系列防火系統(tǒng)緊固螺釘進行玻璃固定，因考慮防火要求及頂面外觀裝飾效果，裝飾蓋板采用2 mm 厚鋁合金型材。為避免鋁合金裝飾蓋板及鋼制玻璃壓板之間產生電化學腐蝕，兩者連接處采用防腐橡膠墊片隔離，為保證玻璃壓板加裝飾蓋板寬度與玻璃底框架同寬，扣除鋁合金裝飾蓋及防腐墊片，玻璃壓板采用54 mm 寬U 型Q235B折彎件，確定玻璃壓板型材后，通過計算分析，各項性均滿足要求。

3.2.3 設置防火減震膠條

為解決頻繁的正負風載荷對玻璃罩棚產生的震動影響，在玻璃與鋼框架之間設置鋼制轉換件及阻燃耐腐蝕、耐老化的減震阻燃膠條[2]。此減震阻燃膠條也設置在玻璃與玻璃壓板之間、玻璃四周邊緣，緩沖減震防止玻璃直接與玻璃壓板、玻璃與緊固螺栓直接接觸受力導致玻璃破損。

3.2.4 試驗驗證

將優(yōu)化后的玻璃罩棚系統(tǒng)制作試件并委托有資質的研究院進行試驗驗證，驗證內容為：完好狀態(tài)下玻璃罩棚系統(tǒng)的抗靜風壓性能、完好狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗交變風壓性能、破損狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗交變風壓性能、破損狀態(tài)下玻璃罩系統(tǒng)的抗風壓性能、抗疲勞性能、玻璃熱應力分析。經驗證，該玻璃罩棚系統(tǒng)各項性能均滿足要求。

3.3 軌行區(qū)作業(yè)施工措施

通過對現場工況分析，需在施工現場分別設置材料加工區(qū)、噴涂區(qū)，玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)在加工區(qū)進行加工組裝并噴涂，縮短在軌行區(qū)上空焊接及噴涂作業(yè)時間，減少對軌行區(qū)鋼軌等成品的影響，保證龍骨組合精度及焊接質量。

通過分析，地下空間場地受限，玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)整體加工完成后，因規(guī)格較大，存在搬運過程中損壞，且無法采用吊車等機械設備吊裝，綜上所述，將玻璃鋼龍骨框架系統(tǒng)劃分成多個小單元，采用單元式骨架[3]進行安裝，通過現場設置卷揚機進行提升安裝[4]。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程順序為：測量放線—小單元鋼龍骨加工及預拼裝—小單元鋼龍骨吊運安裝—防火玻璃安裝—防火封堵安裝—玻璃壓板安裝—壓板裝飾蓋安裝。

4.2 操作要點

4.2.1 測量放線

測量放線應遵守以下4 個步驟：第1，根據軌面標高測量出玻璃罩棚頂面完成面標高，從而引測出鋼龍骨標高；第2，根據玻璃罩棚與屏蔽門接口關系，由測量工程師和屏蔽門安裝單位根據軌道定位玻璃罩棚外邊緣線；第3，根據現場結構尺寸及分格要求，測量出防火玻璃分割線并標注在結構上；第4，根據測量成果確定材料尺寸參數，為材料下單做準備。

4.2.2 小單元鋼龍骨加工及預拼裝

1）小單元鋼龍骨體系設計。根據玻璃罩整體尺寸、造型特點及吊運點場地情況，將整個玻璃罩鋼龍骨框架以兩跨為一個單元（單元截面尺寸為：2270 mm×9970 mm），單個小單元龍骨長度為4620 mm。小單元鋼龍骨框架含80 mm×60 mm×4 mm 鋼方管龍骨框架、鋼制轉換件及防火減震膠條。彎弧段鋼龍骨及彎弧段鋼制轉換件構件由工廠根據定尺進行加工送至現場加工區(qū)，其他直段龍骨現場定尺加工。

2）定尺預拼裝加工平臺深化設計及加工。小單元鋼龍骨框架由3 個橫截面龍骨及每個橫截面龍骨之間的連接龍骨組成。根據確定橫截面龍骨及連接龍骨的尺寸及滿焊變形等因素，對單元鋼龍骨體系深化設計定尺預拼裝加工平臺[5]。

3）根據小單元鋼龍骨體系龍骨型號及尺寸，將鋼材定尺下料切割。先將小單元橫截面龍骨通過限位拼裝工作臺進行拼裝焊接，橫截面龍骨限位拼裝工作。將所有橫截面龍骨拼裝后再以3 個橫截面龍骨放置整體小單元組裝工作臺，整體小單元組裝工作臺。待橫截面龍骨臨時固定在工作臺后，再進行整體拼裝焊接，整體拼裝焊接，焊接完成后在小單元底部安裝可拆卸式萬向輪。

4）通過現場所有鋼龍骨及轉換件焊接完成后，待焊口冷卻（龍骨受熱變形消除）復核幾何尺寸無誤后，然后轉運到指定堆場區(qū)域，進行焊渣打磨并及時向監(jiān)理單位提出驗收申請，在檢查驗收后對焊接部位采用兩道防銹漆進行防腐處理。

5）完成上述工藝后，將小單元框架轉移至噴涂區(qū)并將轉接件頂部做好覆蓋保護（非可視面，即安裝膠條及凹槽部位），完成成品保護后再進行全龍骨噴涂。待漆面完全干透后撕掉保護膜安裝減震防火膠條。

4.2.3 小單元鋼龍骨吊運安裝

小單元鋼龍骨吊運安裝的步驟：第1，吊裝設備安裝。在玻璃罩棚兩側設置2 臺2.5 t 卷揚機，通過兩側結構柱體，在玻璃罩棚上空設置一根直徑Φ24 mm 36×7+FC 纖維芯鋼絲繩，上方安裝移動葫蘆，通過卷揚機牽引吊裝。經計算，滿足吊裝荷載要求。第2，小單元鋼龍骨安裝。將噴涂及鋼制轉換件安裝完成后的小單元框架運至起吊點，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。待所有小單元吊運及臨時點焊固定完成后，再進行水平及定位復測。復測無誤后將所有小單元與鋼結構主體進行滿焊加固，并對所有連接點進行焊渣打磨，經監(jiān)理驗收后進行防銹處理，待防銹漆干透后再對焊接部位進行氟碳噴涂保證整體顏色一致。

4.2.4 防火玻璃安裝

罩面玻璃采用了8 mm 高硼硅+1.52SGP+8 mm 高硼硅防火夾膠玻璃，單塊玻璃的重量約為100 kg，當防火玻璃到達施工現場后需要采用輪式叉車轉運至吊運點。

水平段玻璃通過玻璃吸盤及吊運裝置從起吊點至對側開始安裝防火玻璃。側面彎弧段玻璃，采用設置在站臺層的高空作業(yè)車輔助吊運至安裝工作面。安裝順序為先安裝水平防火玻璃，再安裝弧形段玻璃。相鄰2 塊水平防火玻璃安裝調平后，安裝臨時玻璃壓塊固定玻璃，壓塊與玻璃之間采用膠墊過渡，依次向邊緣方向安裝弧形防火玻璃。

在安裝弧形防火玻璃前，先在弧形段防火玻璃下邊緣及最下端安裝玻璃托塊，玻璃托塊能拖住玻璃且不能影響玻璃壓板安裝，玻璃托塊采用8 mm 厚鋼制托快，長度為100 mm，分別設置在玻璃長度1/4 處，每塊防火玻璃下邊緣兩端各一個且每塊玻璃托板上粘貼防火抗震膠條。完成弧形段玻璃后，安裝臨時玻璃壓塊固定。

4.2.5 防火封堵安裝

在站臺軌行區(qū)上方兩端混凝土垂板與主體鋼結構之間采用防火板與防火巖棉組合進行封堵。首先在混凝土垂板上鉆孔、清孔并植入M12 不銹鋼擴底型錨栓，錨栓間距同防護玻璃分格。通過拉拔試驗檢測后，即可安裝50 mm×50 mm×5 mm 等邊鍍鋅角鋼，靠近主體鋼結構一側，采用同規(guī)格角鋼與主體鋼結構焊接固定。角鋼作為防火封堵的龍骨，角鋼安裝完成后，先安裝下端防火板，再將防火巖棉密實填充，完成巖棉填充后上部再安裝防火板進行封板。

4.2.6 玻璃壓板安裝

在玻璃壓板安裝前，先將防火玻璃及防火板四周粘貼4 mm 厚減震膠條，沿每塊防火玻璃及防火板四周全覆蓋粘貼。在所有防火玻璃及防火板減震膠條安裝完成后，開始安裝玻璃壓板。玻璃壓板采用3 mm 厚鋼制壓板且沿防火玻璃分隔縫通長設置，玻璃壓板須在兩塊防火玻璃之間采用M6緊固螺釘，間距300 mm 居中固定。

4.2.7 壓板裝飾蓋安裝

壓板裝飾蓋采用2 mm 厚表面氟碳噴涂鋁單板，安裝裝飾蓋時，下端同玻璃鋼壓板下端平齊，預留耐候密封膠位置。在裝飾蓋兩側通過M6 沉頭螺栓將裝飾蓋與鋼制玻璃壓板固定，螺栓間距300 mm。

5 結語

深圳市崗廈北綜合交通樞紐工程作為行業(yè)首例工程，經對站臺軌行區(qū)玻璃罩棚的研究與應用，解決軌行區(qū)防火玻璃罩棚的防火、抗疲勞、抗風壓、防墜落、安裝等難題，降低了軌行區(qū)作業(yè)安全風險，提高施工效率及施工質量，保證視覺通透的效果。實現乘客在站廳層俯瞰列車進出站過程，靜態(tài)車站與動態(tài)列車有機結合，站臺軌行區(qū)玻璃罩棚實景效果如圖1。

圖1 軌行區(qū)玻璃罩棚實景圖（來源：作者自攝）