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来源：职称驿站所属分类：交通运输论文 发布时间：2012-10-31浏览：23次
摘要：由于地铁结构多修建于地下，在岩土等多项介质中，经长期运营后，受运营时间、地质水文条件、设计和施工等各项因素的影响下，有可能发生病害。在影响地铁安全运营的同时，由于其结构存在缺陷，在其周边进行地下工程施工时使其产生的变形和破坏概率也就增加。因此，既有地铁结构的优劣直接影响到新建工程施工对其结构及安全运营的影响程度。同时，既有地铁线路会由于结构形式的不同，使得自身受到新建施工影响性不同，因此不同的敷设形式对于变形的具体要求也不同。
关键词：地铁结构；混凝土；裂缝；敷设形式
1、地铁土建结构优劣评定
既有地铁结构性能的优劣主要包括裂缝大小和数量、混凝土强度和碳化程度、渗漏水等方面。
(l)混凝土裂缝
一般情况下，裂缝的产生原因主要有温度变化、自身干缩变形、结构变形以及外荷载作用等。
温度变化和干缩变形主要集中在混凝土浇筑初期，混凝土结构表层与内部在水分散失和温度变化方面不能保持一致，因此导致干缩裂缝和温度裂缝产生。这种裂缝的初期一般都是微裂缝，通常都是无害裂缝。当结构受到变形影响和外荷载作用时，在微裂缝处容易产生应力集中，微裂缝长度和宽度不断发展和连通，发展成为肉眼可见的裂缝。变形裂缝的产生使得变形力得以释放，应力集中情况随着消失，因此变形裂缝一般不影响结构的承载力;当结构由于受到外荷载的作用产生裂缝时，说明结构承载力不足，此时裂缝的存在会影响结构安全性。混凝土裂缝是混凝土的病害之一，其贯穿或者深入内部后会破坏混凝土结构的整体性，改变混凝土的受力结构，最终导致局部混凝土结构发生破坏。
地铁隧道中，裂缝多出现在区间隧道封顶块和标准块管片、车站结构的侧墙和顶板处。对裂缝进行评定的过程中，由于裂缝长度和宽度能较直观的反映裂缝现有状态，一般情况下选其作为评定指标。
目前，美国、日本等都对对隧道结构裂缝进行了研究，进行了量化分级。美国在其铁路和公路中对隧道裂缝的评判标准主要以裂缝的宽度为指标，未考虑裂缝长度的影响;日本和我国以裂缝长度和宽度对铁路隧道进行了分级标准，在其判定过程中，以有无发展情况为基准。在本文中，采用我国《铁路桥隧建筑物劣化评定标准—隧道》中对裂缝的评定等级标准，此标准采用了定量与定性相结合的方法，综合考虑了裂缝的宽度和长度。
(2)混凝土强度和碳化程度
混凝土在工程结构中扮演着重要角色，在地铁结构中混凝土承受周围岩土的各种应力作用，因此其强度优劣直接关系到地铁结构的各项安全指标。混凝土强度分为抗压强度、抗拉强度等，其中以抗压强度为主。在结构设计施工时，处于对抗拉强度的需求，在混凝土中加入钢筋来增强混凝土的抗拉强度和抗弯强度。
在国内外针对隧道衬砌结构的分析中，以有效衬砌厚度和设计衬砌厚度之比来表示隧道结构衬砌的变化情况。其中有效衬砌厚度指混凝土强度不小于设计标准强度的衬砌的厚度。由于在地铁结构针对混凝土的检测过程中，其现状下的强度和厚度较容易得到，因此针对地铁混凝土结构强度的判定以实际状态下混凝土的强度与设计强度的比值来确定当前混凝土的分类。如表1所示。
表1地铁结构混凝土强度等级分类
分级 I II III IV V
现状强度/设计强度 >4/5 3/4~4/5 2/3~3/4 l/2~2/3 <1/2
混凝土碳化是指混凝土所受到的物理化学作用，暴露在空气中的混凝土水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应，生成碳酸盐和其他物质。碳化使混凝土成分、结构、性能等发生变化。由于碳化后在混凝土表面形成的碳酸盐等物质硬度较高，使得混凝土表面硬度增加，回弹性增强，因此混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用。但是，随着碳化深度的不断增加，使得混凝土内部由于水泥水化作用而形成的强碱性降低，钢筋表面形成的钝化膜保护层受到破坏，混凝土对钢筋的保护作用减弱，沿钢筋产生裂缝，水、空气进入裂缝，最终造成钢筋的锈蚀。同时碳化还会影响到混凝土收缩、强度、结构等性质。针对混凝土的碳化作用，通常使用碳化深度来评定。碳化深度的测定碳可用合适的工具(如钻、凿子)在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，其深度约等于保护层厚度，然后除去孔洞中的粉末和碎屑，不能用液体冲洗。用浓度为1%的酚酞酒精溶液立即洒在孔洞壁的边缘处，再用钢尺测量自混凝土表面至深处不变色、(未碳化部分呈紫红色)有代表性的交界处垂直距离1一2次，该距离即为混凝土的碳化深度值。每次测读至0.5mm。对于混凝土碳化分类情况如表2所示。
表2地铁结构混凝土碳化等级分类
分级 碳化程度
I 碳化深度小于混凝土保护层厚度，钢筋未锈蚀
II 碳化深度接近混凝土保护层厚度，钢筋表面出现局部锈斑
III 碳化深度大于混凝土保护层厚度，钢筋出现严重锈蚀
(3)渗漏水
渗漏水是隧道工程中较常见的缺陷，尤其在地下水较丰富的地区。由于渗漏水的存在，导致隧道土建结构本身混凝土碳化速度加快，混凝土结构受到破坏，使地铁隧道耐久性降低，当渗漏水具有腐蚀性时，此类现象更加明显。同时，渗漏水使得隧道结构内部经常处于潮湿的状态下，使得地铁内设备发生破坏以及隧道内道床和轨道结构发生积水现象，影响地铁的安全运营。
除上述外，当渗漏水水量较大时，隧道结构周边地下水位会由于渗漏情况的发生而发生改变，导致隧道周边岩土应力状态发生变化，地铁衬砌结构发生变形。渗漏水的渗漏状态可以用渗流速度来反映。
美国在《公路和铁路交通隧道检查手册》对渗流速度进行了分类，混凝土表面发生潮湿现象为轻度、流速小于30滴/秒为中度、流速大于30滴/秒为严重情况。
2、地铁敷设形式
地铁的敷设形式主要有地下、地面和高架三种形式。由于不同的地铁敷设形式对于变形的要求不同，不同形式下的地铁结构变形传递方式不同、受力特性不同等，因此当新建地下工程临近其施工时，对其产生的影响也不相同。
从受力角度来说，地下线路结构主要受到围岩的各个方向的应力作用，受力环境复杂。周围工程施工造成的土体扰动直接传递到地铁结构，其传递路径较少，应力和应变的消耗较少，地铁结构所需承受的围岩应力大，因此其变形较明显;地面线路虽然也经过土体直接将应力传递到结构，但其受力和变形模式简单，只有因地面发生沉降所带来的变形;高架线路是三种形式中应力应变传递路径最多的一种，由新建工程导致的地层扰动，周边围岩产生应力重分布后，传递至高架线路桩基，之后由桩基依次传递至墩台、支座、梁体。在传递过程中，有多处减缓措施(如橡胶支座)等，变形发生消耗。
从变形可修复性角度，地下线路受到变形影响后，可修复性较低，只能针对轨道结构进行线路调整来保证运营安全;地面线路由于可作业面较广，与地下线路相比其修复方式多;高架线路由于有相对复杂应力应变传递路径，因此针对其变形的修复性也较容易。
通过上述两方面可以说明，新建工程处于同等施工条件时，地下线路受到影响最大，其次为地面线路，最后为高架线路。
《既有地铁结构研究分析》
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文章名称： 既有地铁结构研究分析
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