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预埋件施工技术及锌镍渗层防腐技术在地铁工程中的应用

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目前,中国已成为世界上城市轨道交通发展最快的国家。在我国轨道交通建设事业高速发展的同时,各地轨道交通工程建设中也暴露出了许多问题和薄弱环节,例如设备、设施、构件安装施工粗放,对地铁隧道土建结构破坏现象十分严重,零部件锈蚀现象非常普遍,致使工程使用寿命大打折扣,同时也增加了日常营运维修难度和成本。这方面的问题已日益引起业内的高度关注,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
  目前,中国已成为世界上城市轨道交通发展最快的国家。在我国轨道交通建设事业高速发展的同时,各地轨道交通工程建设中也暴露出了许多问题和薄弱环节,例如设备、设施、构件安装施工粗放,对地铁隧道土建结构破坏现象十分严重,零部件锈蚀现象非常普遍,致使工程使用寿命大打折扣,同时也增加了日常营运维修难度和成本。这方面的问题已日益引起业内的高度关注,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。
  安装设备种类众多 地铁机电安装包括诸多系统,如通风空调、给水排水、消防给水、动力照明、火灾报警(FAS)、环境与设备监控(BAS)、通信、信号、导向等等,需在地铁隧道内安装及铺设的设备管线众多且布局复杂。地铁工程施工中土建施工周期长,机电安装工程施工周期短、施工空间异常狭窄,给机电安装承包商造成巨大的工期压力,也给现场的施工人员造成很大的生理影响。地铁机电专业安装设备管线多、相互交叉、错综复杂,如何做好管线布置综合平衡、合理设计与应用,关系到整个机电安装工程的施工进度,也制约着地铁是否能如期开通运营。
打孔施工造成的混凝土管片破损开裂
打孔施工造成的混凝土管片破损开裂
  设备安装打孔多 以盾构地铁隧道为例,目前大部分电缆、管线及设备的安装都需要在管片上打孔。这种作业方法存在以下3方面的弊病:一是施工工效和质量低,安装的质量无法得到保障,给今后设备的使用和运营留下了事故隐患;二是施工作业时噪声及粉尘污染严重,影响作业人员的身体健康。若采用对环境、施工人员安全和健康影响较小的钻孔设备,则施工成本大大增加;三是由于打孔作业会对管片结构造成永久性的损伤,导致管片结构破坏、开裂、渗漏水等质量问题,从而使工程的使用寿命大打折扣,我国地铁隧道设备安装现况令人堪忧。
  哈芬槽/华盾槽、天盾槽预埋技术: 哈芬槽预埋技术20世纪初源于德国,是随着混凝土工程的快速发展而研发应用的一种预埋件技术,广泛应用于隧道、桥梁工程钢筋混凝土结构。在轨道交通工程中是接触网、通信信号及电力设备等固定安装的最佳选择,哈芬槽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。哈芬槽是一种适用于各类混凝土构筑物的预埋装置,其基本工作原理是:先将C型槽钢预埋于混凝土中,再将T型螺栓的大头扣进C型槽中,再将要安装固定的设备构件用T型螺栓固定。国内研发生产的哈芬槽同类产品有华盾槽、天盾槽等。
地铁盾构隧道内密集布设的各类线路设施
地铁盾构隧道内密集布设的各类线路设施
  哈芬槽具有以下优异的质量特性:1)高承载能力,最高可达32 kN/m或128 kN/m。2)可用于静态和动态承载。3)安装边距小,最小可达5 cm。4)安装便捷,易于调整。5)安装作业无噪音、无尘。6)采用不锈钢或经防腐处理的钢材,防腐性能好。
  作为一种十分成熟的混凝土预埋件技术,哈芬槽/华盾槽应用于地铁隧道各种设备安装时,具有以下显着优点:1)对隧道结构零损伤,可有效延长工程使用寿命。2)虽然预埋件一次性投入成本费用增加,但从长远看降低了设备的运营维护费用,设备安装及维护总体成本降低。3)安装作业环境大大改善,设备安装效率显着提高,平均每10 km可缩短工期1个月。4)便于在运营期更换及增加各种设备。
  为了验证哈芬槽/华盾槽、天盾槽预埋件的施工效率、精准度及适用性,深圳地铁集团有限公司进行了相关安装工艺试验。模型为1:1,5环管片,7.5 m长。模型安装试验证明哈芬槽/华盾槽预埋件技术完全可行,适用于盾构隧道内任意构件的安装。
地铁设备部件锈蚀场景
地铁设备部件锈蚀场景
  全面推广预埋件技术,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。
  深圳地铁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,按计划2013年6月提交预埋件设计手册,2014年所有新开工项目不允许大范围打孔,以全面实现工程150年寿命的质量目标。
  绝缘尼龙套管预埋技术 绝缘尼龙套管预埋技术是为了便于各类设备安装时管子穿过砖墙、混凝土梁、混凝土墙等构件,在混凝土浇筑时以预埋套管的形式在混凝土构件上预留孔洞。该技术适用于人防、地下工程、化工、钢铁、自来水、污水处理等管路穿墙壁要求严密防水之处。
  预埋件技术的比较优势:哈芬槽/华盾槽及绝缘尼龙套管等预埋技术与传统的钻机打孔技术相比较,预埋件技术在标准化程度、综合工效、对混凝土结构的保护等方面均体现出了显着的优势,钻机打孔技术在前期工程造价方面相等较低,但综合考量工程后期的维修保养费用的投入及工程寿命等因素,预埋件技术从整体上说较之传统的钻机打孔技术具有绝对的比较优势。
钢铁零部件使用5年后的锈蚀状况对比 左边为热浸锌处理,右边是锌镍渗层
钢铁零部件使用5年后的锈蚀状况对比 左边为热浸锌处理,右边是锌镍渗层
  在众多的地铁运营系统设备中,存在大量钢铁材质的零部件,如各种设备部件、紧固件等。这些设备部件和紧固件,由于在制造时缺乏适当的防腐措施,加之应用环境条件恶劣,使用过程中往往存在严重的氧化锈蚀现象,对设备的正常使用产生不良影响,也造成了诸多的设备安全隐患。地铁设备及安装部件腐蚀现象的普遍存在,是业内亟待解决的一个质量通病。
  解决措施--推广锌镍渗层防腐技术
  锌镍渗层防腐技术是一种化学热处理技术,该技术是在渗锌技术的基础上,为增强渗层的耐磨性和防腐蚀性,在配方中添加镍、铝而发展起来的黑色金属防腐技术。该技术的原理是:在一定温度条件下钢铁件与锌、铝、镍、稀土等多种元素充分接触加热,使锌、铝、镍等多元金属原子均匀扩散入钢铁制品表面,在制品表面形成锌、铝、镍、铁比例不同的金属间化合物-合金共渗层。它的电位低于铁高于锌,作为阳极保护层,其防腐寿命自然长于同样厚度的纯锌防腐层。锌镍渗层处理技术的各项物理和力学性能,如抗拉强度、屈服点、抗腐蚀性和表面硬度方面均优于不锈钢材料。
  工程实践证明,推广锌镍渗层防腐技术是解决地铁设备及安装部件腐蚀问题的有效应对措施。全面推广锌镍渗层防腐技术,预防设备及安装部件锈蚀,可有效降低营运成本,提高设备的完好率和安全性。