地铁结构

地铁结构（精选11篇）

地铁结构 篇1

一、工程概况

本车站主体结构为地下二层三跨结构, 顶板平均覆土厚约3.10m, 车站底板底埋深度约为18.00m。根据本站客流量, 结构选用12.00m双柱岛式站台, 车站标准段宽度为20.30m, 标准段高度15.00m。

二、防水设计原则及标准

地下结构应遵循“以防为主, 刚柔相济, 多道设防, 因地制宜, 综合治理”的原则。车站主体结构防水等级为一级, 结构不允许渗水, 结构表面无湿渍。结构自防水首先应保证混凝土、钢筋混凝土结构的自防水能力。为此应采取有效技术措施, 保证防水混凝土达到规范规定的密实性、抗渗性、抗裂性、防腐性和耐久性。根据主体结构设计使用年限100年的要求进行耐久性设计, 混凝土结构所用材料应满足现行《地铁设计规范》、《混凝土结构设计规范》及《混凝土结构耐久性设计规范》的相关要求。针对郑州地区的气候特征, 附加防水层应吸取国内外类似工程结构防水的经验, 以达到技术先进、经济合理、安全适用、确保防水的目的。

三、防水方案

地下车站迎水面结构均采用防水混凝土, 防水混凝土的抗渗等级根据结构的埋设深度确定, 一级设防要求不小于P10。

地下结构防水应遵照以结构自防水为主的原则, 而混凝土的抗裂比防渗更为重要, 控制混凝土的裂缝将是结构自防水混凝土设计与施工的主要问题。地下结构控制混凝土裂缝的综合措施有:

1. 严格控制混凝土配合比。

在满足强度、密实性、耐久性、抗渗等级和泵送混凝土的和易性 (即坍落度及其损失) 要求的条件下, 最大限度地控制混凝土的水泥用量, 以及采用双掺技术 (优质粉煤灰或磨细矿渣加上高效减水剂) , 并按设计强度、抗渗标准通过实验确定最佳配合比。另外, 水胶比是对抗渗性起决定作用的因素, 在明挖车站主体结构中, 必须限制水胶比的最大限值为0.45。

2. 车站结构的顶板、底板和四周侧墙的混凝土应采用高性能补偿收缩防水混凝土。

高性能混凝土 (HPC) 的主要特点是高流动性, 低收缩, 高抗渗, 低水化热, 高体积稳定性等, 其配制的基本原理是用复合型超塑化剂、超细活性掺和料 (如磨细矿渣) 等, 通过高效减水, 提高混凝土的密实度和流动性, 因其致密度较高, 还带来早强而后强不倒缩的特点, 同时以较低的水泥用量和胶体用量, 达到较高的强度和防渗抗裂要求。C30高性能混凝土配合比的单位水泥用量不小于260kg/m3, 要求结硬后的实体混凝土早期强度 (48h强度) 不低于设计值的70%~80%。

3. 主体结构均应采用商品混凝土。

应严格控制混凝土的入模温度, 夏季高温季节施工时, 应尽量利用夜间施工, 采取措施降低混凝土的入模温度 (尽量降低至25℃以下为最好) 。

4. 混凝土浇筑后, 必须加强保温养护。

为了防止混凝土表面冷却时降温过快, 造成过大温差, 就需要在冷却过程中采用保温养护, 控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤然变化。这一点在以前的施工中通常会被忽略, 在今后的地铁工程中必须明确规定, 并采用信息化施工, 每隔2小时量测一次温度, 根据量测的温度指导养护和拆模。

正确的养护措施会降低混凝土的干燥速率, 延缓表层水分损失, 尤其是早期头几个小时和浇筑当天的养护。模板外侧应保持湿润, 木模宜浇水, 钢模则可外辅保水的覆盖层, 规定的保水养护时间应为10d, 在车站出入口和进风口应加以围蔽, 尽可能防止干燥空气流入。混凝土的整个养护时间应大于14d。

车站顶板混凝土浇筑完毕后, 立即收水加盖湿草包养护, 且不少于14d, 能做到蓄水养护则最理想。并且要及时做好防水层和回填覆土工作, 顶板的底层面要注意保温养护。

5. 车站结构按施工流程设置施工缝和后浇带。

为减少混凝土收缩产生的裂缝, 环向施工缝间距一般宜控制在12~16m, 可采用跳槽分段浇筑混凝土的方法进行施工;后浇带采用高性能补偿收缩防水混凝土施工。

6. 在结构的迎水面设置柔性全包防水层。

顶板防水层应采用单组分聚氨酯防水涂料, 一级设防要求时的厚度不得小于2.50mm。侧墙和底板防水层可采用天然钠基膨润土净含量不小于5.50kg/m2的膨润土防水毯或双层聚酯胎体SBS改性沥青防水卷材 (Ⅱ型) , 一级设防要求时, 每层厚度均不得小于4mm。并根据不同部位设置与其相适应的防水层的保护层。

四、变形缝、施工缝、穿墙 (板) 的防水

1. 环向施工缝均采用35cm宽钢边橡胶止水带并粘贴20mm×10mm的遇水膨胀止水胶来加强防水;

水平纵向施工缝均采用双道遇水膨胀止水胶 (每道20mm×10mm) 并在接缝表面涂刷1.50kg/m2的水泥基渗透结晶型防水材料加强防水;特殊部位, 如与附属结构接口处的施工缝可采用双道遇水膨胀止水胶 (每道20mm×10mm) +注浆管的方式进行防水处理。

2. 变形缝均整环设置宽度为35cm的中孔型中埋式钢边橡胶止水带。

侧墙和底板设置宽度为35cm的中孔型外贴式橡胶止水带, 顶板的迎水面变形缝内设置20mm×10mm的聚硫密封胶。同时, 结构的顶板、侧墙在背水面变形缝内设置20mm×10mm的聚硫密封胶。

3. 穿墙 (板) 管件 (如接地电极或穿墙管) 等穿过防水层的部

位采用止水法兰和遇水膨胀腻子条 (止水胶) 进行防水处理, 同时根据选用的不同防水材料对穿过防水板的部位采取相应的防水密封处理。HK

地铁结构 篇2

摘要：随着城市化进程加快，城市中人流量剧增，给交通带来巨大的压力，越来越多城市开始修建地铁隧道，已经成为城市交通中必不可少的设施之一。我国地铁最早出现上个世纪九十年代的北京，距今位置已经有五十余年了。随着科技、经济的进步，我国地铁隧道在设计、施工以及检测水平方面都取得了一定成绩，但是随着长时间的使用以及地质作用，一些地铁隧道还是会出现不同程度的结构病害。本文将结合地铁隧道工程实例，对地铁隧道结构病害原因进行分析以及相应的解决对策进行探讨。

关键词：地铁隧道；结构病害；原因分析；解决对策

前言

我国地铁隧道工程项目不断增多，在长期的地铁隧道建设实践中积累丰富的经验，在施工技术、检测水平以及设计理念等等方面都得到了很大程度的进步。但是由于我国地铁隧道建设起步相对较晚，在设计、施工等等方面还存在着不足。我国大部分的地铁隧道一般在运营十年后，都会出现或多或少的结构病害，都需要进行不同程度修复、整治。例如钢筋的腐蚀、混凝土的劣化、渗漏等等，这些情况的出现，对隧道结构安全性将产生非常大的影响，严重威胁地铁的运营安全。

一、某城市地铁隧道工程概况

某城市地铁一号线，建于21世纪初期，距今已经有近于十五年的历史。此地铁一共有八个站点，七个区间，全场有7.3km。近来对地铁进行现场勘查以及结构耐久性的检测，其检测内容包括，混凝土强度检测、外观损伤检测、碱含量检测、混凝土碳化深度检测、钢筋锈蚀检测、混凝土抗渗性检测、碱活性检测、地下水腐蚀检测、保护层检测等等，检测结果发现其不同区间存在着不同程度的结构病害。

二、结构病害情况简介

下面对该城市地铁隧道结构病害情况进行详细介绍，具体病害情况如下图所示：

从表格中我们可以看出，该地铁隧道，渗漏的情况，主要出现在A站与B站之间，A站后一百米都属于病害比较严重的地段。主要包括结构耐久性损伤、外包防水层已经局部失效。各个站点区间的都存在着一定程度的钢筋锈蚀。在F站与G站以及G站与H站之间有碱含量超值的现象。从目前的情况来看，各个站点、区间之间的结构病害对地铁隧道长期稳定性以及正常使用将产生非常大的影响，因此必须对其中的钢筋锈蚀、渗漏、裂缝等等情况进行整治、修复。

三、结构病害出现的原因分析

（一）渗漏裂缝出现的原因

工程研究表明，混凝土结构出现渗透裂缝有80%的原因是非载荷变形导致的。另外的原因就是以载荷为主导的原因，以及由变形以及载荷共同导致出现的渗透裂缝。由此便可以判断出，地铁隧道渗漏裂缝出现大部分的原因是由非载荷变形引起的，在长期的地铁运行过程中，机械对混凝土结构不断产生振动，长年累月，逐渐产生裂缝。另外出现渗漏裂缝的主要原因还有，混凝土碳化严重、密实度比较差，进而导致钢筋锈蚀的出现，使得混凝土保护层裂开。同时，预埋在结构和土体之间的管道老化及破损引起的漏水漏泥，更是对结构安全影响巨大。

（二）混凝土劣化出现原因

混凝土劣化产生的原因是多方面的，例如在地铁隧道建设施工中，所运用的混凝土标号过低。另外在施工过程中，振捣工作不到位，不够密实，从而导致混凝土墙体出现麻面、蜂窝的现象。麻面、蜂窝出现之后，其表面更容易遭受有害介质的腐蚀以及碳化。另外，由于地铁隧道长期的运营使用，结构外侧防水卷材的防水功能出现退化，从而非常容易导致，地下水渗漏到混凝土结构中去，并且地下水硫酸盐含量非常大，腐蚀性强，从而致使混凝土出现劣化的现象。

（三）钢筋腐蚀出现的原因

地铁隧道中，钢筋出现腐蚀的主要原因混凝土中氯离子的作用，混凝土中的氯离子主要来源是渗漏水，渗漏水中含有大量的氯离子，从而产生腐蚀。混凝土中的钢筋如果出现腐蚀，那么它的体积就会出现膨胀，膨胀的后果就是混凝土裂缝的出现，从而又进一步的加速了钢筋腐蚀。

（四）预埋管道老化及破损原因

地铁区间联络通道的排水管，当上下行间距较大时，为了节约投资，部分排水管是横穿结构及结构外侧土体的，当长时间运营后，结构出现沉降、变形，以及管材自身质量原因，导致老化、破损。

四、修复结构病害的对策

（一）针对裂缝的修复对策

第一步，把混凝土表面的灰尘、灰浆、油污清除干净，把裂缝中的异物全部清除。第二步，将裂缝表面粘贴上压浆嘴。第三步，将裂缝表面与压浆嘴封闭，为了封闭的更加密实，要采用密封胶进行。第四步，压力灌注结构胶。在压浆的过程中一定要时刻保持浆液的流动。终压时一定要达到0.2MPa，并且要持压2到3分钟。压浆的次序必须是由低向高进行。第五步，压浆完成后，将压浆嘴关闭，等结构胶完全凝固后，拿掉密封胶以及压浆嘴。最后是对表面进行磨光。

（二）针对混凝土劣化的补强修复对策

第一步，平整混凝土表面、进行打磨处理。第二步，在混凝土表面涂抹底胶，底胶要利用FL-2000。还要利用环氧树脂腻子将表面整平。第三步，粘贴芳纶纤维布。芳纶纤维布的粘贴先要画基准线，然后在底胶表面涂浸渍树脂，最后将芳纶纤维布贴上。第四步，涂刷水泥砂浆。在涂刷砂浆之前还要在芳纶纤维布上涂浸渍树脂，确保质量。

（三）针对锈蚀钢筋的修复

第一步给钢筋除锈，利用钢刷，并且把松动、开裂的混凝土剔除掉，然后利用阻锈剂和聚合物水泥砂浆将提出的空缺填满。第二步，为了保护混凝土表面，所以必须在其表面涂刷一层阻锈剂。等阻锈剂彻底干燥后还要涂刷两次，每一次的用量必须保持在0.1kg/m?～0.2/m?

（四）针对排水管的修复

第一步封堵排水管，阻止进一步漏水漏泥。第二步对漏泥漏泥引起的结构损坏进行修复，如果环缝间出现明显漏水及漏泥，需进行壁后注浆处理。第三步对脱空的整体道床进行注浆加固。第四步采用大管套小管方案，恢复区间排水管引排水功能。

五、总结

地铁隧道是城市交通中必不可少的设施之一，由于我国地铁隧道设计、建设施工方面还存在这不足，因而结构病害现象的发生很普遍，例如钢筋的腐蚀、混凝土的劣化、渗漏等等情况。本文结合地铁隧道工程实例，对地铁隧道结构病害原因进行分析以及相应的解决对策进行探讨。以供参考。

参考文献：

[1]赵旭.地铁隧道结构病害原因分析及修复方法[J].山西建筑，2014，09：185-186.

[2]鄒家南.地铁盾构隧道钢板衬加固效果的数值试验研究[D].华南理工大学，2014.

地铁轨道结构的振动研究 篇3

高速列车诱发地面波与轨道强振动已引起了国外学者和铁路公司的密切关注, 近年来有关该方面的理论和试验研究不断出现[2,3,4,5]。在不关心车体的振动强度和乘车舒适性的前提下, 计算地铁列车经过时所诱发的轨道结构的振动可以考虑采用轨道动力学模型[6], 模型中车轮对钢轨的作用力简化为一个以恒速度移动的集中荷载, 其他的轨道结构如钢轨、垫板、轨枕、和道床等分别简化成梁、弹簧和粘性阻尼、集中质量等。本文采用傅立叶变换求解轨道动力学模型[3], 结合数值计算软件MATLAB进行编程实现模型的数值求解。

1 MATLAB程序数值分析

1.1 数值分析模型

根据地铁弹性支承块式轨道结构建立列车-轨道连续弹性双层梁模型 (图1) 。钢轨视为连续欧拉梁;扣件及轨下垫板, 轨枕块下橡胶垫板简化为两层均布的线性弹簧和粘滞阻尼;弹性支承块轨枕简化为一质量块;隧道混凝土底板视为刚体。采用一系列以一定速度移动的轴荷载模拟列车的作用。这意味着不考虑列车和轨道的动态耦合作用, 只计算移动列车荷载引起的轨道振动。双层弹性梁模型可用于模拟地铁中的短轨枕和整体式道床轨道结构, 在此结构中钢轨通过扣件和垫板铺设于轨枕块上, 轨枕直接镶砌于隧道底部基础上, 在必要的情况下也可以给轨枕安装减振元件, 如橡胶套靴等以达到减振降噪的目的。

此模型其振动微分方程为:

其中E, I分别为钢轨的弹性模量和水平惯性矩, w为钢轨竖向挠度, x为轨道坐标, y为轨枕竖向挠度, kÁ为钢轨垫板和扣件组合的刚度, ks、cs为轨枕和隧道基础之间的刚度和阻尼值, ms为单位长度轨枕和道砟质量, cr为轨道等效阻尼, v为列车运行速度, F1为第l个轮载, a1为t 0时第l个轮载距原点的距离, M为轮载总数。

通过建立轨道结构连续弹性双层梁模型, 本文采用傅里叶变换法分析轨道结构动力反应。具体的求解过程在文献[8]中已详细介绍, 这里不再赘述。

1.2 参数选取

上述模型对应的轨道结构在长期的运营过程中, 由于累积变形不断增大, 形成了各种各样的轨道不平顺, 这些不平顺极大地激发了车辆与轨道之间的有害振动, 恶化了列车的运营品质, 对轮轨系统各部件的损伤和轨道质量状态产生了极为不利影响。国内外的实测资料表明, 轨道不平顺实际上是一个随机过程, 在轨道结构仿真中通常将其处理呈平稳的各态历经的随机过程, 它是机车车辆-轨道系统随机振动的激励源。在此多层连续弹性梁模型中, 本文将考虑将轨道不平顺诱发的轮轨作用力以附加惯性力的形式加载于模表1模型参数列表型上。参考有关文献[9]中建议的轨道结构各构件的参数取值范围, 本文中所取的参数列表如表1。

1.3 数值计算结果

基于文献[8]的公式推导和求解原理, 对双层梁轨道模型进行了振动分析, 可以得出列车以一定的恒速度经过时各轨道部件的振动情况, 各轨道部件的振动典型时程曲线如图2所示, 为考虑上述模型中不同的参数量对最终道床的反作用力的影响, 对其中的几个参数进行分组研究, 最后找出这几个参数的最优组合。在图2的振动时程曲线中, 钢轨的位移、轨枕的振动速度以及地基反作用力都是取轨道中心处轨枕间距内的平均值。

2 ANSYS数值分析

2.1 ANSYS求解轨道动力学的模型

采用MATLAB程序求解轨道动力学模型时受到方程描述的限制, 必须假设沿轨道方向轨道结构均匀一致和连续支撑。实际上轨道结构是一个离散支撑系统, 而且沿轨道方向存在近似的周期性, 采用连续支撑等效离散支撑不能反映轨枕之间的刚度变化, 因此本节采用通用的结构动力学分析软件ANSYS模拟双层离散轨道模型在列车荷载作用下的振动响应情况。双层轨道结构有限元模型基于轨道结构沿轨道中心线对称的假设, 将轨道结构看成一条单边轨, 钢轨可以采用ANSYS中梁单元Beam3来模拟, 轨枕用质量点单元Mass23等效, 垫板、扣件以及道床可以采用弹簧阻尼单元combin14等效。考虑模型的边界对振动波的反射作用, 因此考虑将轨道长度取得足够长。根据一般轨道的实际支撑情况取钢轨梁单元的长度为0.625m, 每个钢轨的每个节点处用弹簧阻尼单元连接一个轨枕质量点单元, 再由弹簧阻尼单元连接到固定的路基节点上。在两端边界处固定边界节点纵向 (x方向) 的自由度;轨枕在振动过程中沿水平方向的振动很小, 可以不予考虑, 因此固定轨枕质量点单元x方向的自由度, 路基上的节点固定所有的自由度。为模拟列车在钢轨上的移动, 将加载力以恒速度v在x方向移动, 在考虑轨道不平顺对轮轨力的影响时, 可以将不平顺导致的惯性力叠加在轮对静荷载上。整个分析计算过程采用全瞬态的分析方法, 时间积分步长取为0.005秒, 计算的总时间由列车跑完模型全程所需的时间来确定。为与前面的MATLAB模型一致, 整列车的车厢数取为4, 轨道长度取为整列车长的3倍。模型中各组件的参数取值见表2, 双层轨道结构的有限元模型见图3。

2.2 模型求解和结果分析

用不同单元模拟轨道结构的不同构件共同组成轨道结构系统后, 由ANSYS系统内部自动计算各单元的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵以及外荷载向量, 并将所有单元组装成一个系统总的刚度矩阵[K]、质量矩阵[M]、阻尼矩阵[C]以及外荷载向量[P], 选择系统中直接求解法来解下面的系统有限元方程:

其中分别为系统各节点自由度的加速度向量、速度向量和位移向量。

取无轨道不平顺和有轨道不平顺两种工况进行计算, 其中轨道不平顺同上节中MATLAB采用的美国轨道不平顺谱, 只取其中的6级轨道进行计算。图4, 图5分别列出了两种工况下的位移、速度、加速度和反作用力时程曲线图。

从以上的计算结果可知, 采用离散支撑的轨道结构有限元模型进行分析的结果与同参数下的MATLAB双层连续梁轨道模型计算的结果在轨枕位移、速度和加速度在数量级上是一致的, 差别不大 (见图2和图4) 。只有整体道床的反作用力差别比较大, 产生这种大的差异的原因是由轨道模型的差异引起的, 在MATLAB连续梁轨道模型中计算的反力是单位长度内的反作用力总和, 而有限元模型中计算的反力是单个支撑点的作用反力, 支撑点之间的间距只有0.625m, 轮轨作用力在周围的多个支撑点上分散, 导致作用反力结果较MATLAB连续梁轨道模型中的作用反力小。

3 参数分析

为考虑列车-轨道连续弹性双层梁模型中不同的参数量对最终道床的反作用力的影响, 通过MATLAB程序对其中的几个参数进行分组研究, 最后找出这几个参数的最优组合。

3.1 列车车速的影响

不同车速下的工况组合如表3。

3.2 轨道不平顺的影响

不同轨道不平顺的工况组合如表4。

3.3 钢轨垫板刚度的影响

不同钢轨垫板刚度的工况组合如表5。

3.4 轨枕垫板刚度的影响

不同轨枕垫板刚度的工况组合如表6。

4 结论

从以上分析可以得出如下结论:

a轨枕竖向振动位移;b轨枕振动速度;c轨枕振动加速度;d整体道床作用反力

4.1 车速对轨道结构振动速度和整体道床作用反力的影响比较明显, 随着车速的增加, 轨枕的振动速度明显增加, 整体道床的作用反力峰值也有很大的增加, 而且作用力的频率段也随着车速的提高而增长。

4.2 轨道不平顺对轨道结构振动和整体道床作用反力的影响很明显, 轨道不平顺越高, 轨枕的振动速度加剧, 整体道床作用反力峰值也显著增加, 相应的频率段也从20Hz增到60Hz, 因此对钢轨表面和车轮踏面的日常维护对轨道结构的减振和安全有非常大的意义。

4.3 轨枕的振动速度对轨枕垫板刚度在20~60 MN/m范围内变化时不太敏感, 垫板刚度的增加使轨枕振动速度的有效值缓慢地增长, 而对整体道床反作用力峰值和频谱没多大的影响。

4.4 轨枕和整体道床之间的橡胶减振套刚度对轨道结构振动有很大的影响, 刚度增加会引起轨枕的速度明显减小, 但整体道床反作用力会增加, 而相应的频谱没什么变化。从隧道结构的安全来讲, 橡胶减振套刚度应取较小值。

摘要：采用傅立叶变换求解轨道结构连续弹性双层梁动力学模型, 采用软件MATLAB进行编程实现模型的数值求解, 计算结果和ANSYS仿真的结果进行了对比。研究表明:车速对轨道结构振动影响明显, 随着车速的增加, 轨枕的振动速度明显增加, 整体道床的作用反力峰值也有很大的增加, 而且作用力的频率段也随着车速的提高而增长。轨道不平顺对轨道结构振动非常敏感, 因此对钢轨表面和车轮踏面的日常维护对轨道结构的减振和安全有非常大的意义。轨枕和整体道床之间的橡胶减振套刚度对轨道结构振动有很大的影响, 刚度增加会引起轨枕的振动速度明显减小, 但整体道床反作用力会增加, 而相应的频谱没什么变化。从隧道结构的安全来讲, 橡胶减振套刚度应取较小值。

关键词：地铁列车,轨道振动,数值分析

参考文献

[1]夏禾, 张楠.车辆与结构动力相互作用.2版[M].北京:科学出版社, 2005.

[2]Krylov V V, Dawson A R.Rail Movement and Ground WavesCaused by High Speed Trains Approaching TrackSoil CriticalVelocities[J].Proc Instn Mech Engrs, 2000, 214 (F) :107-116.

[3]Lombaert G, Degrande G, Kogut J, et al.The ExperimentalValidation of a Numerical Model for the Prediction of RailwayInduced Vibrations[J].Journal of Sound and Vibration, 2006, 297 (3-5) :512-535.

[4]Madshus C, Bessason B, Harvik L.Prediction Model forLow Frequency Vibration from High Speed Railways on Sof tGround[J].Journal of Sound and Vibration, 1996, 193 (1) :195-203.

[5]Krylov V V.On t he Theory of Railway-Induced GroundVibrations[J].Journal of Physique IV, 1994, 4 (C5) :769-772

[6]翟婉明, 车辆-轨道耦合动力学[M].北京, 中国铁道出版社, 1997.

[7]雷晓燕.现代轨道理论研究2版[M].北京:中国铁道出版社, 2008.

[8]雷晓燕.高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法[J].中国铁道科学, 28 (6) , 2007.

地铁结构 篇4

探讨地铁车站围护结构堵渗漏专项施工方案

深圳地铁1号线续建工程土建4标段分别位于桃园路与前海路以及桃园路与南山大道的十字交通枢纽地带,大新站两侧有前海花园及港湾丽都高档住宅区,桃园站两侧有南山医院、新桃园酒店以及多层住宅小区,因此在基坑开挖及主体结构施工过程中,围护结构渗、漏水堵漏工作对保证基坑稳定、交通以及周围建筑物安全极为重要.本文笔者就此问题作出相关探讨.

作 者：向明慧  作者单位：深圳市建业,集团,股份有限公司,518040 刊 名：中国科技博览 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 年，卷(期)： “”(24) 分类号：U 关键词：堵漏   管涌   供水管道   围护结构  

地铁结构 篇5

关键词：地铁结构；地连墙施工技术；应用分析

随着城市建设的发展，人们对于城市的地下空间也开始了开发和利用，如地下停车场、地铁隧道、地下仓库和商场以及多种民用和工业设施等。此外，地下工程建设项目有着较大的数量和规模，如高层建筑内的深基坑、大型的深沟槽和越江的隧道以及地铁内的车站深基坑等。对这些地下空间实行开发建设，会出现大量的深基坑工程，其规模以及深度也在相应的增大。

1、导墙施工质量的控制方法

导墙在地下连续墙中是重要的结构部分，其作用主要是发挥其自身良好的存储泥浆、稳定液位及维护上部土体稳定和防止出现坍落等作用。针对导墙的施工质量控制主要涉及了下面几个方面：对施工现场的地质条件和原始建筑物、管线铺设状况实现详细的了解，促进相关施工单位在实际情况基础上来监测、强固、保护等；满足定位的放线、轴线、标高等，特别要注意导墙的平面位置需要准确无误。考虑施工中出现的误差和开工时的地下连续墙变形情况，需要将导墙的位置向外放置一定尺寸。内外墙的静距离要保持在地下连续墙设计厚度增加40-60mm。导墙深度是1.5m-2m，顶面一般要比地面高出100mm。若依据槽壁稳定验算得知提升泥浆液位，导墙高度则要依据计算结果进行确定；导墙施工过程中，若是遭遇地下障碍物，就要将其彻底清除。如果地下的障碍物深度较大，则要进行深导墙施工。导墙背侧的回填土过程中，使用粘性土并且要夯实切忌不能出现漏浆。对轴线、垂直度等实行监控；完成导墙施工后，拆除内侧模板的厚墙互相加设对撑。混凝土未达到设计强度前，禁用重型设备于导墙的附近实行停置或作业，防止导墙位移和开裂；导墙沟槽灌泥浆前，对垃圾和杂物进行清除。

2、控制泥浆系统的质量

泥浆对于地下连续墙的施工影响较大，它的主要作用是护壁，并且兼具携砂、冷却、润滑等作用。控制泥浆系统质量主要表现在下面几个方面：若新拌制的泥浆储存的时间超过一天或是添加了分散剂，充分实现膨润土和粘土水化后再使用。定期检查泥浆质量，及时对泥浆的指标做出调整。对泥浆进行使用的过程中，经常性的控制及测定泥浆指标；槽段内回收泥浆需要将其经过土渣分离筛，旋流除渣器—级双层振动筛实施分离净化后，调整其性能指标，再生成为泥浆；成槽作业内，槽内泥浆液面对比导墙顶面地30cm。遇到雨季或地下水升高情况后，及时增加泥浆密度和粘度，雨量较大时需要实现对成槽的暂停，并且将口封住。需要降地水位时，要定期对水位作出观测，严禁雨水污染槽中的泥浆。

3、控制成槽质量

成槽的地下连续墙时间比较漫长，成槽后槽壁形状决定了连续墙的外形用，成槽作质量控制主要会体现在下列几个方面：成槽定位需要符合挖槽精度，抓斗中心平面要同导墙中心平面实现吻合；成槽中，抓斗和导墙中心平面要相互吻合。观测槽壁是否出现了变形，一旦出现变形的情况，要立即停下来做出严格纠正，对好抓斗上下运动的速度做出严格的控制。施工过程中避免泥浆出现漏失并且及时进行补浆；始终保证稳定槽段的液位高度。槽内泥浆液位高出地下水0.5m，同时还要地于导墙顶面0.3m；单元槽的宽度设计要满足一定的要求，同时采取间隔式开挖。槽段在开挖至设计深度后，及时并且详细记录槽位深度、垂直度等；施工场地必须具备相应的集水井和排水沟，及时针对施工中遇到槽内地下水时做出有效拦截；遭遇石块的地下障碍后及时做好妥善处理之后再继续挖槽。

4、控制钢筋笼和吊放质量

地下连续墙的钢筋笼制作适合做成整幅成型的，并且可以对并入槽进行起吊。若是钢筋笼太长太重，在征得同意之后可以进行分段制作。制作钢筋笼和吊放质量控制主要关注下面几个方面：钢筋焊接接头、接驳器都要按照固定进行试验，在试件达到合格之后，每幅地墙的预埋钢筋接驳器的个数、标高都需要被进行严格的控制，误差要地于10mm，保证位置的正确，在施工中要保护接驳器，不能对螺孔造成堵塞；钢筋笼在结构焊缝需要和四周的钢筋节点实现完全焊接之后，其余的节点都可以采用50%d交错点焊方式进行焊接。切记不能出现散笼变形的情况。为了确保保护层厚度是一定的，钢筋笼内外两侧要实行焊定位垫块，一般宽度的钢筋笼在水平方向上只有2-3只，每只定位垫块竖向上间距为3-5m；为了保证钢筋笼在吊笼中是稳定的，钢筋的接长适合采用对焊，上下两幅钢筋笼的人槽中要连接，通常使用的是搭焊接，长度是10d。

5、浇筑混凝土质量控制方法

混凝土的浇筑是地下连续墙在施工中的重要工序之一，在完整的施工过程中，要实现完全监控，对施工质量作出保证。针对混凝土质量的控制主要体现在以下几个方面，导管最好使用直径是200-250mm的钢管，并且运用加强密封圈的快速接头，保证导管内部的光滑性，节长通常为2m，使用前先进行水密试验，检漏压力大于0.3Mpa。槽内导管间距≤3m，边导管同外端头要保持<1.5m距离，导管距离槽底的高度是30-50cm，浇灌内导管插入混凝土的深度为2-3m。混凝土于导管中无法保持通畅时，可以将其上下提动。

小结：地下连续墙施工质量是否决定了车站主体结构是否稳定，特别是软土地区的超深地下连续墙的施工质量十分关键，在地下连续墙的施工中，钢筋笼的纵向以及横向的吊点部位要结合正负最大弯矩原则确定，异形钢筋笼的转角位置要设立拉筋以及人字桁架筋。异形幅地下连续墙的重心计算很重要，重心的位置偏差对于钢筋笼的垂直影响较大，保证钢筋笼的成槽质量和防渗质量。

地铁车站重合结构模型计算探究 篇6

1 平面杆系模型介绍

在地铁车站结构静力计算时, 对于地下车站结构沿纵向质量及刚度分布均匀, 并且边界条件规律、均匀分布情况下, 通常对于这样的标准段计算我们可选用平面杆系模型。平面杆系模型是将地铁车站标准段沿纵向截取单位长度来建立荷载—结构计算模型, 板、柱、墙由梁单元来模拟, 弹簧单元模拟土体, 内力计算是按有限元法进行, 最终结构内力包络图可根据不同工况下的荷载组合得到。

实际工程中, 主体结构与围护结构之间通常会存在防水层, 防水材料将两结构隔开, 这样拉力、剪力都无法在两结构间传递, 只会传递压力。因此, 重合结构计算模型的围护结构与外墙之间由两端铰接连杆模拟, 只传递压力, 不能传递弯矩和剪力。

2 静力计算的最不利荷载工况

通常地铁车站结构应按施工阶段和正常使用阶段的最不利荷载工况组合分别进行结构强度、刚度和稳定性计算。因此, 下面分别介绍两个工况下的最不利组合。

2.1 施工阶段工况

在西安地铁施工中通常会选用钻孔灌注桩配合地面旋喷桩这样的支护形式隔断基坑内外水力联系, 坑内降水措施来减少对周边环境的影响。

在地铁车站施工阶段, 当主体结构浇筑完毕顶板覆土, 此时由于底板降水还未停止, 地下水位还没有恢复到自然水头, 此种情况下定义为施工阶段工况。外荷载包括水土侧压力 (作用于围护桩外侧) 、结构及覆土自重、超载、底板下土体竖向抗力, 不考虑底板水反力。施工阶段工况分为低水位和高水位两种工况 (见图1) 。

2.2 使用阶段工况

随着车站投入正常运营, 地面道路恢复, 车站底板降水的停止, 基坑内水头恢复, 此种情况下定义为使用阶段工况。外荷载包括水土侧压力 (土压力作用于围护桩外侧, 水压力作用于车站侧墙) 、结构及覆土自重、底板下作用水反力, 同时考虑地面超载和楼板活载。使用阶段工况也可分为低水位和高水位两种工况 (见图2) 。

3 工程实例

现以西安地铁三号线延兴门站为例进行建模计算, 该站为标准地下2层车站, 施工阶段采用钻孔灌注桩配合地面旋喷桩的支护形式坑内降水, 标准段宽20.0 m, 围护桩直径为1 200@1 500 mm, 顶板厚800 mm, 中板厚400 mm, 底板厚900 mm, 侧墙厚700 mm (见图3) 。

由延兴门站详勘报告知, 低水位取地面以下4.5 m, 高水位按抗浮水位考虑, 取至地面。计算中地层物性参数取值参考表1。

考虑到篇幅问题, 各工况内力计算结果就不一一列举, 仅列举施工阶段工况和使用阶段工况下弯矩、轴力计算结果, 来说明车站主体结构的荷载效应情况。车站平面杆系模型弯矩计算结果示意图如图4所示, 各工况下弯矩计算值见表2, 各工况下的中间立柱轴力见表3。

k N·m

k N

由表2, 表3可知:1) 本车站施工阶段低水位工况下对顶板跨中、中板跨中和底板中支座的弯矩起控制作用。2) 本车站使用阶段低水位工况下, 对主体结构弯矩不起控制作用。3) 使用阶段高水位工况控制中间立柱的最大轴力。

4 围护结构贡献度研究

现今, 地铁车站主体结构耐久性设计是符合结构设计使用年限为100年的要求, 而围护桩是作为基坑支护设计时的临时结构考虑。因此, 在建模计算时为了保守起见, 通常可不考虑围护结构, 侧向的水、土压力全部由主体结构侧墙承担。那么, 考虑围护结构计算模型和不考虑模型主体结构内力到底有何区别, 围护结构对主体结构内力有多少贡献, 针对上述两种情况, 同样以弯矩计算结果为例, 说明主体结构计算时, 两种情况下的荷载效应情况, 如表4所示。

由表4可见, 在考虑和不考虑围护结构两种计算模型情况下, 围护桩对主体结构右侧墙顶支座A1、右侧墙底支座C1弯矩计算值贡献度分别仅为0.7%和3.9%, 可见对弯矩值影响很小, 可忽略不计;而对主体结构右侧墙中支座B1、右下二层侧墙跨中D2弯矩计算值贡献度分别为18.5%和18.2%, 可见对此位置弯矩值影响很大。由表4中两种计算模型下的弯矩值可见, 其弯矩值差的绝对值是在100 k N·m以内的, 相对于我们地下车站较厚的侧墙 (700 mm~800 mm) 来说变化影响较小, 所以对实际的配筋计算影响也不甚明显。因此, 模型计算时考虑围护桩与否对主体结构内力值有影响, 围护桩对侧墙中支座及侧墙跨中弯矩值的贡献度较大, 但两种模型内力计算结果对实际配筋影响不明显。同时, 建议在以后设计中, 将围护结构作为永久结构考虑, 耐久性设计时可通过提高围护结构混凝土标号来实现, 这样我们选择考虑围护结构计算模型是较为合理经济的, 也使我们的计算模型能够和现实情况较好的统一。

5 结语

地铁车站重合结构最不利工况的计算分析是确保车站结构设计安全可靠和经济合理的必要条件, 因此车站结构计算时最不利荷载工况的正确选取至关重要。本文结合西安地铁工程实例, 对地铁车站重合结构施工、使用期间的各种不利荷载工况计算进行了分析, 同时对考虑围护结构与否两种模型计算结果进行了比较分析, 提出了围护结构参与计算时对内力的贡献程度, 旨在使此类结构设计分析更加合理、经济、可靠。

摘要：根据地铁车站重合结构模型受力特点, 结合西安地区黄土地层条件下地铁工程设计实例, 分别对施工阶段和正常使用阶段最不利荷载工况条件下车站主体结构的内力进行了研究, 主要以弯矩为例对各不利工况下内力变化规律进行了分析总结, 最后对围护结构参与主体结构计算时的贡献程度作了比较分析, 可供类似工程参考。

关键词：地铁车站,重合结构模型,荷载工况,内力,贡献度

参考文献

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[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社, 2010.

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[4]贾蓬, 刘维宁.地铁车站结构设计平面简化计算方法中存在问题的探讨[J].现代隧道技术, 2004 (sup) :393-398.

地铁结构 篇7

该车站位于某市主干道下, 地面标高取43.9m, 断面结构型式为二层单柱双跨岛式站台。车站主体总长度177.30m, 标准段结构总宽度19.7m, 高度15.94m, 结构拱顶覆土厚度8.9m。

1.1地层参数

地质情况如表1。

1.2荷载情况

1.结构自重:按钢筋混凝土容重25 k N/m3, 混凝土收缩:按降温15℃考虑。

2. 竖向土压力按全部土柱重量考虑, 侧向土压力按静止土压力考虑。

3.地面超载:按20 k N/m2考虑。

4.施工活载:按8 k N/m2考虑。

2.围护结构设计及分析

2.1 建模

浅埋暗挖车站采用荷载结构模型, 车站简化为平面应变问题求解, 将中间柱根据抗压刚度等效的原则换算为墙进行计算。围护桩换算为墙, 并同二衬结构整体分析, 并考虑PBA法施工工艺对各部分内力的影响, 根据基坑开挖及地下结构施工过程的不同工况采用弹性支点法计算, 并采用施工阶段非线性手段的分析方法。计算考虑施工阶段, 所述荷载仅仅为各分析步的综合荷载情况, 整个分析过程中荷载及结构构件是一个逐步增减的过程。按施工过程中地下水位控制在土体开挖深度下一米考虑。桩侧、桩底、及柱底, 底板均为弹性约束。

2.2 分析结果

由于施工期间降水, 故结构只受土压力和地面超载作用。初期支护与二次衬砌组成的主体结构置于弹性地基之上, 初期支护在施工期间围护车站的稳定, 在使用阶段与二次衬砌结合在一起, 起到永久支护的作用。初期支护与二次衬砌之间采用压杆连接, 复合衬砌承载后的变形收到围岩的约束, 地层与结构产生共同作用, 采用土弹簧模拟。

分析施工阶段下的三种工况, 分别为:

工况一:初支、中柱及边桩均施工完成后, 开挖土体, 开挖土体, 浇筑拱部二衬。

工况二:开挖土体至中板下一定距离, 施作站厅板及边墙。

工况三:开挖土体至基底标高, 施作底板及部分边墙。

三种工况下内力如图1~图6所示。

3.结论

通过对该车站施工阶段的分析, 得到三种工况下结构的受力情况, 进而得到如下结论:

1.从以上分析来看, 中柱的所受竖向轴力非常大, 达到了3650KN, 是整个结构的顶梁柱, 施工时在中柱达到要求抗压强度后, 方可进行拱部的施工。

2.边墙的存在有效的分担了围护桩的竖向轴力。在施作底板时, 边墙承受了2300KN的竖向轴力, 为围护桩所受轴力的3倍。可见在土体开挖中, 边墙的浇筑应及时跟上, 使之与围护桩共同承担竖向轴力及侧向土压力。

3. PBA工法有效的结合了盖挖法和暗挖法, 充分发挥两者的优势。

其施工工法灵活, 可顺作, 可逆作。在扣拱后, 形成了拱, 桩, 梁的稳定支撑体系来承受竖向荷载。施工时应加强监测, 坚持信息化施工, 保障施工安全。

4. 本文仅仅以三个工况模拟PBA施工时的受力情况, 在整个的施工过程中还略显不足。

不过通过分析可以看到整体所受内力的影响。希望可以对实际工程有一定的指导意见。

摘要：该地铁车站为暗挖车站, 采用PBA工法。PBA工法随着地铁施工技术的日益发展, 越来越受到大家的重视。先以某地铁车站为例, 分析计算在采用PBA逆作时, 车站主体围护结构各阶段的受力情况。

关键词：地铁车站,PBA,逆作,主体围护结构,受力分析

参考文献

[1]《地铁设计规范》 (GB 50157-2013) 中国建筑工业出版社2013-08-08发布2014-03-01实施

[2]《建筑结构荷载规范》 (GB 50009-2012) 中国建筑工业出版社2012-05-28发布

[3]冯卫星, 韩少光.“双拱双层单柱”式地铁车站结构分析[J].石家庄铁道学院学报, 1995 (9)

某运营地铁结构病害检测与治理 篇8

1 隧道结构的病害检测

1.1 病害检测方法

地铁结构的检测对象主要包括隧道混凝土结构自身强度、密实性等方面。主要检测内容:隧道结构厚度;隧道围护结构背后回填密实度,有无空隙、空洞病害等;混凝土强度;隧道相关调查,包括渗漏水病害调查、围护结构残损调查等。由于检测工作在已运营地铁中进行,需加强对既有设施设备的保护,所有检测手段均采用无损检测,不对隧道现有结构造成任何破坏。隧道结构病害检测主要使用电磁法、回弹法,并结合现场调查。

1.1.1 电磁感应检测

采用电磁对隧道围护结构厚度及背后的密实程度进行检测。在混凝土表面向结构内部发射电磁波,形成电磁场,混泥土内部钢筋切割磁感线发生电磁感应现象。由于感应电磁场强度与空间梯度变化及钢筋位置、直径、保护层厚度有关。检测数据由电缆传给服务器,再由计算机软件生成剖面图。服务器根据记录的测量来感应电磁场梯度变化,通过分析处理确定钢筋位置与混凝土保护层厚度;同时根据电流形态、强弱及变化等多种因素判定目标体性质。

根据规范布设测量线路。2号线南线(上行线)每断面设置5 条检查线,顶板两条、南北侧墙各一条、底板沿两轨道各一条;北线(下行线)每断面设置4条线,顶板、南北侧墙、底板各一条。

检测过程中需采用连续监测方式。数据处理采用配套的电磁感应处理软件,形成报告结果。

1.1.2 回弹仪检测

采用混凝土回弹仪进行隧道结构强度检测。根据规范的相关规定:当测点数多于10时,混凝土抗压强度;当测点数少于10时,混凝土抗压强度(为混凝土抗压强度最小值)。

根据规范要求,选取8个断面隧道内壁进行抽取检测。

1.1.3 现场检测

现场检测主要针对隧道结构裂缝和隧道防水排水系统。对隧道的结构裂缝采取目测与裂缝测宽仪相结合的方式,对全线隧道进行量测与照相记录。测量裂缝的长度和间距,用油漆进行标记,以便后期的病害整治。在隧道内人工检查隧道防水和排水系统状况,针对其结构破损、沟管开裂漏水、排水沟与积水井有无淤积堵塞等进行检测。

1.2 病害检测结果

对地铁二号线DK19+933~DK20+082区间段进行全方位病害检测,部分裂缝及渗水情况如图1所示。沿地铁南北线进行回弹仪测定,除个别点外,测区所有构件混凝土抗压强度值均大于原强度设计值,满足设计强度30 MPa的要求。采用雷达检测法实测钢筋保护层厚度,多数测区实测钢筋保护层偏薄,主筋钢筋平均间距为121.2 ~156.3mm,箍筋的平均间距为92.0~150.1 mm。检测结果如表1所示。

2 病害治理

2.1 渗漏整治

渗漏水治理方法有很多种,主要有灌浆法、填充法、表面处理法、排水法等。对不同的裂缝宽度与深度、不同的渗漏水规模需采取不同的治理方法,根据前期的裂缝检测情况采取相应渗漏水病害治理措施。

2.1.1 灌浆法

灌浆法是指在渗水部位或裂缝部位采取特殊手段,将粘性或防水性材料压注到裂缝部位,恢复裂缝部位整体的稳定性和防水性。灌浆法适用于宽度≥0.3mm、深度较深的受力裂缝修补,当修补需要承受较重承载力和耐久性结构时,需选用合成树脂材料,因其具有强度高与强粘结力的特性。对于出现的宽裂缝可采用水泥浆,注浆材料选用普通硅酸盐水泥的纯水泥浆,沙子宜选河沙,细度模数为1.2~2.0,配合比为w/c=0.5~0.8。延伸率大和抗渗性能好的材料可进行防水裂缝的修补,活动性裂缝则采用弹性材料外纤维布。

2.1.1.1 隧道结构壁后灌浆

由于围护结构外墙壁后的围岩疏松、空洞、集水造成裂损与渗漏水病害,可注入浆液对围岩进行加固与密实,堵塞裂缝、达到整治渗漏水的目的。在围护结构外墙壁每隔2~4 m布设一个孔径为φ42cm注浆孔,注浆孔深度应穿透围护结构厚度,并深入到围岩内10~30cm。修补前先进行压水实验,确定渗透范围,布设合理注浆孔间距;然后使用防水型灌浆材料进行注浆施工,注浆时孔口压力控制在0.4~0.6 MPa以下,压浆时应注意观察浆液串孔现象和裂缝发展情况,注意封堵和调整,如遇吃浆量过大情况,可暂停注浆,重新设孔、隔天再注,以避免浆液扩散过大造成浪费;若孔口吸浆量不大于0.6L/min且持续20min,注浆结束。

对结构壁后较大空洞,有条件时可先灌注不分散型砂浆或者混凝土,然后再补灌防水型灌浆料;如果结构整体状态欠佳,可考虑采用轻质型灌浆材料进行回填注浆,以减少负荷。

2.1.1.2 隧道结构内防水注浆

对出现涌水的隧道围护结构裂缝,如果其背面没有较大孔洞,可根据具体渗漏水状况进行加固、密实、堵塞裂缝,提高围护结构强度和防水能力;分阶段集水再由侧墙排水槽排出。注浆时每隔1~2m布设注浆孔,如图2所示,注浆孔深度应严格等于或小于混凝土围护的结构厚度。修补前应先进行压水实验,然后使用具有超细微颗粒防水型灌浆材料进行注浆施工,注浆时孔口压力控制在0.4 MPa以下;压浆时应注意观察浆液串孔现象和裂缝发展情况,注意封堵和调整,直至压满密实。

2.1.2 填充法

沿裂缝将混凝土开凿成沟槽,然后嵌填各种修补材料,达到恢复结构的耐久性、整体性及防水性等性能。该方法一般用来修补宽度大于0.3mm的裂缝,操作简单、费用低廉。宽度小于0.3mm而深度较浅的裂缝,或是裂缝中有充填物,用灌浆法很难达到效果的裂缝,以及小规模裂缝的简易处理都可釆取开V型槽,然后作填充处理的方法。先凿除裂缝周围的腐蚀、松散混凝土,用堵漏剂填塞,以达到治水和修补的双重效果。对于一般漏水点,施工混凝土切割机在漏水点周围凿一个6cm宽、4cm深的V型坑,再用足量的速凝性堵水砂浆填满压实。对于压力型漏水点,除在漏水点处凿V型坑外,还需在其中间安置一根直径为8~12mm的软管用以排水,再用足量的速凝性堵水砂浆从边缘向坑中央封堵,并填满压实,最后扎紧排水软管,并用速凝性堵水砂浆堵住。

2.1.3 表面处理法

表面处理法是将合成树脂、无机胶凝等防水材料涂在裂缝表面,以恢复其防水性、耐久性的一种常用裂缝修补方法。该方法特别适用于水泥砂浆难以灌入的细小裂缝、深度未达到钢筋表面的发丝状裂缝、不漏水的裂缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝或裂缝宽度≤0.2 mm的细微裂缝修补。对有渗水等病害发生的可在修补后围护结构的背水面喷涂高效防水剂,密封表面用于防水、防潮、防裂。先对结构表面进行清理:用钢丝刷和高压水将结构表面的灰尘、油污、泛碱、浮浆、松动碎块等杂物清除干净,确保露出混凝土新面。混凝土表面要平整,若有凹凸不平或孔洞等蜂窝麻面,可用聚合物砂浆嵌填抹平,以保证防水材料均匀地覆盖。防水材料一般采用水泥砂浆、环氧胶泥或者环氧粘贴玻璃布。

2.1.4 排水法

对于渗漏水严重、甚至出现涌水现象的隧道顶板以及侧墙与顶板结合处,应先在出现涌水的侧墙上凿一个泄水孔,以减小涌水处水压,再用速凝型隔水砂浆进行封堵,若泄水孔不能有效减小水压,可采用在侧墙边设置盲沟,进行引导性排水。

2.2 结构性裂损整治

上部基坑超荷载会对隧道结构造成影响,从而产生结构性裂缝。隧道本身存在裂缝且长久未治理也会导致混凝土耐久性降低,从而影响结构强度。对于隧道中出现的这些结构性裂损与变形,可采取结构补强法(包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等)进行补救。

可参照整治漏水方法对围护结构裂缝进行整治。但对已经出现腐蚀成洞、空鼓、剥皮、掉块的结构,可直接凿除其表面混凝土直至裸露新鲜层,使用钢丝刷或者砂纸同高压水枪进行除渣、打磨、清洗,最后再进行混凝土修补。修补处涂抹厚度小于2cm的修补水泥砂浆,初凝硬化后再涂抹下一层,如此反复直至与结构表面持平,如果孔洞较大且深,则需要补上钢筋网,加入级配骨料或高强混凝土进行拌合以提高强度。

2.3 混凝土病害整治

混凝土病害整治主要针对混凝土在地表浅层受外界环境侵蚀或是自身材料等因素引起病变的整治,包括涂层覆盖、混凝土除氯、混凝土钢筋锈蚀处理等整治技术。

1)涂层覆盖技术主要针对混凝土表层病害,并没有对混凝土结构整体造成破坏,所以对这类病害,可以直接对受损部位进行处理,一般可以对表层进行开凿清理,清洗受损部位,逐层进行修补,并且在表面涂层防护,以保证混凝土结构长久稳定性。

2)混凝土除氯技术,影响钢筋腐蚀的主要因素是氯化物,氯元素破坏钢筋表层的钝化膜,导致钢筋与外界空气直接接触发生反应产生锈蚀。由于混凝土中含大量的氯离子应采取措施,保护混凝土内部钢筋稳定性,常用方法有电化学除氯技术。

3)混凝土钢筋锈蚀,混凝土内部钢筋发生锈蚀,使得结构处于极不稳定状态,若不及时采取措施,将造成不可估量的后果。对这类病害,一般可对锈蚀部位混凝土开凿,使锈蚀部分的钢筋完全裸露,对于受损面积较小(≤5%)的钢筋,可先对其进行除锈,涂刷保护层,保证钢筋稳定性。同时检查混凝土中氯离子含量,对于氯离子超标的应及时采取除氯技术,降低混凝土中氯离子含量,必要时可直接凿除该部分混凝土,重新涂刷新混凝土层。受损面积较大,且对钢筋修补已经超出钢筋修补范围的,可在受损部位补足钢筋。

2.4 底板的稳定处理

作为无仰拱设计受力结构兼具传力结构的混凝土底板,如果不能保证其整体稳定,将导致许多病害发生,包括侧墙不稳定、翻浆冒泡、底板隆起等。对于岩质隧道底部,地下排水系统的好坏对底板会产生直接影响,容易导致底板损害。其中,翻浆冒泡是常见病害,对于这类病害可采取增设地下排水系统、加固底板的措施,目的是降低地下水位,避免底板被侵蚀。对已被破坏的底板,可根据不同情形采取注浆(见图3),或是直接置换的办法来处理。

3 结语

运营地铁隧道检测主要是针对不同类型的病害,获得其形状、发生位置、发展趋势等基本信息。适时检测和可靠分析,对于病害处理与病害预防具有重要意义。

对运营隧道病害的治理,如果单纯对病害进行局部修补与治理显然不够合理。一般情况下,对于发生病害的部位,应结合隧道病害的监测报告、地质情况分析病害产生原因,有针对性地采取治理措施。应对病害的发展趋势进行预测,同时对较严重的渗漏水病害,还应进行综合检查、综合治理,以确保隧道安全。

参考文献

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明挖地铁车站围护结构优化分析 篇9

1 工程概况

南方某市某车站采用明挖顺作法施工, 基坑长174.6m, 标准段宽度15.3m, 设备区最宽处24.75m, 基坑开挖深度标准段深17.1m, 设备区深16.8m, 最深处17.2m。

2 工程与水文地质概况

2.1 工程地质条件

本站上覆第四系土层自上而下有:人工填土层〈1〉、冲积-洪积砂层〈3-2〉、冲积-洪积成因的粉质粘土〈4-1〉、淤泥质土〈4-2〉、红层可塑状残积土层〈5-1〉、红层硬塑状残积土层〈5-2〉、红层全风化带〈6〉、红层强风化带〈7〉、红层中风化带〈8〉、红层微风化带〈9〉。岩土主要物理力学参数见表1。

2.2 水文地质条件

勘察期间实测钻孔稳定水位埋深为1.30～3.50m, 平均埋深为1.97m。

3 原支护结构设计方案

原设计方案为:密排人工挖孔桩桩排墙加内支撑, 人工挖孔桩直径1.20m, 桩中心距1.2m, , 支撑选用φ600mm (t=12mm) 钢管, 沿车站纵向设二道横向水平支撑 (局部三道) , 水平间距4.0m。支护与主体结构侧墙采用重合墙模式, 详见图1。

4 支护结构优化设计

4.1 支护结构的优化原则

优化方案不改变原招标图中业主提供的内外边界条件、支护结构所起的作用及主体结构的受力形式。

说明:表中的抗剪强度:土层 (包括全风化层及强风化层) 为固结快剪强度, C值单位为k Pa;岩层中带*字符为抗剪断强度, C值单位为MPa。

4.2 支护结构优化方案

根据上述优化原则, 结合场地微风化岩埋藏较浅 (最浅处距地表7.60m) , 站台层多处于微风化岩中, 地下水较贫乏, 除局部地方存在砂层透镜体外无明显富水含水层的特点, 并参照工程类比经验。对原支护结构方案进行如下的优化设计:

⑴改原设计方案中的密排人工挖孔桩加内支撑结构的方案为疏排人工挖孔桩加内支撑结构的方案, 桩中心距2.4m, 支护结构与主体结构侧墙仍采用重合墙模式, 详见图2。

⑵支撑选用φ600mm (t=12mm) 钢管, 沿纵向分别在冠梁处及中板面以上架设。第一道支撑标准段的间距6米, 局部3～4m, 第二道支撑间距4m。

⑶人工挖孔桩桩间采用钢筋混凝土挡板进行连接, 桩外侧在局部存在砂层处加水泥土搅拌桩止水帷幕, 钢筋砼挡板随开挖过程模筑现浇。

4.3 支护结构计算

4.3.1 计算模式

⑴排桩按竖向弹性地基梁, 采用有限元法计算内力和位移 (图3) 。

⑵沿竖向将梁分为若干个单元。单元划分时考虑土层分布、地下水位、支锚位置、基坑深度等因素。

⑶整个施工过程分解为若干个施工工况, 而每个施工工况相应产生一个荷载增量, 依次分析在每个荷载增量作用下所产生的影响, 迭加其结果便可求得桩墙体的最终内力及位移状态。

4.3.2 荷载计算

⑴弹性地基梁M法土压力

基坑底上部主动侧 (迎土侧) 按朗肯主动土压力进行计算, 基坑底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载, 并在被动侧 (基坑侧) 设一组弹性支撑模拟地层抗力。

⑵水压力

地下水位按实际地下水位计且水压力不折减。地下水位以下, 对于岩土层中透水性较强的砂性土按水土分算, 其余土体按水土合算。

⑶计算结果及分析

采用整体分析功能较强的理正深基坑支护分析软件整体计算。考虑了支护结构、内支撑结构及土体空间整体协同作用。基坑整体计算结果如表2、表3。

经计算采用φ1200疏排挖孔桩, 桩身配筋率仍在经济配筋率范围内, 按最大支撑轴力计算, φ600 (t=12) 钢管支撑满足强度及稳定要求。

5 结论

⑴通过将原密排桩墙方案优化为疏排桩方案, 支护桩的数量减少近1/2, 大大节省了投资并可加快工程进度, 在地质条件较好时不必采用二序跳挖, 所有支护桩可同时施工。

⑵本文所提出的疏排人工挖孔桩+钢筋砼挡板的支护方案在民用建筑基坑设计中也有其实用意义。

摘要：以实际明挖地铁车站工程为背景, 在对基坑支护结构进行优化设计的同时, 分析了优化后支护结构的内力及配筋的变化, 对类似工程和普通民用建筑地下室支护结构设计均有借鉴作用。

地铁结构 篇10

摘要：为更深入认识复杂高层建筑相互作用体系的动力响应特性，结合具体工程背景分别采用罚函数算法和无限单元描述界面接触特性和动力边界，并在此基础上建立大规模深圳老街地铁车站上部结构-地下结构-地基完全相互作用体系三维有限元模型，针对场地土层对基岩输入地震动的影响，对地下连续墙动土压力变化规律以及结构动力响应特性进行了分析，对深圳老街地铁车站结构完全相互作用体系抗震性能进行了评价，可为相关工程设计和具体实践提供参考。

关键词：地基；时程分析；水平地震力；动力响应；数值分析

中图分类号：P315.9 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）04-0680-06

0 引言

使用传统设计方法分析高层结构中地震反应时，往往把地下结构与上部结构分开来考虑。上部结构底部简化为刚性固端，再将上部结构底部反力施加于地下结构上进行地下结构抗震设计。一般来说，采用传统抗震设计方法有时会得到比较保守的结果，因为上部结构-地下结构-地基基础体系的相互作用，会增大结构体系的振动周期和阻尼，使考虑相互作用的结构地震作用小于传统抗震设计方法的结果。但是，当建筑物处于复杂地基场地或地下结构刚度较小时，由于完全共同作用体系（地基-地下结构-上部结构）的协同作用行为使体系的振动周期延长，可能使振动卓越频率与地面运动卓越频率接近，从而引起整体结构的惯性力增大，是偏于不安全的，这已被多次地震震害所证实（Chaudhary et al，2001；Makris et al，1996；Saadeghvaziri et al，2000；Wolf，Song，2002；Zheng，Takeda，1995）。例如1995年阪神地震中神户3号新干线长高架结构和1985年墨西哥地震中许多结构倒塌破坏的主因就是在设计中未考虑地基相互作用效应的影响。随着高层建筑的高耸化与结构型式复杂化，传统理论计算并辅以概念设计的抗震设计方法越来越不能适应具体复杂型式高层建筑结构工程设计的需要，从完全共同作用分析方法角度考虑地基-地下结构-上部结构的相互作用效应，深入分析复杂高层建筑结构非线性动力性态和抗震性能，并在此基础上建立有效的数值模拟技术和实用分析方法显得尤为迫切和重要。这对于完善与发展高层建筑抗震设计理论，对于工程实践和安全性评价具有较大的参考价值和指导意义（戴启权等，2015；蒋玉敏等，2016；周凯等，2015；朱秀云等，2016）。

随着近年来计算理论和硬件技术的发展进步，使得进行考虑复杂场地-结构完全相互作用研究成为可能。本文结合具体工程背景，通过建立大型三维上部结构-地下结构-地基完全相互作用体系动力有限元数值模型，分别采用罚函数算法和无限单元描述界面接触特性（Hibbitt et al，2013）和动力边界（李录贤等，2007；谢洪阳等，2007），并在此基础上，针对水平地震力作用下上部结构-地下结构-地基完全相互作用动力响应进行分析，可为工程设计和具体实践提供参考。

1 工程概况与数值模型

实际工程三维结构数值模型如图1所示，为19层复杂高层建筑结构，地下4层，地上15层。主体高度58.8 m；抗震设防类别和等级为乙类一级，设防烈度VII度，设计分组为第1组，地震加速度0.1 g。结构平面和空间布局分布不对称，且裙楼和塔楼之间存在高位转换层，转换层高度为28.9 m，转换层以下共6层，转换层以上共9层；转换层以下的1～4层存在越层、空洞结构，且竖向构件不连续。地基部分选取若干典型钻孔土层截面进行均一化处理，将剪切波速大于500 m/s作为基岩深度判别原则，截取场地计算域深度25 m。为进一步避免动力边界效应，具体数值计算中土体边界采用逸散无限元边界单元CIN3D8，场地土采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型，具体采用三维8节点减缩积分单元C3D8R，各土层有限元数值计算参数见表1所列。其中，无限单元设置剖分因ABAQUS平台不支持CAE环境下自动设置操作，仅能基于外挂命令流程序编辑器“Keywords Editor”，通过编写命令流程序行得以实现，具体涉及到的命令流关键格式为“*NODE，NSET=NINF 结点编号n，n结点x坐标，n结点y坐标，n结点z坐标（节点循环）”和“*ELEMENT，TYPE=CINPE8，ELSET=ELINF单元编号n，单元n结点号a，单元n结点号b，……，单元n结点号h（单元循环）”。对于接触面单元，则通过CAE环境下，将结构面和地基土面分别设置成“Master Surface”和“Slave Surface”，进而建立Contact Pair接触对，接触对允许法向硬接触、脱空和切向摩擦错动行为，ABAQUS程序平台中具体采用了罚接触算法进行非连续求解迭代。基于ABAQUS大型有限元数值平台建立其三维上部结构-地下结构-场地地基有限元数值模型，如图1所示。模型结点总数179 133，单元总数117 092，具体数值计算利用64位32核CPU-64G内存DELL T7600高性能台式工作站完成。首先进行地基场地重力地应力平衡计算，其后进行的弹塑性时程分析中仅考虑结构刚度相对较小的x向单向水平地震力作用，基岩所输入的地震动加速度时程，是结合场地特点和规范地区设计反应谱，并基于陈国兴（2007）以及崔春义等（2016）所述人工地震动合成方法得出的，所合成基岩深度加速度时程曲线如图2所示。

2 计算结果及分析

图3为典型深度处加速度反应谱对比图。由图可见，地震波由基岩传递到地表，地表输出加速度反应谱值变大，加速度反应谱极值由0.7 m/s2增加到1.1 m/s2，卓越周期平台变宽，谱极值对应周期变长。这充分说明了该场地地基土层将地震动高频成分过滤的滤波放大效应，此种效应分别在典型深度处地震加速度傅里叶谱（图4）及功率谱（图5）中亦表现显著。由图4、5可见，频宽变窄，高频成分亦减弱，谱幅极值变大。加速度傅里叶谱和功率谱极值水平在地表深度较在基岩处均有明显增加。

各楼层加速度反应谱对比情况如图6所示。由图可见，加速度反应谱曲线极值幅值水平随高度变化情况与图7所示的各层时程加速度最大值变化规律一致。其中，地下结构部分因埋置作用，从底板到地表楼板处，除底板地震动输入外，外围地基对地下结构沿墙面法向亦存有附加地震动额外输入。这样，额外输入对地下结构临近层间加速度反应谱幅值和卓越平台宽度变化存在显著影响。不同地，因地表以上结构体系沿高度无地震动的额外扰动，所以从地上第1层开始临近层间加速度反应谱卓越平台宽度变化不明显。图7所示为加速度各楼层最大值变化图（图中地下第4层楼层号为-4，依次递增）。由图可见，各楼层加速度时程最大值在地下第3层、地上第2层、第5层和第11层有明显加速度随高度变化拐点。其中，结构体系加速度最大值发生地下第2层，水平最大加速度幅值为0.77 m/s2。

结构体系各层水平位移最大值随高度变化情况如图8所示。由图可见，各层水平位移最大值随高度变化呈现逐渐增大的特征，且曲线变化无明显突变拐点，结构体系水平位移最大值幅值为3.37 cm。图9所示为结构体系各层层间位移角最大值随高度变化情况。从图中可以看出，结构体系各层层间位移角最大值幅值为1/1 350（<1/800），处于地上第13层，各层时程最大层间位移角均满足规范要求，在地下第1～2层、地上1～2层、8～9层、11层和13层等层间位置具有质量刚度以及结构布局突变，存在层间位移角沿高度的变化拐点，但变化趋势不大，均满足规范要求。

地下结构垂直地震作用方向两侧边墙侧向土压力最大值随深度变化情况如图10所示。由图可见，在0～15 m深度范围，地下结构两侧边墙侧向土压力最大值随深度基本呈现逐渐增大的特征，最大幅值水平为119.43 kPa。因接近基底一定深度范围内土压力侧向变形较大，对应位置的连续墙对侧向土体约束作用也相对较弱，因此，在大于15 m深度范围内，侧向动土压力最大值存在小范围幅值调整。1 m和3 m深度特征点处边墙侧向土压力时程变化如图11所示。由图可见，在地下连续墙两侧1 m处动土压力时程内均存在0幅值时刻，而3 m深度特征点处动土压力时程内始终为正。这说明该结构体系两侧地基土与地下连续墙相互作用在0～3 m的浅层深度范围内会发生接触脱空行为。从图中还可以看出，1 m左右深度两侧特征点处的初始土压力极值分别为6 997 Pa和3 678 Pa，这是由于结构非对称性而引起的地基浅层深度范围内的同深度初始土压力差异。不同地，3 m左右深度处两侧特征点初始动土压力差异不再明显，即结构非对称性对地基初始侧向应力分布扰动主要集中在3 m以内的浅层覆土范围内。

3 结论

基于具体深圳老街地铁车站结构工程背景，通过建立大型三维复杂上部结构-地下结构-地基完全相互作用体系动力有限元数值模型，计算分析结果表明：

（1）因考虑了地基相互作用的影响，地震波由基岩传递到地表，地表输出加速度反应谱幅值变大，卓越周期平台变宽，谱极值对应周期变长，场地地基土层将地震动高频成分过滤的滤波放大效应显著。地下结构部分因埋置作用，外围地基对地下结构沿墙面法向存在附加地震动额外输入，其对地下结构加速度反应谱幅值和卓越平台特征存在显著影响。

（2）该结构具有质量刚度以及结构布局突变位置，存在时程内加速度和层间位移角极值沿高度的变化拐点，但变化趋势不大。其中最大层间位移角幅值为1/1 350（<1/800），处于地上第13层，满足规范要求。

（3）地基土与地下连续墙动力相互作用会在浅层深度范围内发生局部接触脱空现象。因地上结构非对称性，可引起地基浅层范围内同深度初始土压力较大幅值差异。虽然地下连续墙侧向动土压力随着深度基本呈现逐渐增大的特征，但在基底深度附近存在小范围幅值调整。

参考文献：

陈国兴.2007.岩土地震工程学.北京：科学出版社.

崔春义，孟坤，程学磊等.2016.基于ADINA的桩土相互作用分析.地震研究，39（1）：96-100.

戴启权，钱德玲，张泽涵等.2015.液化场地超高层建筑群桩基础动力响应试验研究.岩石力学与工程学报，（12）：2572-2579.

蒋玉敏，钱德玲，张泽涵等.2016.框架-核心筒结构与地基基础动力相互作用振动台试验研究.建筑结构学报，37（2）：34-40.

李录贤，国松直，王爱琴.2007.无限元方法与应用.力学进展，37（2）：161-174.

谢洪阳，龚文惠，王元汉.2007.粘弹性三维点辐射无限元.华中科技大学学报，35（4）：110-112.

周凯，李明瑞，焦素娟.2015.基于耦合动力学模型的围岩-支架相互作用分析.煤炭学报，40（11）：2534-2539.

朱秀云，潘蓉，辛国臣等.2016.基于不同场地动力数值模型的核电站泵房结构地震作用对比分析.振动与冲击，35（1）：160-173.

Chaudhary M，Abe M，Fujino Y.2001.Identification of soil-structure interaction effect in base-isolated bridges from earthquake records.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，21（8）：713-725.

Hibbitt，Karlsson，Sorensen.2013.ABAQUS Theory Manual.Pawtucket，USA：Hibbitt，Karlsson & Sorensen，Inc.

Makris N，Gazetas G，Delis E.1996.Dynamic soil-pile-foundation -structure interaction：records and predictions.Geotechnique，46（1）：33-50.

Saadeghvaziri M A，YazdaniMotlagh A R，Rashidi S.2000.Effects of soil-structure interaction on longitudinal seismic response of MSSS bridges.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，20（1-4）：231-242.

Wolf J P，Song C.2002.Some cornerstones of dynamic soil-structure interaction.Engineering Structures，24（1）：13-28.

地铁车站结构裂缝及综合防治 篇11

1地铁工程混凝土裂缝成因机理

对混凝土结构裂缝进行归纳,可分为以下几类。

1.1 混凝土温度应力裂缝

大体积混凝土水泥水化过程中产生大量的热量,在热量不能及时散失掉的情况下,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过混凝土内外的约束力时,就会产生温度裂缝。另外,随温度的变化,如果混凝土的体积胀缩受到约束的影响,也会在混凝土内部引起温度应力。当温度应力大于混凝土的抗拉强度时,便会使混凝土产生开裂。而在大体积混凝土施工中,往往设计上无明确的规定,只能靠施工的经验进行控制。

1.2 混凝土自应力裂缝

混凝土收缩主要有干燥收缩、塑性收缩和自身收缩3种。在混凝土硬化后,即使在混凝土上方没有任何荷重的作用,也因其自身的收缩而产生裂缝。当这些收缩变形在混凝土内部引起的内应力超过混凝土的抗拉强度时,就会导致混凝土产生收缩裂缝。尤其是在夏季的混凝土施工,更容易发生该方面的裂缝。这种裂缝往往容易产生在混凝土墙板上,它的形式一般为上下贯通的裂缝,在整个混凝土墙壁上呈现出有规律性的裂缝,就地铁车站而言,冬季突然降温或夏季突降暴雨后所出现的开裂大多是收缩引起的裂缝。

1.3 混凝土拌合物沉降裂缝

这种裂缝的发生,往往是采用大流动性混凝土拌合物时而发生的裂缝,大流动性混凝土拌合物在混凝土初凝前,混凝土拌合物中的粗骨料始终处于一种自由体,虽然经过振动器械进行了振动,内部的孔隙也基本排除,但在混凝土内部的粗骨料本身在自身质量的作用下缓慢下沉,钢筋混凝土构件在混凝土没有达到初凝前,其内部的粗骨料继续处于下沉状态,而混凝土沿着钢筋的下方继续下沉,由于在钢筋的作用下,钢筋上面的混凝土被钢筋支护,在钢筋上表面沿着钢筋的走向产生裂缝,这种裂缝的深度一般只达到钢筋表面为止。

1.4 化学作用裂缝

许多因素都能引起混凝土产生这种裂缝,如碱骨料反应(AAR),水化水泥中的碱性物质与骨料中可反应化学成分之间发生化学反应。一般来说有两类碱骨料反应。一类是碱—碳反应:碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料(如白云石等)发生化学反应;另一类是碱—硅反应:碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料(如蛋白石和硅酸石灰石等)发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂,从而导致混凝土结构开裂,碱骨料反应发生的前提是混凝土中碱含量超标、活性骨料以及水分的存在。另外其他因素如:硫酸盐侵蚀、碳化反应等也会引起混凝土裂缝。

1.5 荷载变形裂缝

这种裂缝一般由两种情况造成:1)在混凝土结构还未达到设计要求的强度时,被车辆或重物的碾压或撞、砸而造成的变形缝;2)即使混凝土已经达到了设计强度,而在混凝土墙壁或薄壁结构物上撞击或超荷载堆放而造成的裂缝。后者出现的裂缝一般较为明显,属于贯穿性的裂缝。另外地基不均匀沉降、过度振动(如地震)引起的裂缝都属于结构裂缝。

2地铁工程混凝土裂缝的综合防治

总的来说,影响地铁工程混凝土开裂的因素很多,是十分复杂的系统性问题。根据裂缝的成因主要应从以下4个方面着手:材料选择、混凝土配合比、结构设计、施工工艺。

2.1 材料选择

2.1.1 水泥

在选择水泥品种时,应尽可能优先采用低标号、低水化热、大厂旋窑生产的优质水泥,且不宜使用早强水泥。在满足混凝土的强度和抗渗性条件下,尽量减少水泥用量。在水泥细度上,不宜过细,比表面积控制在4 000 cm2/g为宜。

2.1.2 外加剂

在外加剂中,膨胀剂、减水剂和防裂复合型外加剂对混凝土抗裂有重要影响。目前工程中较为常用的膨胀剂有U形膨胀剂(生熟明矾、石膏等组成)、复合膨胀剂(CEA)、铝酸钙膨胀剂(AEA-高强熟料、天然明矾石、石膏)、EA-L膨胀剂(生明矾石、石膏等组成)。目前工程中常用的减水剂有普通减水剂、AE减水剂、高效减水剂和高效能AE减水剂。由于地铁混凝土强度等级不宜太高,所以只能选择普通减水剂与AE减水剂来增加混凝土的抗裂性能。防裂复合型外加剂主要有防裂型FS系列混凝土外加剂。

2.1.3 骨料

根据泵送管路的内径,尽可能选用粒径较大的碎石。严格控制含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%,针、片状物含量不大于15%,粒径以5 mm～31.5 mm为宜,最大不超过40 mm。

2.1.4 掺合料

目前在抗裂方面最为常用的掺合料是粉煤灰。由于粉煤灰的颗粒呈圆球状,加入到混凝土中后,能起到润滑作用,可显著地改善混凝土的和易性,同时在满足强度要求下可代替部分水泥,以降低水化热,减小混凝土的温度应力,从而增加地铁混凝土的抗裂性能。其他活性矿物,如硅粉、磨细矿渣等,也可以改善混凝土中水泥石的胶凝物质组成,改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

2.2 混凝土配合比

混凝土配合比设计不当,可以引起地铁工程混凝土的开裂与渗漏。防水混凝土配合比应通过试验确定,其抗渗等级应比设计要求提高0.2 MPa。在满足抗渗要求的前提下,尽量减少水泥用量,藉以提高防水混凝土的抗裂性。在设计允许的前提下,大体积防水混凝土可采用后期强度(60 d或90 d)进行配合比设计。防水混凝土中各种材料的总碱量(Na2O当量)不得大于2 kg/m3。水泥用量不得小于320 kg/m3,掺有活性粉细料时,水泥用量不得小于280 kg/m3;砂率宜为35%～40%,泵送时可增至45%;灰砂比宜为1∶1.5～1∶2.5;水灰比不得大于0.45。普通防水混凝土坍落度不宜大于50 mm,用于防水商品混凝土入模坍落度宜控制在12 cm±2 cm。入模前每小时坍落度损失值应小于30 mm,坍落度总损失值不应大于60 mm。掺引气剂或引气型减水剂时,混凝土含气量应控制在3%～5%。用于防水商品混凝土的缓凝时间宜为6 h～8 h。

2.3 结构设计

地铁结构设计一般包括结构选型、荷载计算、基坑围护结构设计、内衬设计、结构楼板和梁的设计、抗浮设计等。其中结构选型包括选择浅埋式矩形箱式结构还是深埋式圆形隧道式结构等,其他几个方面的结构设计主要是估算各种荷载的大小并对各主要构件作强度与抗裂的设计。但如果选型不当或估算荷载与真实情况有较大的偏差,都会造成在选用混凝土等级和配筋设计方面出现失误,造成地铁混凝土抗裂性能不足而出现渗漏。在具体的构件设计上,宜保持构件截面均匀,避免截面突变,以减小混凝土收缩应力和荷载应力的集中。通过裂缝宽度验算调整主筋配筋量,把裂缝最大宽度控制在迎水面干湿交替环境下不大于0.2 mm,背水面不大于0.3 mm。结构配筋应加强纵向分布钢筋,其配筋应按细而密的原则配置,钢筋间距宜控制在150 mm以内,必要时可加设扩张金属网,以提高混凝土的极限拉应变,控制混凝土的收缩裂缝。

2.4 施工技术

从我国目前研究实践的现状来看,在施工技术方面影响混凝土开裂的环节主要有混凝土的拌制、振捣、运输、浇筑、养护,还有施工缝、变形缝、诱导缝、伸缩缝的设置及泄压装置的处理等方面。

具体的施工过程中应注意降水、排水工作,必须做到围护结构无渗漏水,严禁带明水浇筑主体结构混凝土。对于明挖法施工采用排桩的围护结构,桩间凹槽部位应采用喷射混凝土和防水砂浆找平,尽量减少基面对新浇筑的侧墙混凝土收缩的约束。要避免在炎热的夏季露天浇筑防水混凝土,混凝土初期曝晒会因过量失水而开裂。在浇筑混凝土时,还要注意控制施工温度。夏季混凝土入模温度值控制在25 ℃以下,施工时宜将砂石预冷,掺外加剂时,应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。混凝土运输过程中如出现离析,必须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要求时,应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂,严禁直接加水。防水混凝土必须采用机械振捣,时间宜为10 s～30 s,以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准,并应避免偏振、欠振或超振。掺引气剂或引气型减水剂时,应采用高频插入式振幅器振捣。混凝土结构内部设置的各种钢筋或绑扎铁丝不得接触模板,固定模板的螺栓必须穿过混凝土结构时应有止水措施。合理划分施工段长度,适当缩短施工缝间距,分段长度宜控制在12 m以内。底板、边墙、顶板施工缝尽可能对齐,必要时采取跳槽施工,也可采用后浇带。另外养护及时对防止裂缝有重大作用,特别在夏季施工时更是如此。规范规定防水混凝土至少养护14 d,这对防止产生有害裂缝是非常必要的。大体积防水混凝土施工应采取保温保湿养护,模板拆除时间宜控制在混凝土强度达到80%左右,避免失水过快,混凝土的中心温度与表面温度以及表面温度与大气温度的差值均不应大于15 ℃,且混凝土的降温速率每天不应大于2 ℃。

3结语

地下车站防水混凝土产生裂缝的原因是很复杂的,而且往往是各种因素的综合,混凝土产生裂缝也是不可避免的,但其有害程度是可以有效控制的,裂缝的控制与防治是一项综合技术,应从多角度进行分析。只要人们重视混凝土裂缝,对各个环节严格控制,加强管理,在实践中,不断总结经验,用科学系统的方法研究混凝土工程裂缝,根据其不同特点因地制宜地采用相应的治理措施,就能使裂缝对构件或结构的危害降到最小。

摘要：对地铁地下车站混凝土结构裂缝产生的原因进行了分析,提出了从材料选择、混凝土配合比、结构设计、施工工艺等几个方面进行综合防治的方法,以解决混凝土结构的裂缝问题,保证混凝土结构的使用寿命。

关键词：地铁,混凝土,裂缝,控制措施

参考文献

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[3]GB 50299-1999,地下铁道工程施工及验收规范[S].

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