軌道交通地下工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的實踐

中國電建集團鐵路建設(shè)有限公司，北京 100084

軌道交通地下工程結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)問題，在運行過程中開展相應的維修工作是非常困難的，會嚴重影響整條線路和網(wǎng)絡(luò)運行的有序性，因此在工程竣工驗收后，能否在各種環(huán)境因素的影響下，滿足設(shè)計使用年限的需求是十分關(guān)鍵的，這成為當前軌道交通地下工程研究的重點內(nèi)容。目前，軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常發(fā)達，但存在的地下工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題也更加突出，因此各個區(qū)域針對正在建設(shè)以及擬建軌道交通工程，提出了更高的建設(shè)和設(shè)計要求，期望其使用年限達到百年。

1 工程結(jié)構(gòu)耐久性影響因素

荷載因素會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成一定的損壞，但環(huán)境因素也會使其出現(xiàn)老化問題，主要包括以下幾方面的影響因素。

1.1 凍融循環(huán)

針對地下環(huán)境，凍融循環(huán)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞力度非常大。以上海為例，其所在區(qū)域的氣候環(huán)境為亞熱帶海洋性季風，最低溫度為9.4℃，最冷月份的平均溫度為4.1℃，稍大于微凍區(qū)域的氣溫要求。上海地鐵車站可以承受的最低溫度為6.1℃，隧道、站臺以及地下站廳中的最低溫度高于10℃，因此地下車站和盾構(gòu)隧道內(nèi)部設(shè)置的混凝土結(jié)構(gòu)，不會受凍融循環(huán)的影響而造成任何破壞[1]。

1.2 地下水

地下水會對鋼筋產(chǎn)生一定的侵蝕作用，因為水中含有Cl-和SO42-，屬于有害離子，一旦鋼筋出現(xiàn)銹蝕情況，會發(fā)生膨脹，進而對混凝土結(jié)構(gòu)造成一定的影響和破壞，降低其具備的荷載能力[2]。上海有著較高的地下水位，加之地下車站和建設(shè)的盾構(gòu)隧道有10～30m的較大埋深，需要承受來自地表水和承壓水的雙重影響。經(jīng)過檢測，上海區(qū)域的地表水，含有的Cl-屬于b級和c級之間；而地鐵工程某些區(qū)域地層環(huán)境水中含有SO42-，屬于V1-C類標準。因為對地下水的開采越來越多，在環(huán)境惡劣發(fā)展的狀況下，淺層承壓水內(nèi)含有的有害離子正在逐步增多，目前其有害離子含量依然小于地表水，所以并沒有影響深層承壓水的品質(zhì)。但是由于高水頭壓力的作用，會加速擴散有害離子，并且壓力水會長期對混凝土表面產(chǎn)生作用，析出游離鈣，因此會嚴重影響混凝土結(jié)構(gòu)[3]。

1.3 碳化作用

如果混凝土中的碳化深度大于鋼筋保護層厚度，便會使鋼筋表面發(fā)生鈍化效應，進而加速鋼筋的銹蝕程度。在現(xiàn)場對其測試后發(fā)現(xiàn)，上海地鐵運營過程中依照CO2、CO濃度高低進行排列，具體為風井＞站臺＞站廳＞隧道和站臺交界處＞隧道內(nèi)部。其中，隧道內(nèi)部的CO2、CO濃度只有風井的50%；區(qū)間隧道與站臺的交界區(qū)的CO2、CO濃度在運營前和運營后并沒有太大的變化[4]。在運營過程中，地鐵中的空氣狀況與人流量有直接的聯(lián)系，客流量增大時，空氣中存在的CO2也會有所增大。CO2對地下車站混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生非常顯著的碳化效果，而盾構(gòu)隧道具備的CO2濃度則相較而言會低一些，因此炭化產(chǎn)生的影響也相對較小。

1.4 干濕交替

結(jié)構(gòu)內(nèi)部如果存在干濕交替問題，會加快碳化作用和有害離子在混凝土中的擴散速度。而且軌道交通地下工程的環(huán)境便是干濕交替，具體為環(huán)境—客流—環(huán)控。因為濕度梯度的存在和環(huán)控產(chǎn)生的作用，即便混凝土表面沒有任何濕跡，也會有地下水滲漏問題，這是因為蒸發(fā)超過了滲透的速度。

在地下車站運營過程中，經(jīng)過檢測其濕度大概為20%～80%，如果客流量較少，會因為環(huán)控系統(tǒng)產(chǎn)生的作用，其相對濕度不會大于40%。但在地鐵運營前，因為環(huán)控系統(tǒng)處于閉合狀態(tài)，所以會增大濕度，一般都大于60%。盾構(gòu)系統(tǒng)中的濕度會更大一些，但沒有非常大的變化幅度，因此不會有非常顯著的干濕交替情況。

1.5 裂縫

結(jié)構(gòu)耐久性最關(guān)鍵的一項薄弱點便是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題，控制裂縫也是耐久性設(shè)計和工程施工中非常關(guān)鍵的一項步驟。裂縫分為微觀性裂縫和宏觀性裂縫。微觀性裂縫是混凝土在硬結(jié)過程中逐漸形成的一些微孔和小裂縫，具體包括黏結(jié)裂縫、骨料裂縫以及砂漿裂縫。混凝土未受力前，一般為前兩種微觀裂縫；受力后，微觀裂縫會連通微孔，進而發(fā)生宏觀裂縫。從尺寸上進行區(qū)分，寬度不大于0.5mm的裂縫屬于微觀裂縫，超過這一數(shù)值，則屬于宏觀裂縫[5]。

2 工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計要求

（1）要對相應的結(jié)構(gòu)形式進行選擇，保證科學性和合理性，有益于結(jié)構(gòu)具備更強的抗裂、防震以及耐久性，符合構(gòu)造要求[6]。同時，需要充分考量運營后產(chǎn)生的荷載變化及結(jié)構(gòu)變形等影響因素。（2）慎重挑選水泥、礦粉等基本原材料，確保原材料具有穩(wěn)定的質(zhì)量，并有益于混凝土防裂、防滲。（3）需要合理降低混凝土中的水膠比和單方混凝土用水量，并將粉煤灰及礦粉等礦物摻合料加入混凝土，并應用減水劑。（4）提升鋼筋混凝土的保護層厚度。（5）如果是全新的混凝土結(jié)構(gòu)物施工，相應的保濕和養(yǎng)護工作一定要及時到位，并且要對相應的養(yǎng)護時間給予保障。（6）地下車站中的側(cè)墻和頂板因為出現(xiàn)開裂及滲水的概率會比較大，所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、正式施工一直到施工管理等各個層面，都要開展相應的抗裂和抗?jié)B施工，并做好相應的防護措施。此外，因為盾構(gòu)隧道管片接縫經(jīng)常會有滲水現(xiàn)象發(fā)生，所以要謹慎選用防水防滲措施，從而保障其合理性和有效性。（7）結(jié)構(gòu)預埋件和相應的連接件要做好防腐蝕措施，使其具備更強的耐久性。（8）挑選的管片接縫防水材料需要具有非常理想的耐久性，并具備一定的抗老化性。

3 工程結(jié)構(gòu)耐久性施工要求

結(jié)構(gòu)耐久性施工屬于非常關(guān)鍵的施工步驟，直接影響工程的耐久性能和整體質(zhì)量，需要做好以下三個方面的工作。

3.1 管理要求

混凝土配合比一定要經(jīng)過相關(guān)單位的試配，并提交具體的檢驗報告，審核通過后才能應用到實際工程中的混凝土配比。

3.2 混凝土澆搗要求

工程施工人員對內(nèi)襯墻開展施工作業(yè)前，需要先堵漏圍護結(jié)構(gòu)，在驗收合格后，才可以開展內(nèi)襯墻的一系列施工內(nèi)容。模板立模一定要非常牢靠，其要求包括模板要平整、接縫要嚴密以及具備跑模漏漿預防措施。結(jié)合各季節(jié)情況、外部氣候等，挑選合理的混凝土澆搗施工時間，這樣更有益于防裂抗?jié)B。在工程施工中，有些部位非常容易出現(xiàn)滲漏，如接駁器設(shè)置區(qū)域，因此要加強相應的振搗施工，防止過振問題，改善混凝土的密實度。同時，控制混凝土的入模溫度，在夏季施工時，溫度不能高于25℃；在冬季施工時，溫度不能低于5℃，并且相應的保溫保暖措施必不可少?；炷羶?nèi)部和外部的溫差不能高于20℃，嚴格把控結(jié)構(gòu)的保護層厚度。其中，可以利用專門定制的鋼筋定位墊塊，提高鋼筋安裝的定位精度，并限制使用工地現(xiàn)場制造的墊塊。

3.3 混凝土養(yǎng)護要求

一定要高度重視混凝土的早期和全過程養(yǎng)護，尤其是完成內(nèi)襯側(cè)墻混凝土工作后，要進行早期混凝土養(yǎng)護工作。養(yǎng)護內(nèi)容的開展需要結(jié)合設(shè)計提出的要求和標準，其中，由于雙摻混凝土結(jié)構(gòu)需要具有抗裂性和防滲要求，因此相應的養(yǎng)護期要高于21d，外部氣溫環(huán)境如果小于0℃，還要對新澆筑的混凝土進行覆蓋，并做好加熱和保溫措施?；炷敛⒉粫艿降蜏禺a(chǎn)生的凍害，如果混凝土結(jié)構(gòu)沒有滿足設(shè)計強度，且養(yǎng)護時間也不到位，不可以提前拆模。

4 結(jié)束語

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與軌道交通工程提出的使用百年要求有著緊密聯(lián)系，需要將其貫穿整個生命周期，嚴格編制工作細則和檢修標準，并進行相關(guān)的設(shè)計工作和施工，加大運營過程中的維修和檢修力度。同時，除了重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，采用的其他工程材料也要符合耐久性要求，以便真正實現(xiàn)百年應用的目標。除此之外，要謹慎挑選并應用新工藝和新材料，使其能夠承載時間對其的考驗。