基于耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和措施

周建

摘要：地鐵是現(xiàn)代化城市建設(shè)中較為重要的一個(gè)部分，在實(shí)際的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性是建設(shè)施工過(guò)程中較為重要的兩個(gè)指標(biāo)，在過(guò)分追求地鐵舒適度和安全性的情況下，對(duì)耐久性的忽視會(huì)造成地鐵建設(shè)中成本的不斷提升。本文在對(duì)影響地鐵結(jié)構(gòu)耐久性因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容進(jìn)行分析，并且對(duì)基于鬧就行的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：耐久性；地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)；措施

前言

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性主要指的是在目前建設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)所確定的環(huán)境作用和使用條件，在所設(shè)計(jì)的使用年限中保證地鐵舒適度和安全性的能力。地鐵工程屬于城市公共交通軌道工程，其投資巨大，建設(shè)周期較長(zhǎng)，同時(shí)質(zhì)量要求比較高，一般情況下，在對(duì)其主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，其設(shè)計(jì)年限一般為100年，所以說(shuō)需要重視其結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)。但是在實(shí)際的地鐵設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，地鐵主體結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境中的有害氣體和地下水等物質(zhì)相接觸，在加上一些突發(fā)性災(zāi)害因素的影響，會(huì)引發(fā)各種耐久性問(wèn)題，這些耐久性問(wèn)題隨著時(shí)間的推移會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，這些問(wèn)題包括主體結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)構(gòu)件生銹、漏水或者坍塌，這些問(wèn)題不僅能夠影響地鐵的安全性和舒適性，并且會(huì)因?yàn)榉敌迺?huì)耗費(fèi)大量的資金。在現(xiàn)代化城市建設(shè)節(jié)奏不斷加快的情況下，地鐵建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，地鐵的維修和改建都十分困難，在這樣的局面下，需要格外注重地鐵結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。

1影響地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素

在地鐵建設(shè)的過(guò)程中，地鐵的主體結(jié)構(gòu)置于巖土體當(dāng)中，在這樣的環(huán)境下，影響其耐久性的因素更加復(fù)雜和不確定，一般情況下，地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素主要包括這樣幾個(gè)方面：

（1）化學(xué)因素引起的腐蝕破壞。對(duì)于地鐵主體的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其主要結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的地鐵運(yùn)行過(guò)程中，地鐵隧道中底下水和土壤中的各種離子，會(huì)對(duì)地鐵主體中的鋼筋造成腐蝕，這樣的腐蝕作用表現(xiàn)的相當(dāng)明顯，根據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，美國(guó)混凝土中鋼筋腐蝕在各類腐蝕當(dāng)中占據(jù)了相當(dāng)大的比例。在許多地下工程設(shè)計(jì)建設(shè)當(dāng)中，這樣的腐蝕現(xiàn)象非常明顯，尤其對(duì)于地鐵這種規(guī)模較大，建設(shè)周期較長(zhǎng)的地下工程，這樣的化學(xué)腐蝕破壞對(duì)地鐵的影響非常大，在嚴(yán)重的情況下可能會(huì)導(dǎo)致地鐵中鋼筋出現(xiàn)碳化的現(xiàn)象，從而引起大面積腐蝕和裂縫的出現(xiàn)，在這樣的情況下，需要耗費(fèi)大量的資金來(lái)對(duì)其進(jìn)行維修，所以說(shuō)，化學(xué)因素引起的腐蝕對(duì)地鐵的耐久性影響較大。

（2）雜散電流引起的電化學(xué)腐蝕。地鐵的行駛是采用直流電流來(lái)進(jìn)行牽引的，在行駛的過(guò)程中，會(huì)存在一定的泄漏電流，這些泄露電流也被稱為迷流，迷流所形成的雜散電流會(huì)對(duì)地鐵產(chǎn)生一定程度的電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的部位通常包括地鐵周圍的金屬管道和通訊電纜等，這樣的電化學(xué)腐蝕會(huì)在一定程度上縮短金屬管線的壽命，同時(shí)也會(huì)降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，在嚴(yán)重的情況下，會(huì)對(duì)地鐵的安全行駛造成較大的影響。

（3）差異沉降所引起的結(jié)構(gòu)破壞。地鐵的建設(shè)和運(yùn)行是在地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中，但是這樣的地質(zhì)環(huán)境并不是穩(wěn)定的，具有一定程度的不均勻性，在地鐵隧道建成并且投入使用之后，隧道外部的部分土層還存在著一定程度的下沉和變形情況，這樣的變形情況也不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)層面的差異會(huì)使應(yīng)力的產(chǎn)生沉降，從而會(huì)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)造成破壞，這樣的結(jié)構(gòu)破化也會(huì)對(duì)地鐵主體的耐久性造成影響。

2混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容

一般情況下，對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)總體上來(lái)說(shuō)可以分為傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法和定量計(jì)算法，但是對(duì)于定量計(jì)算來(lái)說(shuō)，這種方法目前并不成熟，不能普遍的應(yīng)用到地下工程當(dāng)中，其主要計(jì)算模型只能對(duì)鋼筋發(fā)生銹蝕的時(shí)間進(jìn)行定量估算，并不能去確定，針對(duì)這樣的情況，可以采用完善過(guò)的傳統(tǒng)方法來(lái)對(duì)地鐵的鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前改良的傳統(tǒng)方法體現(xiàn)在這些方面：主要是根據(jù)材料的性質(zhì)來(lái)對(duì)環(huán)境類型進(jìn)行確定，并且在此基礎(chǔ)上，根據(jù)溫度、濕度和兩者的變化來(lái)對(duì)環(huán)境作用等級(jí)進(jìn)行區(qū)分，以此來(lái)更加清楚的對(duì)環(huán)境作用進(jìn)行描述，在另外一個(gè)方面，也需要對(duì)不同設(shè)計(jì)年限的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性要求進(jìn)行分析。目前混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括這樣幾個(gè)方面：主體結(jié)構(gòu)的使用年限和環(huán)境類別、減輕環(huán)境作用的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造、主體結(jié)構(gòu)材料的選擇、鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度、鋼筋混凝土的裂縫控制、基于地層環(huán)境的排水設(shè)計(jì)和各種環(huán)境下的防護(hù)措施。只有從以上幾個(gè)方面來(lái)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能在最大程度上提高地鐵主體設(shè)計(jì)的耐久性。

3地鐵結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)要點(diǎn)和措施

為了進(jìn)一步提高地鐵的耐久性，需要從整體上來(lái)對(duì)地鐵所處的環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，提高其耐久性的重點(diǎn)在于對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的控制，從這樣的方面來(lái)進(jìn)行考慮，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）首先是材料選擇。合適的材料選擇是提高地鐵結(jié)構(gòu)耐久性中最為重要的一部分，在對(duì)地鐵所處環(huán)境和地鐵整體運(yùn)行要求進(jìn)行整體考慮的前提下，在對(duì)其混凝土進(jìn)行選擇的過(guò)程中，首先需要保證地鐵車站大體積澆筑混凝土由于水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力維持在一個(gè)合適的范圍中，以此來(lái)減少其中裂縫的出現(xiàn)，對(duì)于地鐵車站各個(gè)方面的混凝土澆筑來(lái)說(shuō)，需要保證其有著良好的防水性，基于這些方面的考慮，需要選擇水化熱低、干縮性小、抗水性和抗腐蝕性較好的水泥。另外，為了提高混凝土的密實(shí)度，需要在對(duì)混凝土選擇的過(guò)程中考慮其堿活性，并且選擇合理的級(jí)配，以此來(lái)對(duì)混凝土拌合物的和易性進(jìn)行改善。最后，由于地鐵運(yùn)行環(huán)境條件具有極大的差異性，土層當(dāng)中存在各種各樣的侵蝕物，所以說(shuō)混凝土的性能也是其中較為重要的一部分，在選擇高性能水泥進(jìn)行攪拌的過(guò)程中，也需要注意選骨料和減水劑的選擇，以此來(lái)在最大程度上降低混凝土的水膠比。

（2）構(gòu)造措施。從地鐵結(jié)構(gòu)方面入手，也是提高地鐵結(jié)構(gòu)耐久性中較為重要的一部分，通過(guò)改變地鐵結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，來(lái)有效提高地鐵的耐久性，一般情況下，其構(gòu)造措施主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：首先是對(duì)地鐵的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置的過(guò)程中，需要在最大程度上保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的均勻性，盡量減少棱角的出現(xiàn)，以此來(lái)減少混凝土收縮應(yīng)力和荷載應(yīng)力的大規(guī)模集中。一般情況下，地鐵結(jié)構(gòu)常常表現(xiàn)為長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，在對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，需要加強(qiáng)縱向鋼筋的分布，以此來(lái)在最大程度上對(duì)混凝土的收縮裂縫進(jìn)行控制。根據(jù)地鐵所處的環(huán)境和相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)混凝土保護(hù)層的厚度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)件形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要保證其形狀能夠有效避免地下水等有害物質(zhì)的粘附和聚集，在必要的情況下需要進(jìn)行相應(yīng)的排水設(shè)計(jì)，另外也需要考慮局部構(gòu)件在破壞之后的整體耐久能力。在對(duì)雜散電流進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，為了防止雜散電流對(duì)地鐵的侵蝕，在最大程度上減少電流的腐蝕作用，可以采取堵排結(jié)合的方式，并且加強(qiáng)對(duì)雜散電流的監(jiān)測(cè)。

（3）施工措施。在實(shí)際的施工過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際的施工進(jìn)程采取分段施工澆筑的方式來(lái)進(jìn)行，這樣能夠有效釋放水泥水化過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，在最大程度上減少裂縫的出現(xiàn)，保證鋼筋不會(huì)出現(xiàn)較大程度的銹蝕。對(duì)于那些暴露在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件外的金屬部件，需要采取噴漆等防腐蝕措施，根據(jù)地鐵運(yùn)行環(huán)境的不同，需要選擇不同程度的防護(hù)措施，在環(huán)境影響較為嚴(yán)重的情況下，可以在混凝土中加入防腐劑和阻銹劑，并且在其構(gòu)件表面覆蓋防護(hù)材料來(lái)進(jìn)行保護(hù)。

4結(jié)束語(yǔ)

地鐵的耐久性設(shè)計(jì)是保證地鐵安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，在對(duì)影響地鐵耐久性因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工措施等幾個(gè)方面來(lái)提高施工的耐久性。