城市轨道交通大跨度疏散平台结构设计

　城市轨道交通大跨度疏散平台结构设计

　摘要：疏散平台作为地铁区间的快速辅助逃生通道，在城市轨道交通领域具有十分重要的作用。北京新机场线采用７６ｍ直径的大盾构隧道断面，造成疏散平台平面宽度较大；为了满足本工程施工进度的要求，设计方案中增大了疏散平台支撑间距。因此，需要重新进行结构受力分析，建立支撑结构及平台板有限元模型并进行仿真计算。研究表明，１６ｍ跨度疏散平台的平台板和支撑型钢的最大变形分别为５３３５ｍｍ和１１ｍｍ，最大应力分别为２９ＭＰａ和５７２ＭＰａ，均在容许值范围内，所采用的平台板复合材料、支撑型钢等结构的受力性能亦满足规范要求。大跨度疏散平台方案有利于减少施工现场平台板的数量，有效提高现场疏散平台拼装施工的效率。

　关键词：新机场线；疏散平台；支撑结构；平台板；大跨度

　１概述

　城市轨道交通地下区间疏散平台是城市轨道交通区间隧道的主要逃生通道，对发生意外时乘客的疏散和抢险救灾具有重要的作用［１－２］。为了进一步优化疏散平台设计，保证紧急情况下的人员疏散，国内学者对其进行了深入研究：虞伟家等［１］通过建模计算，分析了预制钢筋混凝土平台板与Ｈ型钢的组合结构及其受力特性；张新金［３］通过模拟加载试验研究疏散平台板的刚度和强度性能；高晓新等［４－５］对疏散平台相关设计标准和接口进行了研究；朱莫夫等［６－７］验证了复合材质疏散平台的适用性及合理性。北京轨道交通新机场线南起大兴国际机场，北至草桥，是连接北京城区和大兴国

　际机场的一条重要客运通道。该线轨道铺轨长度约７９４ｋｍ，疏散平台总长度约４１２ｋｍ，占轨道铺轨总长的５２％。目前，地铁项目疏散平台多采用混凝土平台板，构件尺寸和自重均较大［８］，不利于锚栓受力及现场安装施工。因此，有必要对其结构和材质进行深入研究。

　２疏散平台主要设计原则

　疏散平台系统由人行步板、扶手及其支撑部件组成。新机场线地下区间疏散平台步板采用玻璃纤维复合材料（工厂化集中预制）。支撑系统包括钢梁及其连接平台面板紧固扣件；连接部件包括连接钢构件以及连接螺栓等（见图１）。其支撑材料均采用Ｑ２３５钢结构。区间疏散平台一般设置在行车方向的左侧，也有个别地段设置在行车方向的右侧［９－１０］，起止点位于区间与两端车站的分界点处。在道岔区、人防隔断门、盾构井等特殊地段不设置疏散平台。疏散平台起止点都应设置步梯，以方便人员上下平台。根据限界安装要求，疏散平台上表面至轨顶面高度按１０５０ｍｍ设计［１１］；考虑疏散平台边缘与设备限界的最小安全净距，直线段疏散平台边缘至线路中心距离设为１９００ｍｍ，曲线段适当加宽［１２－１３］。

　３疏散平台结构优化设计

　目前，城市轨道交通工程疏散平台支撑中心间距一般为８００～１２００ｍｍ。为了满足施工进度的要求，对北京新机场线疏散平台的间距进行了优化，采用了大跨度地下区间疏散平台，型钢支撑中心间距最大为１６００ｍｍ（见图２），极大减少了施工现场疏散平台

　板的数量，提高了拼装施工的效率。

　４疏散平台结构受力分析

　４.１模型参数选择

　新机场线疏散平台型钢支架为Ｑ２３５钢结构，在承受５ｋＰａ均布载荷时，支架容许挠度值为Ｌ／１２５（Ｌ为支架长度）。悬臂支撑为１００ｍｍ×８０ｍｍ×６ｍｍ方钢，斜梁规格为６０ｍｍ×６０ｍｍ×６ｍｍ方钢，悬臂支撑与斜梁采用哈芬槽和Ｔ型螺栓进行连接。支撑型钢和平台板采用实体单元模拟，支撑型钢与隧道壁连接采用全约束，各部件之间采用粘接。由新机场线地下区间现场实际施工情况可知，疏散平台型钢支撑间距一般为１２００～１６００ｍｍ。为了分析不同中心间距支撑结构的承载能力和变形情况，分别对支撑中心间距为１６００ｍｍ、１４００ｍｍ及１２００ｍｍ（下文分别以Ｌ１６００、Ｌ１４００及Ｌ１２００代替）的支撑结构进行受力分析。

　４.２有限元模型建立

　Ｌ１２００、Ｌ１４００和Ｌ１６００三种规格的悬臂型钢支撑有限元仿真模型如图４～图６所示［１４－１６］。根据实际安装及受力情况，将所有螺栓固定的位置以固定约束方式进行简化模拟，便于受力计算。

　４.３结构计算分析

　（１）支撑结构受力

　在８０ｋＰａ均布载荷作用下，三种工况整体受力情况如图７～

　图９所示。由图７～图９可知，排除应力集中造成的干扰后，Ｌ１２００型钢支撑结构最大应力约为３０３ＭＰａ，Ｌ１４００型钢支撑结构最大应力约为４４４ＭＰａ，均出现在悬臂结构与隧道壁螺栓连接处；Ｌ１６００型钢支撑结构最大应力约为５７２ＭＰａ，发生在哈芬槽与斜梁交接位置。３种情形的最大应力均小于Ｑ２３５钢材的屈服应力（２３５ＭＰａ）。

　（２）支撑结构位移

　在８０ｋＰａ均布载荷作用下，三种工况的整体结构变形情况如图１０～图１２所示。由图１０～图１２可知，由于斜梁距悬臂支撑自由端更近，Ｌ１２００和Ｌ１４００型悬臂支撑结构变形较小，其最大变形分别为０１２ｍｍ和０３０ｍｍ，最大位移均发生在型钢支撑的端部；而Ｌ１６００型悬臂支撑结构最大变形约为１１０ｍｍ，同样发生在型钢支撑的端部。以上变形均满足允许挠度（Ｌ／１５０）的要求。计算结果汇总见表２。

　（３）平台板位移

　疏散平台板为玻璃纤维复合材料，疏散平台钢支架和斜支撑通过Ｍ１６开裂混凝土化学锚栓与结构壁固定连接。本次分析中，把各部件简化为简支梁单元进行受力分析。疏散平台板宽１４００ｍｍ、板厚５０ｍｍ，板长分别取１４００ｍｍ和１６００ｍｍ，按上述工况加载，其结构变形情况见图１３～图１４。根据疏散平台材料性能指标，疏散平台步板容许挠度值为Ｌ／２００，疏散平台支架容许挠度值为Ｌ／１２５。由上述计算结果可知，平台板的挠度分别为１／３

　２５和１／３００，均小于材料允许的挠度值。

　（４）平台板弯矩

　在相同工况条件下，分别对１４００ｍｍ和１６００ｍｍ长的平台板进行仿真分析，其结构弯矩见图１５～图１６。求得的截面弯曲应力见表３。疏散平台玻璃纤维复合材料弯矩强度为２８０ＭＰａ，由此可见，平台板的弯矩应力也在容许范围内。

　５结束语

　北京新机场线疏散平台系统属于典型的梁板结构模型，其受力明确，工程中所采用的平台板复合材料和型钢支撑结构等部件的各项受力性能均满足要求。建议后续的国内城市轨道交通疏散平台设计可选用此类大跨度疏散平台方案，有利于减少施工现场疏散平台板的数量，有效提高现场疏散平台拼装施工的效率。

　作者:钟智丰 禹雷 曹亮 史磊磊 单位:中铁工程设计咨询集团有限公司 洛阳双瑞橡塑科技有限公司