关于耐久性的地铁结构设计要点探讨

(重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司 重庆 401122)

一、地铁车站结构选型

(一)主体结构。在对地铁主体结构进行施工时，应从安全、经济、施工方便等方面对设计方案进行比较。在地铁施工时通常使用的施工方法主要采用现浇混凝土箱形框架结构形式。平台宽度是主要参考标准，并将结构布局和平台宽度等标准相结合。

(二)围护结构选择。从不同的地铁工程中我们可以看出，要想有效的保证地铁建设的经济造价应合理的选择围护的结构和围护的形式。地铁施工围护结构种类比较多，应对实际的地质情况和工程的目标进行综合性的考虑，并选择合适的方式。其主要选择原则是：可操作性强，对周围环境适应性强。此外，还应将基坑的防护等级、地表的沉降等进行充分的考量，防止出现不符合规范和要求的现象。在进行实际施工时，要考虑其经济性、安全性和稳定性。保护条件要求高的情况下，应使用刚度和强密封强的结构。

(三)围护与主体结构结合的作业方法

(1)单一墙结构，围护结构直接用作主结构的侧墙，不设置结构内力的衬砌墙体，结构措施需要考虑结构和水平构件之间的要求。该系统结构简单，无内力构件，可以改善内外筋的使用，避免材料成本过高。但考虑到节点施工的复杂性，需要加强维护结构的预留钢筋设置，也需要加强防水施工的管理，节点的位置是防水是关键部位。目前，单一墙结构并不普遍，在地铁建设中还没有得到充分应用，主要原因是耐久性不足。国家有关部门已经出台了此结构的具体规定，在单墙结构中，挡土墙主要采用地下连续墙，半防水模式通常用于防水施工。(2)复合墙结构，复合墙体的结构在设计和施工的车站中占有很大的比例，在复合墙体的设计过程中，部分土压力对围护结构产生影响，水压主要由主结构侧墙承担。在支护结构与车站顶板交叉处设置了一些抗浮压力顶梁，可以参与车站结构的抗浮。然而，在实际的设计和施工过程中，复合墙体结构的围护形式被认为是一种临时结构，严重的影响了结构的质量。地铁车站施工时，复合墙结构地铁车站的支护结构比围护结构大。在后期，必须考虑其耐久性作为永久抗浮构件和一些土抗力构件。

二、影响混凝土耐久性的因素

(一)化学物质对混凝土的腐蚀。工程中所使用的混凝土中含有较多的化学物质，这些化学物质会与酸性物质发生一些反应，产生一些新的杂质在混凝土的成分中。混凝土之中具有一定的膨胀性，直接破坏了混凝土的内部结构，从而降低了混凝土的耐久性。

(二)地铁中杂散电流的影响。在地铁中这些散电流的影响，表示在地铁运行的过程中，轨道与地面之间没有完全绝缘，因为直流电源本身就是一种供电方式，一部分电流漏入地下，这也就形成了杂散电流。

(三)混凝土本身的碳化。混凝土中所含有的碳化物质，较易被空气中的co2中和掉，直接改变了混凝土中的成分，在影响混凝土本身结构和性能的同时也影响了混凝土的耐久性。碳化后，混凝土的碱度降低，会给钢筋表面钝化膜带来一定的影响，使腐蚀更加严重。

(四)冻融产生的影响。在地铁的局部区域内含水量较多，温度较低，会产生冻融现象，影响了混凝土的耐久性。冻融就是在低温环境下水被凝固成冰，这种状态的体积要比没有凝固前大，并在混凝土中产生膨胀应力。如果实际应力大于混凝土自身的承载力，会导致混凝土的结构发生变化。并可以变成水，但是混凝土的破坏是不可逆转的，直接降低了混凝土的耐久性。

(五)混凝土原材料品质的影响。要想保证混凝土的耐久性应选择质量过硬的混凝土材料，在施工的过程中，如果所使用的材料没有达到相关的标准和要求，各成分间会出现相反的作用，这也就影响到混凝土的耐久性。另一方面，当混凝土材料中氯离子含量过高时，就会加快混凝土的腐蚀速度，是混凝土的结构发生改变。

(六)地铁工程的施工设计出现问题。在进行地铁工程设计时，大部分设计单位只看重经济利益，没有对混凝土的耐久性进行关注，这也就影响了其耐久性。在施工过程中，施工人员没有按照科学规范，严格遵守每一个细节的要求，比如，混凝土的实际强度、保护层的实际厚度、结构的选择、混凝土的混合比例等，会直接影响其性能和耐久性。

三、地铁结构耐久性设计要点

(一)材料设计

(1)地铁施工中要进行混凝土施工的实际面积较大，因此水热化会导致出现温度应力，在对地下侧墙、地表等结构的防水性能进行考虑时，应该选择使用质量好的混凝土原料；(2)在选择混凝土骨料时应先考虑其活碱性，由于碱骨料反应的发生，应选用非活碱性基础骨料，以避免破坏地铁的结构；(3)保证骨料配置的等级，应保证其质量和配比率，以保证混凝土的高密度。

(二)构造措施。首先，在对地铁结构设计和设置时，应确保地铁结构构件的均匀程度。在降低混凝土收缩应力和负荷应力的浓度，应尽量避免出现角度。通常情况下，在这种结构的基础上，在表现形式上其结构呈现出长条状。应改变其分布，使其向纵向发展，尽量避免出现收缩裂缝。在进行混凝土保护层厚度设计时，应结合实际的施工环境和已有的设计准则。在对地铁机构进行设计时，应符合相应的形式要求，这样可以很好的防治地下水中的有害物质的聚集，在需要时还应结合相应的排水设计。此外，有必要对部分构建的整体耐久性进行考量。在对杂电流进行考量后，可以有效的防止其给地铁带来的腐蚀，要想有效的降低腐蚀性，可采用堵漏方式，并对杂电流进行合理的监测。

(三)施工设计。地铁工程施工时，可以使用分工施工法，释放出水泥水化后形成的温、热应力。当紧固件暴露在外界环境时，表面应使用防腐措施的保护，尤其是在条件较差的环境中，采取多种防护措施或采取合理的防腐措施，提升混凝土养护工作的效率防止出现裂缝。为了保证地铁在投入使用后的安全和使用寿命，在设计地铁的结构时，可将耐久性作为重点的考虑的对象。相关的实际人员在进行地铁结构设计时还应结合工程的实际特点，各部门人员应齐心协力，提升地铁施工的质量和耐久性，推动工程的顺利进行。

四、结语

根据全文的内容的论述，可以看出地铁车站的设计应满足乘客的安全和方便的基本要求，其通风能力、照明效果、防灾等设施应处于良好的状态，为乘客建构起和谐的、舒服的乘车和换乘环境。这些目标不是一时间就可以达到的，还应做好给水排水设计和消防工作。为提高地铁车站的设计等级，实现轨道交通的全面覆盖奠定坚实的基础。