基于耐久性的地铁结构设计要点和措施

周建

摘要：地铁是现代化城市建设中较为重要的一个部分，在实际的地铁结构设计过程中，混凝土结构的强度和耐久性是建设施工过程中较为重要的两个指标，在过分追求地铁舒适度和安全性的情况下，对耐久性的忽视会造成地铁建设中成本的不断提升。本文在对影响地铁结构耐久性因素进行分析的基础上，对混凝土结构耐久性设计方法和内容进行分析，并且对基于闹就行的地铁结构设计要点和措施进行探讨。

关键词：耐久性；地铁结构设计要点；措施

前言

地铁结构设计的耐久性主要指的是在目前建设的混凝土结构设计中，根据设计所确定的环境作用和使用条件，在所设计的使用年限中保证地铁舒适度和安全性的能力。地铁工程属于城市公共交通轨道工程，其投资巨大，建设周期较长，同时质量要求比较高，一般情况下，在对其主体结构进行设计的过程当中，其设计年限一般为100年，所以说需要重视其结构耐久性的设计。但是在实际的地铁设计建设过程中，地铁主体结构与周边环境中的有害气体和地下水等物质相接触，在加上一些突发性灾害因素的影响，会引发各种耐久性问题，这些耐久性问题随着时间的推移会越来越严重，这些问題包括主体结构变形、结构构件生锈、漏水或者坍塌，这些问题不仅能够影响地铁的安全性和舒适性，并且会因为返修会耗费大量的资金。在现代化城市建设节奏不断加快的情况下，地铁建设项目逐渐增多，地铁的维修和改建都十分困难，在这样的局面下，需要格外注重地铁结构的耐久性设计。

1影响地铁结构耐久性的主要因素

在地铁建设的过程中，地铁的主体结构置于岩土体当中，在这样的环境下，影响其耐久性的因素更加复杂和不确定，一般情况下，地铁结构耐久性的影响因素主要包括这样几个方面：

（1）化学因素引起的腐蚀破坏。对于地铁主体的设计来说，其主要结构为钢筋混凝土结构，在实际的地铁运行过程中，地铁隧道中底下水和土壤中的各种离子，会对地铁主体中的钢筋造成腐蚀，这样的腐蚀作用表现的相当明显，根据有关调查显示，美国混凝土中钢筋腐蚀在各类腐蚀当中占据了相当大的比例。在许多地下工程设计建设当中，这样的腐蚀现象非常明显，尤其对于地铁这种规模较大，建设周期较长的地下工程，这样的化学腐蚀破坏对地铁的影响非常大，在严重的情况下可能会导致地铁中钢筋出现碳化的现象，从而引起大面积腐蚀和裂缝的出现，在这样的情况下，需要耗费大量的资金来对其进行维修，所以说，化学因素引起的腐蚀对地铁的耐久性影响较大。

（2）杂散电流引起的电化学腐蚀。地铁的行驶是采用直流电流来进行牵引的，在行驶的过程中，会存在一定的泄漏电流，这些泄露电流也被称为迷流，迷流所形成的杂散电流会对地铁产生一定程度的电化学腐蚀，产生电化学腐蚀的部位通常包括地铁周围的金属管道和通讯电缆等，这样的电化学腐蚀会在一定程度上缩短金属管线的寿命，同时也会降低钢筋混凝土结构的整体强度，在严重的情况下，会对地铁的安全行驶造成较大的影响。

（3）差异沉降所引起的结构破坏。地铁的建设和运行是在地质环境当中，但是这样的地质环境并不是稳定的，具有一定程度的不均匀性，在地铁隧道建成并且投入使用之后，隧道外部的部分土层还存在着一定程度的下沉和变形情况，这样的变形情况也不稳定，结构层面的差异会使应力的产生沉降，从而会对地铁结构造成破坏，这样的结构破化也会对地铁主体的耐久性造成影响。

2混凝土结构耐久性的设计方法和内容

一般情况下，对于地铁结构耐久性的设计总体上来说可以分为传统经验法和定量计算法，但是对于定量计算来说，这种方法目前并不成熟，不能普遍的应用到地下工程当中，其主要计算模型只能对钢筋发生锈蚀的时间进行定量估算，并不能去确定，针对这样的情况，可以采用完善过的传统方法来对地铁的钢筋混凝土进行结构设计，目前改良的传统方法体现在这些方面：主要是根据材料的性质来对环境类型进行确定，并且在此基础上，根据温度、湿度和两者的变化来对环境作用等级进行区分，以此来更加清楚的对环境作用进行描述，在另外一个方面，也需要对不同设计年限的结构构件的耐久性要求进行分析。目前混凝土结构的耐久性设计内容主要包括这样几个方面：主体结构的使用年限和环境类别、减轻环境作用的结构形式和构造、主体结构材料的选择、钢筋混凝土保护层的厚度、钢筋混凝土的裂缝控制、基于地层环境的排水设计和各种环境下的防护措施。只有从以上几个方面来对混凝土的结构耐久性进行设计，才能在最大程度上提高地铁主体设计的耐久性。

3地铁结构耐久性设计要点和措施

为了进一步提高地铁的耐久性，需要从整体上来对地铁所处的环境进行分析，对于地铁结构来说，提高其耐久性的重点在于对结构裂缝的控制，从这样的方面来进行考虑，可以从以下几个方面来对地铁结构耐久性进行设计：

（1）首先是材料选择。合适的材料选择是提高地铁结构耐久性中最为重要的一部分，在对地铁所处环境和地铁整体运行要求进行整体考虑的前提下，在对其混凝土进行选择的过程中，首先需要保证地铁车站大体积浇筑混凝土由于水化热所产生的温度应力维持在一个合适的范围中，以此来减少其中裂缝的出现，对于地铁车站各个方面的混凝土浇筑来说，需要保证其有着良好的防水性，基于这些方面的考虑，需要选择水化热低、干缩性小、抗水性和抗腐蚀性较好的水泥。另外，为了提高混凝土的密实度，需要在对混凝土选择的过程中考虑其碱活性，并且选择合理的级配，以此来对混凝土拌合物的和易性进行改善。最后，由于地铁运行环境条件具有极大的差异性，土层当中存在各种各样的侵蚀物，所以说混凝土的性能也是其中较为重要的一部分，在选择高性能水泥进行搅拌的过程中，也需要注意选骨料和减水剂的选择，以此来在最大程度上降低混凝土的水胶比。

（2）构造措施。从地铁结构方面入手，也是提高地铁结构耐久性中较为重要的一部分，通过改变地铁结构的特点，来有效提高地铁的耐久性，一般情况下，其构造措施主要体现在这样几个方面：首先是对地铁的结构形式进行设计和布置的过程中，需要在最大程度上保证结构构件的均匀性，尽量减少棱角的出现，以此来减少混凝土收缩应力和荷载应力的大规模集中。一般情况下，地铁结构常常表现为长条形结构，在对此结构进行考虑的基础上，需要加强纵向钢筋的分布，以此来在最大程度上对混凝土的收缩裂缝进行控制。根据地铁所处的环境和相应的设计标准，需要对混凝土保护层的厚度进行合理设计。在对地铁结构构件形状进行设计的过程中，需要保证其形状能够有效避免地下水等有害物质的粘附和聚集，在必要的情况下需要进行相应的排水设计，另外也需要考虑局部构件在破坏之后的整体耐久能力。在对杂散电流进行考虑的基础上，为了防止杂散电流对地铁的侵蚀，在最大程度上减少电流的腐蚀作用，可以采取堵排结合的方式，并且加强对杂散电流的监测。

（3）施工措施。在实际的施工过程中，需要根据实际的施工进程采取分段施工浇筑的方式来进行，这样能够有效释放水泥水化过程中所产生的热量，在最大程度上减少裂缝的出现，保证钢筋不会出现较大程度的锈蚀。对于那些暴露在混凝土结构构件外的金属部件，需要采取喷漆等防腐蚀措施，根据地铁运行环境的不同，需要选择不同程度的防护措施，在环境影响较为严重的情况下，可以在混凝土中加入防腐剂和阻锈剂，并且在其构件表面覆盖防护材料来进行保护。

4结束语

地铁的耐久性设计是保证地铁安全运行的基础条件，在对影响地铁耐久性因素进行分析的基础上，可以从材料选择、结构设计和施工措施等几个方面来提高施工的耐久性。

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2020-03-17