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试论地铁结构的耐久性
摘要:混凝土结构的强度和耐久性是两个重要的指标,然而在工程中往往只重视结构的强度,或片面追求高强度和耐久性而忽略了结构。本文结合地下结构和降解机制,从材料的选择、构造措施和施工措施三个方面,提出了改善耐久性的地铁结构设计要点,希望能引起设计师的关注。
关键词:地铁结构;耐久性设计;地铁工程
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:


地铁属于城市快速轨道交通系统,由于它不受气候条件约束和安全、快速运输的特点,成为城市公共客运交通的骨干网络。目前,除了北京、上海、天津、广州、深圳、沈阳、南京、重庆、香港、台北地铁投入运营,青岛、武汉、长春、哈尔滨等17个城市的地铁也正在规划和建设中。大量的地铁工程建设,不仅可以解决大中型城市公共交通工具问题,更成为了重要国家经济繁荣和社会进步的象征。
地铁工程是不可逆的,一次性投资巨大,并且经常穿过城市中心区域,它的耐用性要求相对于其他土木工程比较高(设计使用寿命为100年的基准)。但近年来,已建成地铁在运营过程中出现一些问题,如上海浦路隧道由于渗漏严重而关闭维修;北京地铁投入运营几年后一个隧道内管道腐蚀穿孔;香港地铁杂散电流造成燃气管道腐蚀穿孔,最终导致气体泄漏事故。这些工程实例表明,长期环境影响下,地铁结构耐久性存在问题,地铁的维护、维修、改造以改善其耐久性往往价格昂贵。它会浪费很多钱,影响正常使用地铁,缩短维修周期和使用寿命,严重时还威胁地铁列车安全的运行。因此,地铁结构耐久性问题是一个非常重要和迫切需要解决的问题。
1 概念
所谓混凝土结构耐久性,是指混凝土结构在设计确定的环境作用和维修、使用条件下,结构构件在设计使用年限内,保持其适用性和安全性的能力。由于地铁结构多埋置于地下,与地下水、岩土介质紧密接触,加之各种突发性灾害等不确定性因素的影响,由此引发的各类耐久性问题越来越严重。另外,地铁工程属于城市公共轨道交通工程,投资大、建设周期长、质量要求高,主体结构工程设计使用年限为100年,因此,其结构耐久性设计至关重要。然而长期以来,很多地铁设计人员只关注结构的安全性和适用性,而对结构的耐久性设计缺乏全面认识和充分的考虑。本文旨在对地铁结构的耐久性设计内容进行梳理归纳,提出自己的探讨观点。
2 混凝土结构的耐久性分析
混凝土结构的耐久性设计可分为传统的经验方法和定量计算方法。目前,环境作用下耐久性设计的定量计算方法尚未成熟到能在工程中普遍应用的程度。在各种劣化机理的计算模型中可供使用的还只局限于定量估算钢筋开始发生锈蚀的年限。因此,现行的钢筋混凝土结构设计规范中仍然是传统方法或是改进的传统方法。近年来,传统的经验方法有很大的改进,首先是按照材料的劣化机理确定不同的环境类别,在每一类别下再按温、湿度及其变化等不同环境条件区分环境作用等级,从而更详细地描述环境作用。其次是对不同设计使用年限的结构构件,有不同的耐久性要求。

混凝土结构的耐久性是指:环境作用下,结构在设计要求的目标使用期(设计基准期)内,在适当的维护条件下,保持其安全、使用功能和外观要求的能力。这里的环境是一个广义的概念:一切引起结构性能降级与破坏因素的综合。因此,混凝土结构的耐久性并不是仅与混凝土结构原材料和配合比有关的一种固有特性,而是一个整