城市轨道交通地下混凝土结构耐久性实践

城市轨道交通地下混凝土结构耐久性分析

摘要： 随着城市轨道交通建设的普及，地下结构耐久性越来越受到重视。地下结构的质量问题直接影响到轨道交通的运营，并且维修困难较大，费用较高。现有的设计规范提出结构使用年限为100年。北京、上海作为全国较早开展地铁建设的城市，地下结构耐久性已经做了大量的研究。并形成了结构设计的指导意见。本文旨在对地铁车站和盾构区间地下混凝土结构耐久性进行分析，并将分析结果用于指导施工。

关键词：地铁施工、混凝土结构、耐久性、施工

一、影响地下混凝土耐久性因素分析：

1、地下水

地铁建设中，盾构和车站结构深度一般集中在地下15-30米左右。绝大多数位于地下水中。地下水中Cl 离子对钢筋有腐蚀作用，钢筋锈蚀引起的体积变化会对混凝土结构造成破坏，从而影响混凝土承受荷载的能力。特别是位于承压水中的结构，因压力作用造成侵蚀离子加速扩散，加大对混凝土的不利影响。

2、裂缝

由于施工中诸多不利因素，造成成品结构有少量裂缝存在，微小裂缝会因为温度变化和受力影响而扩大，在地下水中出现渗漏现象，从而影响结构本身质量。地下结构因外界受力影响较大，会出现开裂现象。混凝土浇筑完成后有些结构不能短时间内回填，也会造成干缩裂缝。尤其是北方温差较大地区。另外，在地铁运营期间，盾构区间隧道和附属结构之间因为动载也会造成裂缝的增大。盾构区间的混凝土管片是弧形结构，表面裂纹主要是由于混凝土干缩和温差变形引起。特别是蒸养构建置于常温过程中，降温速率较大时，混凝土在温差变形作用下易产生裂缝。细小的裂缝有时肉眼很难分辨，盾构推进过程中由于推力过大或者盾构机纠偏造成局部受力过大都会引起裂缝的扩大。

3、结构内部CO2对混凝土碳化作用

混凝土施工过程中钢筋保护层厚度难免会出现厚薄不均，一旦碳化厚度超过保护层厚度，就会破坏钢筋表面钝化作用，从而加速钢筋锈蚀。在地铁运行期间，车站人流量较大，空气中CO2含量较高。碳化作用对结构影响加大。通过测试

发现，车站结构碳化速度约为1mm/年。

4、电化学腐蚀

由于地铁行进需要靠钢轨为回流线，车辆运行时电流较大，轨道与结构之间由于渗水潮湿等因素不可能完全绝缘，电流会造成轨道附近金属结构物的电流腐蚀。混凝土中的钢筋会在电流腐蚀作用下破坏。结构中预埋管和构件也会受到影响。尤其是混凝土结构本身存在裂缝问题时，渗漏水会加速电流对钢筋的影响，从而引起结构的破坏，影响到结构的强度和耐久性。

5、结构施工工艺影响

地铁车站结构施工受地下地质水文等条件因素的制约，往往会出现很多不同的施工工艺，各个工艺之间交叉部分和工艺操作性本身不稳定部分也是影响结构耐久性的因素。例如很多车站都是之前规划预留的结构，需要和现在施工的结构对接。包括盾构的端头井和管片交接部分，隧道管片和附属结构、联络通道的交界部分。现在很多松软含水地层普遍采用冻结法施工联络通道和盾构接收，冻土融化速度较慢，往往需要4-6个月时间。在此过程中混凝土结构处于低温向高温过渡状态。土体的融沉和温度变化造成的热胀冷缩都会对尚未达到设计要求强度的结构产生影响。

二、技术措施

地下结构混凝土耐久性影响因素有很多，后期修补处理比较麻烦。这就对前期土建施工提出了更高的要求。根据以往经验和后期研究数据分析。需要做好以下几个方面：

1、原材要求

混凝土配比试验要严格按照要求进行试配，钢筋、防水材料等原材需做好进场抽检工作。

2、混凝土浇筑要求

车站围护墙必须做到滴水不漏，保证内衬墙施工不受渗水影响。模板接缝严密、防止跑模漏浆。做好防水层的施工。严格控制混凝土浇筑时间，做好冷缝处理。振捣密实，不漏振、不过振。控制混凝土入模温度，做好冬雨季节施工保障措施。混凝土钢筋保护层厚度要均匀。

3、养护

混凝土的养护时间要达到设计要求，根据现场环境把握拆模时机。车站混凝土一般都有抗渗、抗裂的要求，其养护时间不得低于21d 。寒冷地区混凝土浇筑要及时采取保温措施，防止冻害。

4、注浆

盾构区间管片的二次注浆也是施工重点，盾构机推进过程中不可避免会对管片造成挤压或者受力损伤。及时壁后注浆会减小管片损伤带来的影响。施工后发现渗漏点的处理也尤为关键，现有的止水工艺大都采用聚氨酯来进行封堵。但聚氨酯的止水耐久性由于环境不同也是千差万别。很难保证百年地铁的要求。研发新型可靠的堵漏材料也是迫在眉睫。

5、抑制钢筋锈蚀

在环境十分恶劣的情况下，对钢筋直接加以处理, 抑制钢筋的锈蚀。除了可以改变钢筋的材质, 如使用耐蚀钢筋、不锈钢筋外，还可以采取以下措施:

(1)钢筋阻锈剂

(2)阴极保护技术

(3)电化学趋氯和电化学再碱化

(4)镀层钢筋和涂层钢筋

6、建立监控系统

地铁健康监控信息是掌握地铁结构耐久性状况和进行耐久性评估的先决条件，也是正确维护和管理的基础，建立健康监控信息数据库，从根本上提高地铁结构耐久性管理水平。针对地铁结构的耐久性损伤机理，具体包括以下几个方面:

(1)衬砌裂损记录(裂缝、变形、腐蚀等各项检查记录)

(2)衬砌漏水记录(漏水量测量、排水沟流量流速检查观测记录)

(3)渗漏水水质化验(侵蚀性及侵蚀性程度)

(4)气体含量记录

(5)地铁结构内外气温

(6)地铁结构内外风速

(7)地铁结构内外湿度

三 结语：

影响地铁工程耐久性的因素非常多，各因素之间交错发展、互相影响，地铁

结构的耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要解决的问题，目前国内外学者对这一方面的研究很少。本文对混凝土结构的耐久性劣化因素和技术措施进行了阐述，。结合地铁结构形式和所处环境特点，分析了地铁结构耐久性损伤机理, 并从混凝土施工、抑制钢筋锈蚀、建立地铁健康监控信息系统等几个方面提出了提高地铁结构耐久性措施。今后，针对地铁结构形式和所处复杂环境，应展开相应的耐久性基础理论研究, 如侵蚀性介质多因素共同作用，岩土介质、复杂多变应力状况，地下水渗流耦合效应，长期变形结构效应等；对地铁结构进行耐久性设计时, 应强调结构可检性、可换性、可修性、可控性、可持续性，提高地铁结构耐久性，实现地铁结构“百年大计”。