軌道交通地下工程混凝土結構耐久性問題的實踐

中國電建集團鐵路建設有限公司，北京 100084

軌道交通地下工程結構一旦出現問題，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絡運行的有序性，因此在工程竣工驗收后，能否在各種環境因素的影響下，滿足設計使用年限的需求是十分關鍵的，這成為當前軌道交通地下工程研究的重點內容。目前，軌道交通網絡的發展非常發達，但存在的地下工程混凝土結構耐久性問題也更加突出，因此各個區域針對正在建設以及擬建軌道交通工程，提出了更高的建設和設計要求，期望其使用年限達到百年。

1 工程結構耐久性影響因素

荷載因素會對鋼筋混凝土結構造成一定的損壞，但環境因素也會使其出現老化問題，主要包括以下幾方面的影響因素。

1.1 凍融循環

針對地下環境，凍融循環對結構產生的破壞力度非常大。以上海為例，其所在區域的氣候環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隧道內部設置的混凝土結構，不會受凍融循環的影響而造成任何破壞[1]。

1.2 地下水

地下水會對鋼筋產生一定的侵蝕作用，因為水中含有Cl-和SO42-，屬于有害離子，一旦鋼筋出現銹蝕情況，會發生膨脹，進而對混凝土結構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的盾構隧道有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。經過檢測，上海區域的地表水，含有的Cl-屬于b級和c級之間；而地鐵工程某些區域地層環境水中含有SO42-，屬于V1-C類標準。因為對地下水的開采越來越多，在環境惡劣發展的狀況下，淺層承壓水內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。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生作用，析出游離鈣，因此會嚴重影響混凝土結構[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，便會使鋼筋表面發生鈍化效應，進而加速鋼筋的銹蝕程度。在現場對其測試后發現，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＞隧道內部。其中，隧道內部的CO2、CO濃度只有風井的50%；區間隧道與站臺的交界區的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構會產生非常顯著的碳化效果，而盾構隧道具備的CO2濃度則相較而言會低一些，因此炭化產生的影響也相對較小。

1.4 干濕交替

結構內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境便是干濕交替，具體為環境—客流—環控。因為濕度梯度的存在和環控產生的作用，即便混凝土表面沒有任何濕跡，也會有地下水滲漏問題，這是因為蒸發超過了滲透的速度。

在地下車站運營過程中，經過檢測其濕度大概為20%～80%，如果客流量較少，會因為環控系統產生的作用，其相對濕度不會大于40%。但在地鐵運營前，因為環控系統處于閉合狀態，所以會增大濕度，一般都大于60%。盾構系統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

結構耐久性最關鍵的一項薄弱點便是混凝土結構出現裂縫問題，控制裂縫也是耐久性設計和工程施工中非常關鍵的一項步驟。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過程中逐漸形成的一些微孔和小裂縫，具體包括黏結裂縫、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，進而發生宏觀裂縫。從尺寸上進行區分，寬度不大于0.5mm的裂縫屬于微觀裂縫，超過這一數值，則屬于宏觀裂縫[5]。

2 工程結構耐久性設計要求

（1）要對相應的結構形式進行選擇，保證科學性和合理性，有益于結構具備更強的抗裂、防震以及耐久性，符合構造要求[6]。同時，需要充分考量運營后產生的荷載變化及結構變形等影響因素。（2）慎重挑選水泥、礦粉等基本原材料，確保原材料具有穩定的質量，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構物施工，相應的保濕和養護工作一定要及時到位，并且要對相應的養護時間給予保障。（6）地下車站中的側墻和頂板因為出現開裂及滲水的概率會比較大，所以從結構設計、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滲施工，并做好相應的防護措施。此外，因為盾構隧道管片接縫經常會有滲水現象發生，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）結構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 工程結構耐久性施工要求

結構耐久性施工屬于非常關鍵的施工步驟，直接影響工程的耐久性能和整體質量，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過相關單位的試配，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

工程施工人員對內襯墻開展施工作業前，需要先堵漏圍護結構，在驗收合格后，才可以開展內襯墻的一系列施工內容。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。結合各季節情況、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滲。在工程施工中，有些部位非常容易出現滲漏，如接駁器設置區域，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。混凝土內部和外部的溫差不能高于20℃，嚴格把控結構的保護層厚度。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，并限制使用工地現場制造的墊塊。

3.3 混凝土養護要求

一定要高度重視混凝土的早期和全過程養護，尤其是完成內襯側墻混凝土工作后，要進行早期混凝土養護工作。養護內容的開展需要結合設計提出的要求和標準，其中，由于雙摻混凝土結構需要具有抗裂性和防滲要求，因此相應的養護期要高于21d，外部氣溫環境如果小于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。混凝土并不會受到低溫產生的凍害，如果混凝土結構沒有滿足設計強度，且養護時間也不到位，不可以提前拆模。

4 結束語

混凝土結構耐久性與軌道交通工程提出的使用百年要求有著緊密聯系，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，并進行相關的設計工作和施工，加大運營過程中的維修和檢修力度。同時，除了重視混凝土結構的耐久性，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。