地铁地下车站（精选十篇）
地铁地下车站 篇1
1 地铁防排烟系统的重要性
由于地铁车站和区间隧道基本都深埋于地下, 受空间封闭、通道狭长、通风不良、电气设备故障、日常管理不到位和人为破坏等的影响, 一旦发生火灾, 则车站内的氧气会被快速消耗, 且会聚集大量高温烟气, 很难自然排除, 进而造成重大灾害事故。因此, 有效设计通风排烟系统是地铁防灾系统的重要组成部分, 对减少人员伤亡和财产损失具有极为重要的意义。
2 地铁公共车站防排烟系统的运行模式
2.1 区间隧道防排烟系统
地铁车站两端一般各设有1条活塞风道, 对应的进、出站区间隧道分别设置了活塞风阀。正常情况下, 活塞风道和活塞风阀常开。同时, 在车站两端分别设置了2台区间隧道事故风机、消声器和风阀等设备, 通过风阀的开、闭转换, 可实现2台风机并联向一条区间隧道送风或排风。假设有地铁A, B两站, 对应的上、下行区间分别编号为A1B1和A2B2, 一般情况下, A, B站两端区间隧道事故风机主要负责区间隧道排风、调节隧道内温度和湿度等空气指数。当A1B1区间发生火灾时, 通过关闭A2B2区间的事故风阀、A1B1区间活塞风阀, 可实现A站 (B站) 2台事故风机同时对A1B1区间排烟、B站 (A站) 2台事故风机同时对A1B1区间排送风, 从而使区间内的气流速度达到2~11 m/s, 乘客和工作人员可迎着新风的方向疏散;当A2B2区间发生火灾时, 则可关闭A1B1区间的事故风阀和A2B2区间的活塞风阀, 风机运行方式与A1B1区间发生事故时的类似。
2.2 车站轨行区防排烟系统
车站两端各设置有1台排热风机, 负责排出列车的启动发热量和停站过程中冷凝器所产生的热量, 尽量避免热量进入区间隧道, 从而提高排热效率。该系统可在热气尚未扩散到车站空间前, 从轨道上收集并排出热气, 一般由轨顶和轨底排热风道组成。
2.3 车站公共区防排烟系统
地铁车站公共区由站厅层公共区和站台层公共区组成, 是供乘客上、下车的过渡空间, 也是车站人员最密集的区域。因此, 公共区防排烟系统的意义重大。在《城市轨道交通技术规范》 (GB 50490—2009) 中的8.4.17规定, “地下车站站厅、站台公共区和设备及管理用房应划分防烟分区, 且防烟分区不应跨越防火分区。站厅、站台公共区每个防烟分区的建筑面积不应超过2 000 m2, 设备及管理用房每个防烟分区的建筑面积不应超过750 m2”。标准地下车站站厅的公共区面积约为1 500 m2, 站台公共区面积约为1 200 m2。因此, 在划分防烟分区时, 应将站厅层公共区设为单独的防烟分区, 站台层公共区也设为单独的防烟分区。因地铁车站的空间有限, 且内部管路系统复杂, 一般情况下, 公共区防排烟系统与通风空调系统合设, 并由车站两端排烟风机共同负担。
当站厅层公共区发生火灾时, 由烟感反馈到车站控制系统或工作人员手动切换至站厅火灾模式, 通过风阀控制关闭站厅送风和站台排风, 开启防烟分区的排烟风机, 将站厅火灾产生的烟气经风管、风井排至地面。同时, 打开组合式空气处理机组对站台层补风, 从而使站厅的负压使烟气无法扩散到站台, 新风由出入口进入站厅, 限制了烟气气流的方向, 以方便人员撤离。
当站台层发生火灾时, 由烟感反馈到车站控制系统或工作人员手动切换至站台火灾模式, 通过风阀关闭站厅排风和站台送风, 开启防烟分区的排烟风机, 将站台火灾产生的烟气经风管、风井排至地面。同时, 还需开启组合式空气处理机组对站厅补风, 并开启相应的排热风机和常闭排烟口加强对站台的排烟, 以保证楼梯口部达到1.5 m/s的风速要求。站台楼梯口侧面采用电动挡烟垂帘封闭, 正面垂至可踏步2.2 m的位置, 从而使站台烟气无法扩散到站厅、站台楼梯, 站台人员可通过楼梯疏散到达站厅, 再经出、入口撤离。
2.4 车站设备管理用房防排烟系统
车站设备管理用房主要包括车控室、站长室、站务室和卫生间等运营管理用房和通信机房、信号房、变电所和环控机房等设备用房。在具体规划中, 可简单划分为非气灭房间和气灭房间。由于设备管理用房小且复杂, 综合管线繁多, 空间有限, 因此, 防排烟系统一般与通风空调系统合设。非气体灭火房间发生火灾时, 关闭部分 (或全部) 气体灭火房间回风支管上的电动防烟防火阀, 开启排烟风机排烟, 同时, 开启空调器, 保证非火灾房间正压和对火灾房间补风, 当烟气扩散至走道时, 烟感会自动报警, 也可采用FAS控制或手动开启走道排烟风机和常闭排烟口, 打开公共区自然进风口补风;走廊发生火灾时, 开启走廊排烟风机和常闭排烟口排烟, 打开公共区自然进风口补风。
非空调房间设有机械排风系统, 通过设置在墙上的防火阀自然进风;厕所、污水泵房设有独立的机械排风系统, 通过设置在墙上的防火阀自然进风;气灭房间发生火灾时, 关闭该房间送、回风支管上的电动防烟防火阀, 并关闭送排风机使房间密闭, 待灭火后, 开启该房间风管上电动防烟防火阀, 通过排风系统将有害气体排出。
车站设备管理区域的一端较狭长且房间较多, 为了便于在发生火灾时疏散该区域的工作人员, 在此端设置了紧急疏散通道, 楼梯间设置了加压送风系统, 以防止烟气进入, 保证人员安全撤离。部分车站的出、入口也设置了紧急疏散楼梯间。
2.5 出入口及换乘通道防排烟系统
对于连续长度超过60 m的出入口通道需设置机械排烟系统, 非空调季节排烟系统兼作通风系统, 补风由出入口口部与车站公共区自然引入。其设置方式如表1所示。
3 地铁防排烟系统中存在的问题
地铁防排烟系统中存在的问题主要分为以下2方面: (1) 区间隧道内的排烟原则为背向乘客安全疏散方向排烟, 迎着疏散方向送风。发生火灾时, 起火位置与列车有3种位置关系, 即起火位置位于车头、车中间或车尾部。当起火位置位于车头或车尾部时, 隧道内的烟气流向与乘客疏散方向相反;当火灾发生在客车中部时, 起火处前部车厢的乘客将向前方车站疏通;当起火位置位于后部车厢时, 乘客将向后部疏散。无论客车停留在区间隧道中的任何位置, 乘客都会向隧道两端疏散。在此情况下, 隧道内烟气的流向与部分乘客的逃生方向相同, 威胁了同向逃生乘客的安全。 (2) 地铁车站防火阀的数量众多, 而部分设计人员只考虑了理论尺寸, 特别是在设计风井穿越楼板时, 常因空间过于狭小而影响施工、调试和维修, 导致此部位成为整个防排烟系统的薄弱环节。当火灾发生时, 可能因个别风阀开关转换失效或开启、关闭不严导致达不到设计排烟的效果。
4 结束语
综上所述, 优秀的防排烟设计可降低事故的发生率, 即使事故发生, 也会大大降低现场火灾烟气浓度的80%以上。防排烟设计是车站消防中较为复杂的环节, 也是交通生命安全系统的重点。近年来, 有许多研究者不断深入探究防排烟系统, 而设计人员除了应掌握基本的规范要求外, 还要对防排烟技术的发展现状有所了解, 从客观的角度分析设计中的问题并改进, 从而达到交通消防立足自救安全、可靠的设计目的。
摘要：结合地铁地下车站的实际情况, 介绍了地铁防排烟系统的重要性, 阐述了地铁车站防排烟系统的组成、设计标准和运行模式, 同时, 对防排烟系统的常见问题进行了分析, 并提出了相应建议。
关键词：地铁,地下车站,火灾,防排烟系统
参考文献
[1]孙有望, 李云清.城市轨道交通概论[M].北京:中国铁道出版社, 2000.
地铁地下车站 篇2
摘 要：北京地铁五号线采用了多种暗挖工法,在工法的选择以及应用上有不少值得借鉴和研讨的地方。本文在介绍地铁五号线地下车站暗挖工法的基础上，对有关技术问题进行论述。一.概 述
北京地铁五号线是贯穿京城南北的一条轨道交通干线，线路经过了丰台、崇文、东城、朝阳和昌平等五个区，全长27.6km，共设车站22座。根据规划条件及环境要求，南段线路采用地下线路形式，在北四环路以北采用高架或地面线路形式，其中，地下线路长度16.9km，占全线长度的61%，地下车站16座；高架及地面线路长度10.7km，占全线长度的39%，高架车站5座，地面车站1座。（见图1）
在16座地下车站中，有4座车站采用暗挖法施工，还有5座车站采用明暗挖结合的方法实施。地铁五号线隧道穿越的地层为第四纪地层，以粘土、粉土、砂及砾石层为主。地下水主要有上层滞水、潜水和承压水。隧道基本在潜水中，部分隧道已经进入承压水。地铁五号线早在1992年底就已经进行可行性研究，至现在已经开展工作近11年，其间主要方案经过了多次论证和变迁。本文主要就地铁五号线地下车站暗挖法的有关技术问题进行论述。二.地下车站施工方法的选择
地下车站施工方法的选择，主要应根据规划情况、工程地质及水文地质条件、周围环境、工程技术难度、工期以及工程造价等诸多因素综合权衡确定。以下几个原则是本人通过地铁五号线工程得到的感悟。
1． 能明挖则明挖，非万不得已不选择暗挖工法
在选择施工方法时，应遵循的第一个原则就是按照明挖法→盖挖顺作法→盖挖逆作法→暗挖法的先后顺序选择，这几种工法的要点和适用范围比较见表1。
由表1的比较可以看出，虽然明挖法对环境的影响较大，但其工期短，影响的时间短，加之在其他方面的优势强，因此很多情况下应作为车站施工的首选工法。而暗挖法虽对环境和地下管线的影响小，但其他方面不具优势，因此应尽量避免采用。不同施工工法的要点及适用范围比较表 表1
2． 要站在整个工程的高度选择施工方法，正确处理工程拆迁、工程造价、工期、环境影响以及社会效益等诸多方面的关系。地铁工程是一项浩大的城市建设工程，与城市的建筑、设施、环境以及人们的生活息息相关，必将对城市的正常生活造成影响，诸如拆迁房屋、影响交通等等。在城市的中心区修建地铁车站，不管采用明挖法还是暗挖法，工程拆迁都是不可避免的，虽然通常情况下明挖法的拆迁较暗挖法多，但我们应当综合多方面因素来选用合理的施工方法。综合费用的比较。采用明挖法的拆迁费＋工程费是否低于采用暗挖法的拆迁费＋工程费？如果明挖法的综合费用低于暗挖法的综合费用或两者相当，显然采用明挖法在经济上是比较合理的。否则，还要在其它方面进行考虑。车站施工是否有条件促进规划实现。对于设在规划道路范围内的车站，一般应充分考虑道路规划建设以及能否通过地铁建设带动地面建设的开展。这样，本属于地面建设拆迁范围内的拆迁费用，可能变成由地铁和地面建设共同分担，既减少了地铁的拆迁费用，也减少了地面建设的费用，一举两得。这也是地铁工程建设带动沿线建设在这方面的体现，具有较好的社会效益。如果上述条件成立，那么采用明挖法或盖挖法是比较适宜的。环境影响和工程施工安全。采用明挖法由于占用的施工场地多，因此对环境的影响大于暗挖法。尤其车站位于现状道路下方，对地面交通影响较大。但是，暗挖法施工在安全方面却不能与明挖法比拟，在某些地段或者某种地质条件下，暗挖法施工难度极大，如果在车站上方或周围有建筑物，暗挖法施工引起的地面沉降较大，其负面影响不可忽视。是否有重要制约条件。要考虑在站址周围是否有重要的控制因素，比如重要建筑物，重要文物保护单位，是否有重要且难以拆改的地下管线或地下构筑物等，这些控制条件往往影响到站位和施工方法的确定。工期是否充足够用。工程的建设周期长短也是一个不可忽视的因素，选择一种施工方法，要考虑到整个工程的筹划是否满足要求，不可忽视所选施工方法在安全性能方面的把握度，一旦出现问题处理时间是否可控，各方面的影响严重程度等。通过对上述各种因素综合、客观的考虑和分析，结合车站的综合技术经济比较，一定能够选取一种合理、恰当的施工方法。
3． 要尊重工程技术人员和专家的意见，根据客观、科学的论证确定工程施工方案，切忌主观臆想、感情用事。工程技术人员要以扎实的工作为领导宏观决策提供参考和依据。地铁五号线车站施工方法的确定，考虑了多种综合因素，整个过程争议很多，方方面面的意见都有。设计方案从最早设计推荐的3座车站暗挖，1座车站盖挖，12座车站明挖演化到9座车站暗挖，1座车站明暗挖结合，6座车站明挖，最后形成了4座车站暗挖，5座车站采用明暗挖结合，7座车站明挖的现状。论证过程主要矛盾焦点是： 如何处理工程拆迁与工期的关系，认为拆迁过程长短难以控制，可能制约工程工期； 认为明挖法工程拆迁费用偏高； 沿线城区过分强调明挖法对周围环境的影响； 部分人认为暗挖法施工引起的沉降对上部建筑物影响不大等。
4． 从地铁五号线工程运作到目前的情况来看，地面拆迁工作基本到位，即使部分车站拆迁比计划滞后，其滞后时间也不长，相比较之下，明挖工期＋明挖法地面拆迁工期小于暗挖工期＋暗挖法地面拆迁工期；明挖工程的综合费用（拆迁＋工程费）与暗挖法的综合费用相差不大；对环境的影响也基本相当；相反，暗挖法施工引起的沉降对周围环境的影响则更加凸显，成为各方比较棘手的问题。
各地下车站采用的施工方法见表2。三.地铁五号线采用的暗挖工法及结构型式论述
地铁五号线采用暗挖法施工的车站，根据具体情况采用了不同的工法，其结构型式也多种多样。
1． 传统的三连拱车站结构型式（图2）
在天坛东门站和磁器口站，采用了传统的三连拱车站型式。隧道断面尺寸大致在22m×15m（宽×高）左右。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁采用型钢梁，立柱为钢管柱，其它均为钢筋混凝土结构。此结构型式在北京已经有成功的实例。通常情况下，根据隧道断面的大小及跨径分配，可采用中洞法、侧洞法、侧壁导坑法以及混合使用各种工法分步实施开挖和支护作业。五号线采用的施工开挖步序见图3。
五号线连拱车站隧道施工采用的是中洞法，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。连拱车站型式在以往工程中普遍反映出的问题主要有：施工质量不易保证；顶部连拱形成的沟槽积水，容易出现漏水现象，且不易治理；施工分块多，稳定性差；
废弃工程量大等。
2． 单拱三跨单层车站结构型式（图4）
在地铁五号线采用明暗挖结合施工的车站，其暗挖部分均为下穿现状道路，以达到施工期间不中断交通的目的。为保证明挖和暗挖结构的合理埋深，暗挖部分均采用了单层结构。由于单层结构在分步开挖过程中的结构体系转换较双层结构简单、容易，同时又为避免连拱隧道顶部积水问题，推荐采用了单拱三跨结构型式。车站采用复合衬砌，顶梁、底梁采用钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。采用此类结构型式的车站有：刘家窑车站、东单车站、东四车站、张自忠路车站等。根据车站站台宽度不同，隧道断面尺寸大致在21.8m×9.5m（宽×高）～23.9m×10.5m（宽×高）左右。此类断面在北京乃至国内软土地层地铁车站中首次采用，施工可采用的方法与三连拱隧道基本类似，只是由于结构高度小，竖直方向的转换少，各施工步序转换更加简单、安全。此结构最大的优点是隧道顶部没有积水槽，防水效果好。此类工法的典型施工步序见图5
所示，可采用侧洞法先形成隧道两侧封闭的衬砌，然后再施工中部的拱和底板，快速封闭衬砌；也可先施工立柱隧道，形成底梁、立柱和顶梁后，再开挖中间洞形成中部完整、稳定的支撑体系，最后开挖两侧洞，封闭隧道。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。
3． 单拱三跨双层车站结构型式（图6）
此型式应用于崇文门车站，其应用单拱的意图与单拱三跨单层型式一致，主要为避免连拱隧道顶部积水问题。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁、底梁为钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。隧道断面尺寸为24.2m×16m（宽×高）。隧道开挖采用中洞法，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。在中洞形成后，由下至上施作底板、底梁，然后施工立柱，后浇筑顶梁、顶板。侧洞采用台阶法由上至下开挖而成。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。该工法的施工步序见图7。
4． 单拱双跨双层车站隧道型式（图8）
此型式应用于蒲黄榆车站。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁、底梁为钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。隧道断面尺寸为22.6m×16.3m（宽×高）。
该结构型式在软土地层地铁车站隧道中属首次采用。此工法的施工步序见图9，首先施工中洞，在中洞内施作底梁、立柱和顶梁。中间支撑柱形成后，两侧对称开挖侧洞，开挖到底后由下向上浇注衬砌。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。
由于采用了双跨结构型式，整个隧道施工过程中导洞的体量较大，中间导洞宽度达8m左右，同时，采用单拱型式导致隧道的整体高度偏大，施工期间对控制隧道稳定性的要求很高。
5． 暗挖车站风道结构型式（图10）
地铁五号线采用暗挖法施工的通风道基本为单跨双层结构,复合衬砌结构型式。风道总体开挖尺寸为11.6m×12.75m（宽×高）,其结构体量比较大，采用交叉中隔壁法施工，施工中打设小导管作为超前支护。四.地铁五号线暗挖工法的主要技术问题讨论
由于地铁五号线采用了多种断面型式以及不同的开挖方法，且沿线周围的环境条件差异较大，因此在设计和施工中必须对有关技术问题给与充分的重视。
1． 暗挖车站第一工作面的形成方式
地铁五号线车站开挖工作面的形成主要有以下两种方式：
方式一：利用车站通风竖井和通风道开辟车站开挖工作面，即首先施工通风竖井，然后开挖整个风道，在风道靠车站一端形成车站开挖工作面，其施工顺序见图11示意；
方式二：在车站两端明挖（或盖挖）竖井（基坑），待竖井完成后从其侧壁开挖车站主体和通风道，其施工顺序见图12示意。
以上两种方法可以适用于不同的条件，其优缺点见表3。
上述两种方式各有优缺点，但考虑到暗挖法车站往往制约整体工期，因此建议如果有条件，应尽可能采用方式二。还有另外一个方式也可以采用，即在利用风道形成车站开挖面的同时，将有条件的出入口作为车站上半断面的施工通道。由于出入口的结构断面小，施工期短，因此可以尽快进入车站，这样既可增加车站施工的工作面，也可以有效减少车站的工期和降低施工风险。
2． 隧道施工期间的稳定性 在软土地层中暗挖施工大断面隧道，必须通过小断面的开挖和转换来实现，其所贯彻的主要指导思想是强支护、快封闭，施工期间最重要的是要确保每一个施工分步的开挖和支护稳定以及施工转换的安全。每一步开挖尺寸应尽可能合理。由于目前基本为人工开挖和支护作业，每一步开挖的高度应控制在3.5m左右，最多不要超过4m，这样采用台阶法开挖时人工作业方便。
如果高度太大就必须增加台阶数量，导致初期支护不封闭段长度增加，风险加大。目前五号线采用比较多的工法是交叉中隔壁法，如图14示意，在开挖过程中，由于每一步都是封闭的，且为强支护，因此稳定性不会有问题。但在开挖完成后施作二次衬砌时，在局部拆除中隔壁和临时仰拱后，原先在开挖中已经形成平衡的初期支护受力体系受到破坏，如图14示意底部中隔壁拆除，竖向承载能力部分丧失，此时顶部的荷载无法靠中间的柔性临时结构承担，隧道将面临一定危险。当衬砌逐步向上浇筑，连续拆除中间临时结构时，风险越来越大。要减小衬砌和拆除过程中的风险，应尽可能减小纵向拆除隔壁的长度，利用空间受力效应保证隧道稳定，同时，应在拆除临时隔壁的部位，增设临时竖向支撑。由于大部分初期支护承受的是压力作用，当隧道断面较大时，建议将内部临时初期支护由弧形改为直线型，可以避免弧形初期支护在较大的轴力作用下失稳。
当隧道横向有多跨，需分步形成时，哪一跨首先形成，哪一跨最后形成也对隧道的稳定性影响很大。确定原则主要有以下几方面：
1.形状稳定原则
由于先形成的隧道要独立存在一段时间，且邻近的开挖会对其造成影响，因此，先形成的隧道形状要能够保证在临近作业影响下的稳定。
2.先易后难，互不干扰原则
若部分隧道可以独立成洞，断面形状稳定，施工难度小，相邻洞室施工期间的相互影响和干扰小时，可以考虑先施工。即独立洞首先形成，然后开挖中间部分形成封闭结构。
3.以大化小，减小跨度原则
若某些隧道首先形成后，可以有效减少后期施工部分的开挖跨度，宜先施工。3.经济合理原则
应尽可能减少临时支护工程量，降低工程造价，使施工更加经济合理。以三跨单层隧道（东四车站）举例说明上述原则。图15为两种不同的开挖顺序，先侧洞后中洞方案（方案一）和先中洞后侧洞方案（方案二）。
形状稳定原则：从图中可以看出,从形成隧道衬砌的形状来看, 方案一两侧洞的衬砌为两边不对称形,且呈楔形状,建成后受侧向荷载的作用不对称,有侧移的倾向；而方案二中洞部分是对称结构，上下荷载平衡，左右荷载平衡，呈稳定的形状。先易后难，互不干扰原则：侧洞法施工虽两侧洞施工互不干扰，但在侧墙衬砌施工中，存在不稳定阶段，有一定难度（方案一）；而中洞法首先施工两个中间立柱，两立柱施工时互不干扰，且各自的施工难度小，当立柱形成后，开挖中间跨时，第一部开挖（4）即可封闭顶部初期支护，二次衬砌也可很快跟进施工，难度小。当开挖至底部时，也可快速封闭。以大化小，减小跨度原则：中洞法首先施作中柱，单洞开挖跨度小，至中间开挖连起来之后，整个稳定的中洞将原本的大隧道进行了分割，余下的侧洞跨度已经减小，施工起来没有问题。经济合理原则：上述两种方案在经济上基本相当。根据采用上述原则的分析，明显看出此断面的隧道采用中洞法较侧洞法具有优势，因此我们将原来推荐的侧洞方案调整至中洞方案。3． 风道与车站交界处（马头门）施工应注意的问题 的情况。本人认为有以下几个方面需要注意：
前面已经谈到形成第一工作面的方式，在目前地铁五号线采用风道开口的车站，都存在开挖断面大、施工工序多、工期紧、风险大（1）开口断面太大，对抬高段隧道衬砌的削弱非常大，隧道整体稳定难以控制。建议开口前首先对马头门进行加强，有条件的应首先完成二次衬砌加强段。
（2）条件的建议先利用小导洞进入车站上半断面施工，化整为零，减小开口断面。（3）开口部位应采用管棚进行超前支护，并用小导管进行注浆。
（4）为充分了解马头门施工时结构的受力、变形状态，确保心中有数，万无一失，应加强施工监测，对钢筋及混凝土应力、变形、收敛、拱顶下沉以及地面沉降进行监测，其监测密度要大，并应及时将信息反馈给各有关单位。（5）开口段容易引起过量的地面沉降，除采取强支护措施外，还应加强衬砌背后的回填注浆工作。（6）应准备应急预案和足够的应急材料。
4． 地面沉降控制
从目前地铁五号线已经施工的各标段地面沉降情况看，多数标段的沉降控制不理想，部分风道在尚未完成开挖和初衬时沉降就已经超过40mm，这与隧道的断面大小及施工方法有关外，最主要的原因还有：
施工方案不妥。选取合理的施工方法和先后次序，可以从源头上使控制沉降成为可能。目前地铁五号线部分暗挖断面大，施工步序多，因此应采用合理的施工方案，控制沉降。施工期间初期支护未能及时封闭。部分施工段，由于上下台阶的长度过长，上半断面又没有临时仰拱，导致较长距离内初期支护不封闭，引起沉降。超前支护（小导管注浆）不到位，流于形式。超前支护是防止隧道拱部土体局部坍塌的重要手段，尤其对于较差的地层，小导管注浆可有效防止地层的流失和坍落。初衬背后注浆填充不够。从现场实际情况看，初期支护喷射混凝土施作后，初衬一般均存在背后空鼓现象，严重者空鼓可达100～150mm，尤其对于开挖后有局部坍落掉块的地方，空隙更大。衬砌背后及时注浆填充可有效防止由此产生的沉降。地质条件差。在含粉细砂的地层，隧道开挖后含水粉细砂随地下水流出，造成地层流失，引起沉降。在上述各因素中衬砌背后注浆不够或不及时是引起沉降的主要因素之一，应加强控制。对于地铁工程施工引起的地面沉降允许值应如何采用，目前业内众说纷纭，但无论车站还是区间，不管断面大小高低均采用30mm的做法是非常不妥的。总体来讲，按照一般的规律，区间隧道采用30mm左右来控制沉降比较现实，车站采用50～60mm控制比较合适。事实上，地面沉降值的控制是一个技术和经济相互平衡的问题，目前的暗挖工法，有条件将沉降控制的更小，但要付出的代价是否值得？因此，应因地制宜的选择控制标准。五.地铁五号线车站暗挖工程的重点和难点问题
除前面提到的一些技术问题外，地铁五号线工程存在许多重点和难点问题，以下简单介绍几个。1． 崇文门站下穿环线地铁区间隧道
崇文门站下穿环线地铁区间隧道的情况见图16示意。五号线崇文门车站在环线地铁区间喇叭口隧道下方穿过，两者之间的结构净距为1.98m，环线地铁对五号线施工引起轨道高差变化要求及其严格，仅5mm。为满足此要求，地铁五号线施工时采取了如下措施：
(1)00mm直径的管幕作为超前支护，并通过注浆管对周围的土体进行注浆；(2)尽快封闭初期支护，并在早期分段跳槽施工二次衬砌环；(3)能够及早起到承载作用的导洞—桩支护体系；(4)期间对既有地铁区间进行全程自动监测；
(5)轨道扣件及时调整隧道施工引起的沉降造成的轨道标高变化。2.东单站上穿复八线地铁区间隧道
单站上穿地铁复八线区间隧道的情况见图17示意。地铁五号线车站底板与复八线区间隧道顶板之间的净距仅0.5m。为确保施工期间对既有区间隧道的影响最小，采取了如下措施：
(1)线区间隧道周围一定范围内的土体进行注浆加固；
(2)索或抗拔桩防止复八线区间隧道在五号线开挖卸载后上台；(3)五号线的车站柱子的排列，确保对复八线的不利作用减小；(4)与崇文门类似的监测方案。3． 东四站下穿朝内菜市场建筑
东四单层暗挖车站隧道在现状的朝内菜市场建筑物下方穿过，东四车站隧道顶部覆土厚度为12.5m，朝内菜市场为三层框架结构，地下有一层地下室，基础形式为柱下筏板基础，基底埋深约6m。为保证隧道施工引起的沉降不破坏建筑物，施工期间采用长管幕进行超前支护和小导管注浆。同时对地面建筑物加强施工监测。六.结语
地铁地下车站 篇3
摘要：地铁车站的施工经常会遇到工期短，任务重，周边环境复杂等的情况，把握主要的施工技术以提高施工质量有着重要的意义。本文以某地铁施工实例展开讨论，阐述了工程概况和工艺流程，介绍了关键工序及安全质量控制，并说明了质量及验收标准，为工程建设目标的实现提供了保障。
关键词：地铁站；地下连续墙；关键工序；质量控制
引言
随着我国经济的不断增长，城市化进程加快，地铁车站的施工项目越来越多。但是在地铁车站的施工中，深基坑地下连续墙施工是重要的一步，是车站施工质量和环境保护等目标实现的保障，如果没做好这一步的施工，将会影响到整个工程的质量。因此如何实施相关的施工技术来提高深基坑施工质量十分关键。下面就结合实例对此进行讨论分析。
1 工程概况和工艺流程
某地铁车站工程围护结构采用地下连续墙，厚度为800mm，分幅长度4～8m，标准段长6m，嵌固深度7.5m，共186幅。墙底主要地层为强风化岩、砂质粘性土。连续墙混凝土采用C35水下混凝土。连续墙施工时设置导墙，导墙高度1.5m，C25钢筋砼结构。连续墙采用工字钢接头，钢筋笼整体制作，两台起重机整体吊装，采用120T履带吊做主吊，50T履带吊做副吊。废浆和钻碴采用泥浆分离机处理后外运。墙体砼采用商品砼，砼运输车运输，双导管法浇筑。施工采用液压成槽机，施工顺序按1、3、5······跳槽施工，在一期连续墙浇筑并达到75%的设计强度后，方可进行相邻连续墙的施工。为加强连续墙的整体性，连续墙顶设置C30钢筋砼冠梁，冠梁高度1.0m，宽度0.8m。第一道支撑采用砼支撑，与冠梁连为一体，砼支撑高度1.0m，宽度0.8m，C30钢筋砼结构。冠梁与第一道砼支撑同时进行施工。
地铁车站围护结构施工顺序大致为：导墙施工→连续墙施工→墙顶冠梁、砼支撑施工。连续墙施工流程详见图1所示。
图1 连续墙施工流程
2 关键工序及安全质量控制
2.1 导墙施工
导墙施工是分段进行的，分段长度是根据模板长度和规范的要求，一般控制在30～50m。地下连续墙宽度800mm，导墙宽度为850mm，大于连续墙设计宽度50mm。导墙施工前，放出导墙中轴线，测量地面标高，对导墙的位置及开挖高度进行交底。开挖导墙沟槽土体时，先采用机械开挖到导墙底面以上20cm，再采用人工开挖到导墙底面，避免超挖。导墙钢筋根据设计图纸尺寸在加工场地制作加工，现场进行钢筋绑扎施工。主筋、箍筋间距及保护层厚度严格按照设计位置布置，箍筋、拉筋与主筋绑扎牢固。混凝土采用C25商品混凝土，采用溜槽送入模内，直径50mm插入式振动棒振捣。混凝土终凝后开始洒水养护，养护时间7d。混凝土强度达到2MPa，且导墙混凝土不掉棱角时拆除导墙模板和支撑。因为基坑开挖时地下连续墙在外侧土压力作用下会内移和变形，为了保证后期基坑结构的净空符合要求，导墙中心轴线外放一般不小于8cm，本工程外放12cm。
2.2 连续墙成槽开挖
（1）标准槽段长度为6m，采用间隔式开挖。在开挖前，技术人员先检查成槽机抓斗是否平行于导墙，抓斗的中心线是否与导墙的中心轴线完全重合。相邻两个槽幅间隔施工。宽窄幅先宽后窄，深浅幅墙先深后浅。同一高度的槽幅按照先挖两边后挖中间的顺序，任一时间，槽内泥浆保持在导墙顶以下不高于50cm。标准槽段采取三序成槽，先挖两边，再挖中间，以防止发生偏移。成槽开挖时，抓斗应闭斗下放，等到开挖时再张开，上、下抓斗时要缓慢进行，避免形成涡流冲刷槽壁，引起坍方，每斗进尺深度控制在0.3m左右，同时在槽孔砼未灌注之前应严禁重型机械在槽孔附近走动，以免产生扰动。
（2）在挖槽中根据成槽机上的垂直度检测仪表显示的成槽垂直度情况，及时调整抓斗的垂直度，确保垂直精度在3‰以上，力争达到2‰以上。确保成槽内泥浆液面高出地下水位0.5m以上，同时泥浆液面也不能低于导墙顶面0.5m，以免发生泥浆供应不足的情况。
（3）本工程连续墙接头采用工字钢，成槽结束后用刷壁器进行接头刷壁处理，施工时用刷壁器对准端部，清除已浇注槽段混凝土上粘附的泥土。槽段的扫孔作业利用槽壁机液压抓斗有序地从一端向另一端进行，抓斗每次移动50cm左右，将槽底的碴土清除干净。上下刷壁的运动次数应不少于10次，直到刷壁器的毛刷面上没有泥为止，确保接头面的新老砼紧密接合。
（4）槽段开挖、扫孔结束之后，检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度，这些情况符合要求后才可以进行清槽换浆。用测锤实测槽段两端的位置，两端实测位置线与槽段分幅线之间的偏差就是槽段平面位置偏差，允许偏差为30mm。对于槽段深度检测，用测锤实测槽段左中右三个位置的槽底深度，三个位置的平均深度就是該槽段的深度，要求深度不小于设计深度。
2.3 泥浆制作
（1）泥浆应于开槽前24h制备。采用钠基膨润土拌制泥浆，使用前应进行泥浆配合比试验，以确定最优配合比。
（2）施工中用的泥浆，采用3PNL泥浆泵泵送，泥浆临时搅拌及近距离传送采用4WPL泥浆泵，泥浆输送管道采用消防水笼带。泥浆输送管道过路输送到中间交叉口位置施工区采用道路中间开槽埋管的方式，槽体尺寸是60cm×50cm。施工期间，当在容易产生泥浆渗漏的土层中施工时，可以适当提高泥浆的粘度（可掺入适量的羧甲基～纤维素），增加泥浆的储备量，并且准备好堵漏材料。以便在泥浆渗漏时及时堵漏和补浆，这样可以使槽内泥浆液面保持正常的高度。
（3）用振动筛和旋流器对泥浆进行再生处理，以便净化回收重复使用。通过振动筛强力振动除去较大土渣，剩下的一些细小砂粒在旋流器的作用下，沉落排渣。经过净化处理后，用化学调浆法调整它的性能指标，制成再生泥浆，重复使用。
（4）对于那些无法再回收使用的劣质泥浆，经过三级沉淀进行泥水分离后，水排入下水道，泥渣采用罐车封闭运输，并按照环卫部要求排放到指定的地点。
2.4 清槽
（1）清槽方法采用泥浆泵反循环法进行。为了确保槽段混凝土与槽底紧密结合，开始时利用循环泥浆进行清碴，直至清碴达到要求后改用优质泥浆进行置换。泥浆补给要及时，槽内泥浆液面控制在导墙之下50cm，并高出地下水位0.5m，以防造成槽壁塌落。
（2）为了防止挖槽过程中槽壁坍塌，施工中应采用大比重泥浆。施工结束后，用小比重泥浆来替换掉槽内的大比重泥浆，使槽内泥浆比重降低至1.15，并保持槽内泥浆均匀，以于混凝土灌注；清碴处理后槽底沉碴不得厚于100mm。清渣一般在钢筋笼安装前进行，在混凝土浇注前，再测定一次槽底沉碴厚度，如不符合要求，再清槽一次。
2.5 钢筋笼制作、安装
为了确保钢筋笼的几何尺寸和相对位置正确，钢筋加工在平台上放样成型。钢筋笼加工平台采用100mm的槽钢焊成平面框架结构，其纵横垂直，周正水平，整体稳固。钢筋间距符合规范和设计的要求。每加工3幅后对平台进行一次测量，检查其平整度不得超过1cm。平台的长度、宽度依据本车站连续墙最大设计尺寸设计。根据施工场地范围、大小和进度要求，钢筋笼制作平台设3个，每个区内设1个。
2.6 接头工字钢施工
深圳地铁地下车站公共区冷负荷计算 篇4
碧海站是深圳地铁11号线的第8座车站,为地下标准岛式车站,车站通风空调系统采用屏蔽门制式,站厅层设计温度30℃,站台层设计温度28℃。地下车站的负荷不受外界环境的影响,不需要考虑建筑物围护结构对负荷的影响,其主要来源于车站的人员、设备、车站与隧道区间的热交换、车站与出入口之间的热交换等。
1 人员散热
1.1 人员数量的确定
人员数量确定的基本依据是客流资料,需将客流资料折合成同时出现在站厅、站台的人数,一般来说远期晚高峰小时客流量为最大客流,通常作为人员计算的依据。但由于近期的行车对数较低,往往出现近期人员高于远期的情况,因此对近期人员也要进行校核。一般远期高峰小时的上下车客流已经包含了换乘客流,碧海站远期晚高峰小时客流量见表1。
人次/h
1.1.1 人员停留时间
一般乘客在车站内逗留时间按以下数据计算:上车乘客站厅逗留时间2.0 min,在站台逗留时间为一个行车间隔;下车乘客在车站逗留时间3.0 min(其中站厅逗留时间1.5 min,站台逗留时间1.5 min)。换乘站换乘乘客在上车站台逗留时间为一个行车间隔,在下车站台或站厅停留时间为1.5 min,当通过站厅等其他换乘空间换乘时,尚需考虑在其他换乘空间停留1.5 min。由于换乘形式复杂多样,需根据具体情况确定。碧海站站厅、站台停留时间见表2。
1.1.2 超高峰系数
超高峰系数是指车站高峰小时乘降量中最大15 min乘客乘降量占高峰小时乘降量的比值,因此在人员计算时,需对高峰小时人数进行附加。这个值是根据城市出行特征及既有条件等因素确定,各线取值不同。一般按照客流专业提供的数据选取,没有相关资料可根据《地铁设计规范》9.1.3规定,按1.1—1.4选取[1]。换乘站、商业中心、短期会发生大客流的车站(如体育场馆等)取上限,一般车站取下限。
注:11号线远期高峰小时行车间隔2.5 min。
1.1.3 人员数量
人数=(客流/60)×停留时间×超高峰系数[2],碧海站人数计算见表3。
1.2 人员散热量
式中:q为不同室温和劳动性质时成年男子的散热量;N为室内全部人数;n'为群集系数,地铁车站取1。碧海站单位人员散热、散湿统计见表4。
2 车站设备冷负荷
设备的冷负荷主要由照明、电梯、扶梯、售检票设备、屏蔽门设备等散热构成,各设备系统应提供设备发热量供计算使用,当缺乏数据时,可参考以下数据进行计算。
(1)自动扶梯散热量(50 Hz)见表5。
(2)机房垂直电梯主机散热量:3 500 W/台。
(3)照明灯具:20 W/m2车站、5 k W/km区间隧道(LED照明应根据功率折减)。
(4)广告牌:大型720 W/台、小型320 W/台(LED照明应根据功率折减)。
人
注:该站超高峰系数为1.25。
(5)导向牌、指示牌:100 W/块。
(6)屏蔽门电机发热量:11 k W/两侧。
(7)自动售货机:2 500 W/台(有制冷功能)。
(8)自动售检票设备中,进/出闸机为550 W/台、自动售票机为1 200 W/台、验票机为130 W/台、ATM柜员机为400 W/台。
3 车站与隧道区间的热交换
3.1 轨顶及轨底风道传热
轨顶风道与站厅层地面及站台层公共区相邻,设计应考虑其向站厅、站台的散热量。轨底风道只需计算风道顶板向站台层的传热,计算方法同轨顶风道[3]。
3.1.1 轨顶(底)风道温度
列车进站时,由于列车冷凝器散热,使车站隧道温度升高,此时的排风温度按照38℃考虑,列车驶离后的车站区间温度按照SES系统模拟计算结果取值,根据列车的停站时间计算轨顶(底)风道内平均温度。
例如:行车对数30对,停站时间30 s,则每小时停站15 min,计算温度38℃,其余45 min计算温度33℃(按照SES系统模拟计算结果取值),计算平均温度为34.25℃。
3.1.2 传热系数
式中:Rn为内表面换热热阻,取0.036 m2·K/W(考虑到风道内风速较高,内表面换热热阻参照建筑室外选取);Rw为外表面换热热阻,取0.110 m2·K/W(参照建筑室内选取);δ为围护结构厚度,m;λ为围护结构导热系数,W/(m2·K);K为传热系数,W/(m2·K)。碧海站风道传热系数见表6。
3.1.3 传热量
式中:Q为传热量,W;F为传热面积,m2;Δt为风道两侧温差,℃。
3.2 屏蔽门传热
屏蔽门采用8 m m无色钢化玻璃,传热系数按照5.83 W/(m2·K)计算,车站隧道温度按照SES系统模拟计算结果取值。
屏蔽门高度可近似按轨顶风道下全部高度计算(约3.5 m),含屏蔽玻璃(2 m)、门机、部分风道侧墙下沿的混凝土。
3.3 隧道进风冷负荷
当列车进站时,屏蔽门开启,车站与区间形成空气对流。广州、深圳等地的测试表明,在列车进站的惯性作用下,在屏蔽门尾部,部分隧道空气涌入车站;同时,由于轨排风机的作用,更多的空气由车站进入隧道,进出的差值即屏蔽门漏风量。大部分研究结果表明:6辆编组车站在屏蔽门开启时,区间隧道进入车站的风量约1 m3/s;停站时间30 s,30对/h车站,折合到一小时的平均进风量0.25 m3/s;屏蔽门净漏风量数值约为30 m3/s,对于停站时间30 s,30对/h车站,折合到一小时的平均漏风量为7.5 m3/s。
由于隧道温度高于车站,由隧道进入车站的空气造成的冷负荷即隧道进风冷负荷。
式中:G为风量,m3/s;ρ为空气密度,取1.2 kg/m3;iw为室外空气焓值,k J/kg;in为室内空气焓值,k J/kg。
按照隧道空气温度3 8℃、相对湿度9 0%,站台空气温度28℃、相对湿度55%考虑,该冷负荷为Q=0.25×1.2×(138-62)=23 k W。
4 车站与出入口间的热交换
渗透风冷负荷是指由出入口进入车站的渗透风量造成的冷负荷,当新风机的新风量大于等于屏蔽门漏风量时,该负荷按4.1章节计算,反之,按照4.2章节计算,两项不重复计算。
4.1 正常情况出入口渗透冷负荷
车站出入口渗透风的热量为0.2 k W/m2,面积按照出入口实际面积计算。
4.2 自然进风冷负荷
当屏蔽门漏风量大于新风机风量时,列车进站停车会造成车站短时间出现负压,使得空气由出入口补充进入车站,造成自然进风负荷。这部分不同于新风机新风负荷,需要放在车站冷负荷内一并考虑,建议按照站厅60%、站台40%的比例分别分摊至站厅、站台负荷内。
(1)自然进风量=屏蔽门漏风量-新风机新风量。
(2)自然进风负荷。
4.2.1 确定室内外计算参数
室内空气状态点为站厅、站台混合后空气状态,按照空气温度29℃、相对湿度55%设置。碧海站室内外空气状态参数见表7。
4.2.2 计算冷负荷
为便于进行下一步风量计算,分别计算显热和全热负荷。
式中:G为自然进风量,m3/s;ρ为空气密度,取1.2 kg/m3;iw为室外空气焓值,k J/kg;in为室内空气焓值,k J/kg;dw为室外空气含湿量,g/k g;dn为室内空气含湿量,g/kg干;d为散湿量,g/s。
4.2.3 碧海站算例
碧海站屏蔽门漏风量7.5 m3/s,新风机风量7.6 m3/s,不再考虑自然进风负荷。当有自然进风负荷时,可按表8进行统计,并记录于表9。
5 湿负荷
车站湿负荷主要由人员、屏蔽门渗透风、出入口渗透风、围护结构壁面产湿量构成。其中人员及渗透风产生的湿负荷在上述章节已经述及,围护结构壁面产湿量按2 g/(m2·h)计。
6 冷负荷及湿负荷汇总
汇总站厅站台热、湿负荷,形成冷负荷汇总表。为方便下阶段利用温差计算风量,一般将显冷负荷单独统计。碧海站车站冷负荷汇总见表9。
7 结束语
近年来全国地铁建设蓬勃发展,与之不相匹配的是地铁暖通空调设计并没有形成完整的计算体系,造成设计水平参差不齐的粗放型现状。以深圳地铁碧海站为例对地铁空调系统冷负荷计算进行了梳理,列出常用的经验数据,供设计人员参考,对需要注意的各个环节予以说明,为同类工程设计提供参考。
摘要：冷负荷计算是空调设计的前提和基础,地铁车站作为一类特殊的建筑形式,其考虑因素、计算方法与一般民用及公共建筑不同。由于地铁行业尚未制定专业设计手册,地铁冷负荷计算无规范和标准可遵循,导致设计人员在工作中十分迷茫和困惑。以深圳地铁11号线碧海站为例,论述地下车站屏蔽门系统公共区冷负荷计算的方法和过程,包括冷负荷组成、考虑因素、参数选取及确定等,为同类工程设计提供参考。
关键词：屏蔽门,客流,换乘客流,冷负荷,超高峰系数,传热,渗透冷负荷
参考文献
[1]GB 50157—2003地铁设计规范[S].
[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2008.
地铁车站的施工方法 篇5
关键词：地铁车站；施工方法；施工流程；优缺点；适用条件
伴随着我国社会主义经济建设的迅猛发展与综合国力的增强，城市的规模也不断的增大，城市人口流量还在增加、再加上机动车辆呈现逐年上涨的趋势，交通状况不断恶化。为了改善交通环境，采取了各种措施，其中兴建地下铁道得到了普遍的认可，如最近几年在北京、广州、深圳等城市便兴建了大量的地下铁道。由于在城市中修建地下铁道，其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地质、环境保护、施工机具以及资金条件等因素的影响较大，因此各自所采用的施工方法也不尽相同。下面将就城市地下铁道施工方法分别加以介绍。施工方法的选择应根据工程的性质、规模、地质和水文条件、以及地面和地下障碍物、施丁设备、环保和工期要求等因素，经全面的技术经济比较后确定。
1、明挖法
明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状十的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。
明挖法施工程序一般可以分为4大步：维护结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土，如图1.上海地铁M8线黄兴路地铁车站位于上海市控江路、靖宇路交叉口东侧的控江路中心线下。该车站为地下2层岛式车站，长166.6 m，标准段宽17.2 m，南、北端头井宽21.4 m.标准段为单柱双跨钢筋混凝土结构，端头井部分为双柱双跨结构，共有2个风井及3个出人口。车站主体采用地下连续墙作为基坑的维护结构，地下连续墙在标准段深26.8m.墙体厚0.6m.车站出人口、风井采用SMW桩作为基坑的维护结构。
2、盖挖法
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。
在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。2.1盖挖顺作法
盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。施工顺序如图2.在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。
工程实例：深圳地铁一期工程华强路站位于深圳市最繁华的深南中路与华强路交叉口西侧，深南中路行车道下。该地区市政道路密集，车流量大，最高车流量达3865辆/h.车站主体为单柱双层双跨结构，车站全长224.3 m，标准断面宽18.9 m，基坑深约18.9 m，西端盾构并处宽22.5 m，基坑深约18.7 m.南侧绿地内东西端各布置一个风道。主体结构施工工期为2年，其中围护结构及临时路面施工期为7个月。为保证深南中路在地铁站施工期间的正常行车，该路段主体结构施工采用盖挖顺作法施工方案。
2.2 盖挖逆作法
盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板，如图3.如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。
工程实例：南京地铁南北线一期工程的区间隧道在地质条件和周围环境允许的情况下，以造价、工期、安全为目标，经过分析、比较，选择了全线区间施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉细砂、淤泥质粘土土层中。因为是第1个车站，又位于十字路口，因此采用地下连续墙作围护结构。除人口结构采用顺作法外，其余均为盖挖逆作法。
2.3 盖挖半逆作法
盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力，如图4.3、暗挖法暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工力一法。暗挖法主要包括：钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛，因此，本文着重介绍这两种方法。3.1浅埋暗挖法（浅埋矿山法）
浅埋暗挖法即松散地层的新奥法施工，新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的，如深圳地铁区间隧道大部分采用了浅埋暗挖法施工。
浅埋暗挖法的施工技术特点：围岩变形波及地表；要求刚性支护或地层改良；通过试验段来指导设计和施工。
浅埋暗挖法施工隧道时，应根据工程特点、围岩情况、环境要求以及施工单位的自身条件等，选择适宜的开挖方法及掘进方式。施工中区间隧道常用的开挖方法是台阶法、CRD工法、眼镜工法等；城市地铁车站、地下停车场等多跨隧道多采用柱洞法测洞法或中洞法等工法施工。
地下铁道是在城市区域内施工，对地表沉降的控制要求比较严格，所以更要强调地层的预支护和预加固，所采用的施工方法有超前小导管预注浆、开挖面深孔注浆、管棚超前支护。浅埋暗挖法的施工工艺可以概括为“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18个字，其工艺流程见图5.工程实例：北京地铁东单车站东南风道与车站主体结构正交，北侧在长安街下，中部及南侧穿过居民区，风道全长43.4 m.采用浅埋暗挖洞桩法施工，在基本维持环境原状条件的情况下从地面居民生活区和人防设施下面顺利通过。
3.2盾构法
修建地铁随道盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（shield）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构法施工工艺见下图6所示。
按盾构断面形状不同可将其分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形4种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛；按开挖方式不同可将盾构分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种；按盾构前部构造不同可将盾构分为：敞胸式和闭胸式2种；按排除地下水与稳定开挖面的方式不同可将盾构分为：人工井点降水、泥水加压、土压平衡式，局部气压盾构，全气压盾构等。盾构法的主要优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施T易于管理，施工人员也比较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。
工程实例：北京地铁五号线即采用了盾构法施工地铁五号线是一条贯穿北京市中心的南北向地下交通大动脉。南起丰台区宋家庄，向北经蒲黄榆、祟文门、东单、东
四、雍和宫止于昌平区太平庄北站，全长27.7 km.由于该路段地上大型建筑物密集，交通流量大，地下管网复杂，为减少对城市经济和市民生活的影响，经专家论证，决定在雍和宫至北新桥约700 m长的试验段率先采用盾构施工方法。该盾构为大直径土压平衡盾构机。
4、沉管法
沉管法是将隧道管段分段预制，分段两端设临时止水头部，然后浮运至隧道轴线处，沉放在预先挖好的地槽内，完成管段间的水下连接，移去临时止水头部，回填基槽保护沉管，铺设隧道内部设施，从而形成一个完整的水下通道。
沉管隧道对地基要求较低，特别适用于软土地基、河床或海岸较浅，易于水上疏浚设施进行基槽开外的工程特点。由于其埋深小，包括连接段在内的隧道线路总长较采用暗挖法和盾构法修建的隧道明显缩短。沉管断面形状可圆可方，选择灵活。基槽开挖、管段预制、浮运沉放和内部铺装等各工序可平行作业，彼此干扰相对较少，并且管段预制质量容易控制。基于上述的优点，在大江、大河等宽阔水域下构筑隧道，沉管法称为最经济的水下穿越方案。
按照管身材料，沉管隧道可分为2类：钢壳沉管隧道（有可分为单层钢壳隧道和双层钢壳隧道）和钢筋馄凝土沉管隧道。钢壳沉管隧道在北美采用的较多，而钢筋混凝土沉管隧道则在欧亚采用较多。
沉管隧道施工主要工序：管节预制→基槽开挖→管段浮运和沉放→对接作业→内部装饰。
上程实例：广一州珠江隧道是我国第一条公路与地铁合用的越江隧道，公路隧道全长1 238.5 m.河中段隧道埋置在河床下。不影响水面通航，河中沉管段全长457 m.该沉管为多孔矩形钢筋混凝土结构，其中包括两个双车道机动车孔、一个地铁孔、一个电缆管廊。沉管断面为典型矩形断面，外形尺寸为33 mx7.956 m（宽x高），底板厚1.2 m、顶板厚1.0 m，两外侧墙分别为0.7 m和0.55 m、最长管节的混凝土量达12 000砰。管段的基底坐落在河床的风化花岗岩层上。开槽时采用了炸礁施工。基础处理采用灌砂法。
5、混合法
可以根据地铁隧道的实际情况，在地铁隧道的施工过程中采用以上2种或2种以上的方法同时使用，称其为混合法。
工程实例：北京地铁东四站位于朝阳门内大街与东四南大街交叉日上，处于繁华的市中心，有多路公交车经过。车站主体顺东四南大街，呈南北走向，东四南大街规划道路红线宽70 m，现状路宽为22 m，朝内大街已改造完，道路红线宽60 m，两方向客流均衡，交通十分繁忙；且远期六号线顺朝内大街，呈东西走向，在此站换乘。本车站两端为明挖段，结构形式为3层三跨框架结构；中间为暗挖段，结构形式为单层三拱两柱结构。车站总长度197 m，暗挖段长为96.80 m，明挖段长为100.20m。
6、结束语
地铁车站大客流组织探讨 篇6
关键词：地铁；轨道；客流量
1 大客流定义、分类及特点
1.1 大客流定义
大客流是指在某一时段集中达到的、客流量超过车站正常客运设施或客运组织措施所能承担流量的客流，会对车站正常运营造成很大的影响。
1.2 大客流分类及特点
大客流根据其产生的原因可分为可预测性大客流和不可预测性大客流。
可预测性大客流可分为早晚通勤大客流、大型活动大客流、节假日大客流。早晚通勤大客流具有一定规律性，住宅、商业、办公区的车站会在早晚高峰时客流量加大。大型活动大客流是指地铁沿线附近举行的大型活动结束后，在短时间内会有大批的乘客涌入附近的地铁站，对活动场所附近车站影响较大。节假日大客流是以旅游、购物为主，大批游客的到来以及市民在节假日期间出行会使地铁客流大幅上升，尤其是位于交通枢纽、商业区及旅游景点附近的车站。
不可预测性客流是至车站周边临时大型活动，天气突变，突发事件等引起大客流，没有规律性，大客流规模、持续时间都是无法预测的。
2 影响地铁车站客流组织的因素
2.1 售检票设备能力
实现具体售检票业务操作。售自助检票终端设备的数量、布局及服务能力直接影响着车站客流组织的效率。通过增加售检票终端设备的数量，合理布局自助售检票设备的位置，减少出现故障的概率，提高自助售检票终端设备的能力，应对大客流组织的需要。
2.2 车站乘降设备的能力
楼梯、自动扶梯的数量和位置是根据设计阶段客流预测的客流量确定的，楼梯、扶梯的位置和数量对车站客流组织有一定的影响。车站发生大客流时一方面要在楼扶梯口进行疏导，一方面可根据客流组织的需要改变自动扶梯的运行方向来达到管制客流的目的。
2.3 列车运能
列车运能的主要受行车间隔、列车载客量、列车编组数的影响。对于可预测性大客流使用专门的运行图及时刻表，缩短行车间隔，增加运能。对于突发性大客流可采取列车调整，临时加开列车增加运能。
3 客流组织的基本原则
客运组织遵循“能疏导，不控制”的原则，以安全、及时、有效为宗旨。各车站根据本站的客流特点和设备设施情况，制定相应的客流组织方案，通过充分利用车站设备设施，尽量使进、出站客流不交叉，确保客流顺畅。
车站实施客流控制时，优先控制进站客流、再控制换成客流，现场遵循由下至上、由内至外的原则。
4 大客流情况下的基本组织策略
4.1 客流控制
4.1.1 站控 站控为单个车站执行客流控制。主控站本站出现大客流或本线连续多个区段满载率偏高时，采取客流控制措施限制主控站及本线辅控站进站乘客人数，均衡各站进站客流，缓解主控站或高满载率区段客流压力的客运组织行为。
车站按照客流组织方法和本站客流组织预案，结合站台容量、排队候车乘客的长度、15分钟进出闸人数等参考指标，采取客流控制措施，保证进站、购票、出入闸以及站台上下车客流组织的安全、有序，通知公安和保安维持现场乘客秩序。车站大客流分为三级控制措施。
第一级客流控制：当站台候车乘客超过整个站台面积的2/3时。控制点在站厅和付费区的扶梯，主要的控制措施为：在付费区设置回形线路，在站台与站厅的扶梯或楼梯连接处设置控制点、改变扶梯的走向、引导乘客走楼梯等。主要目的：减缓乘客到达站台速度和减少站台乘客数量。
第二级客流控制：当付费区乘客超过整个付费区面积的2/3时。控制点在入闸机、主要措施为：关闭一些进闸机限制客流量。在进闸机处摆放铁马让乘客分批进闸。在非付费区设置回形线路等。主要目的：减缓乘客进入付费区速度和减少付费区乘客数量。
第三级客流控制：非付费区乘客超过整个非付费区面积的2/3时。控制点在出入口处。主要措施为：在出入口设置铁马限制乘客进站。如在出入口外摆放回行阵等。主要目的：减慢乘客进站速度和减少车站乘客数量。
4.1.2 线控 实施单线级客流联控仍无法缓解客流压力时，本线其他辅控车站通过客流控制措施限制进站乘客人数，缓解主控站客流压力的客运组织行为。
4.1.3 网控 经采取线控措施后，客流无法缓解且有增大趋势，启动邻线辅控站客流控制。
4.2 与公交衔接，分散客流，高峰短线、缓解压力
加强和地面公交的衔接，错峰出行和分散主干线路的客流。在高峰期视情况灵活投放备用列车上线，采取“高峰短线”的方法缓解高峰客运组织压力。针对客流分布不均的线路，采取具有针对性的运输组织措施，实行“不均衡运输组织”。
4.3 宣传引导乘客合理出行
提升客运组织效率，培养乘客文明乘车。通过利用广播、报纸、官方网站、微博、微信等媒介，搭建快速地铁客运信息发布体系，引导市民合理选择出行路径，有效避开高峰时段和客流密集的线路。通过交通电台、电视以及短信通知服务实时发布地铁应急客运组织信息，引导乘客合理选择交通工具出行。
5 结语
随着地铁线路的增加，线网客流量越来越大，地铁各车站的客运压力越来越大，日后的客流状况会越来越复杂，地铁工作人员及研究人员需积极加强对客流组织的研究，确保线网面对大客流是能后安全、有序、顺畅地进行客流疏导。
参考文献：
[1]王纪芳.广州地铁线网车站大客流控制策略，2012（09）.
地铁地下车站 篇7
目前, 全国很多大城市都有多条同时开工建设的轨道交通线路。地铁车站基坑一般开挖较深, 为了减小基坑开挖对周围环境的影响, 基坑的围护结构一般选用具有墙体刚度大、整体性强、可逆作法施工等优点的地下连续墙。然而地连墙有它自身的缺点和尚待完善的方面, 其中槽壁坍塌问题是一个必须引起重视的问题。造成槽壁坍塌的原因很多:地下水位急剧上升、护壁泥浆液面急剧下降、含有软弱疏松或砂性夹层、泥浆的性质不当或者已经变质等。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超过允许的界限, 重则引起相邻地面沉降、坍塌, 危害邻近建筑和地下管线的安全[1]。因此对地连墙槽壁稳定性进行分析具有重要的研究意义。由于槽壁稳定的机理十分复杂, 至今仍无明确定论, 三维分析法更能反映槽壁失稳的真实破坏情况, 因而得到了广泛的重视和应用。目前分析泥浆槽壁稳定的三维分析方法较多, 常用的破坏体模型[2]有抛物线柱体、半圆柱体、楔形体等模型。由于不同模型的假设条件不同, 得到的结果也不同。
1 影响槽壁稳定的因素
地下连续墙槽壁稳定性受到土层地质特性、护壁泥浆性能以及泥浆液面超高等多种因素综合影响[3,4]。
1.1 土层地质条件
毫无疑问, 地基土的抗剪强度指标是影响开挖稳定性的主要因素之一。此外, 土的密实度对稳定也有影响。不同土层条件下成槽过程中的稳定性特征不同, 如地下水位、土体的渗透性等, 均对槽壁稳定有相当影响, 特别是地下水位高低影响更为突出。地下水位高低的影响主要在于地下水与槽内水之间的压差, 压差是泥皮形成和高分子渗入胶结深度的主要因素, 泥皮形成和高分子渗入胶结所形成的胶结作用又是槽壁稳定的重要因素。因此, 地下水位的高低直接关系着槽壁的稳定, 压差小, 则泥皮不容易形成, 高分子也不容易渗入到土体内, 形成的胶结作用很弱, 不利于槽壁的稳定。
1.2 护壁泥浆性能
泥浆具有一定的重度, 将会对槽壁产生静水压力, 可有效抵抗槽壁上水平土压力和水压力, 形成槽段内的液体支撑, 从而防止槽壁坍塌和剥落。泥浆重度与槽壁稳定呈正趋势关系, 泥浆重度越大, 护壁作用越强, 槽壁就越稳定。
1.3 泥浆液面超高
如果泥浆重度过高, 将会影响泥浆的泵送循环和泥土分离。因此, 在泥浆重度达到优化值而不能继续提高以增大槽壁稳定性时, 可通过泥浆液面超高来实现护壁泥浆的高内撑压力。
1.4 施工单元槽段的划分
单元槽段的长度决定基槽的长深比, 而长深比的大小影响土拱作用的发挥, 而土拱作用影响土压力的大小, 一般长深比越大, 土拱作用越小, 槽壁越不稳定。
2 泥浆槽壁稳定性分析
2.1 基本假设
1) 土体为各向同性的均质体;2) 滑裂体为刚性体且不考虑内部变形;3) 滑动面为倾斜的平面。
2.2 模型建立
假设槽壁的破坏体为一具有倾斜滑动面的半椭圆形, 滑动面与水平面成α角, 椭圆形的开口朝向泥浆槽, 开口宽度等于泥浆槽段长度为l, 抛物线顶点到泥浆槽壁的距离为b, 槽深为h, 见图1。
滑动面在XOY面的投影方程为:
以下是半椭圆柱体模型的几何参数的求解步序。
1) 地下水位以上破坏体体积为:
2) 滑动面DC下的体积:
3) 地下水位以下的破坏体体积为:
4) 滑裂体侧面积:
为了计算简便, 滑裂体的侧面积取相应的三棱柱的侧面积, 如图3所示。
S侧
5) 滑裂体底面积:
S底
其中, b为破坏体厚度, m;h为破坏体高度, m;l为泥浆槽段长度, m;hw为地下水位到破坏体底部的高度, m;α为滑动面与水平面的夹角, (°) 。
2.3 受力分析
破坏体所受的力包括:自重W, 破坏体范围内的地面荷载P, 侧面粘聚力C侧, 滑动面上的抗剪力Ps以及滑动面法向反力N等。各力的示意见图3。
1) 破坏体自重W。
地下水位以上的土虽然处于毛细状态, 但是仍按照天然重度算。地下水位以下土的重度取有效重度。
W=Vuγ+VD (γ-γw) (7)
其中, γ为地基土的重度, kN/m3;γw为地下水的重度, kN/m3。
2) 滑裂体的侧向粘聚力C侧。
C侧=cS侧 (8)
3) 护壁泥浆压力Pf。
泥浆具有一定的重度, 泥浆在槽内将对槽壁产生一定的静水压力, 可抵抗作用在槽壁上的侧土压力和水压力, 相当于一种液体支撑, 可防止槽壁坍塌和剥落。泥浆的护壁作用首先表现为泥浆的静水压力作用, 但泥浆是具有触变性的特殊流体材料, 对维持槽壁稳定起到维持静态液压的作用[5]。根据Bishop推出的结果, 对于深槽泥浆护壁泥浆压力为:
其中, hf为泥浆液面到破坏体底部的高度, m。
4) 地下水压力Pw。
采用传统的“水土分算”方法, 将地下水单独抽出来作为外荷载施加于滑裂体上, 由于挖槽施工过程较短, 所以不考虑渗流力作用。
5) 滑动面法向反力N。由滑动面法线方向力的平衡方程可得:
N= (W+P-C侧) cosα+ (Pf-Pw) sinα (11)
6) 滑动面抗剪力Ps。滑动面的抗剪力为滑动面摩擦力与粘聚力之和, 即:
Ps=Ntanφ+cS底 (12)
其中, γf为泥浆重度, kN/m3;c为土体单位面积粘聚力, kN/m2;cf为泥浆单位面积粘聚力, kN/m2。
2.4 槽壁稳定安全系数
槽壁稳定性的安全系数可以表示为[7]:
Fs=Ff/F (13)
其中, Fs为槽壁的整体稳定安全系数;Ff为滑动面土的抗剪力;F为平衡滑动体需要的滑动边界上的剪力。根据以上推导可得滑动面土体的抗剪力:
Ff= (Pf-Pw) cosα+Ps (14)
滑动体的下滑力:
F= (W+P-C侧) sinα (15)
将式 (14) , 式 (15) 代入式 (13) , 可得槽壁稳定性的安全系数:
2.5 泥浆最小重度
取Fs=1, 将各力的表达式代入式 (16) 得到泥浆最小重度:
2.6 算例分析
取文献[2]的算例:地下墙深度37.5 m, 地基土平均重度γ=18 kN/m3, 粘聚力c=10.7 kPa, 内摩擦角φ=23°, 地下水标高hw=3.19 m, 地面超载q=40 kN/m2。计算中固定开挖槽段的长度为6 m及滑动体的高度为地连墙深度37.5 m。将已知值代入式 (17) , 得到当破坏体厚度b=4.2 m, 滑动面倾角α=58.3°时, 最小泥浆重度γf=8.832。
3 槽壁稳定措施
为防止地下连续墙的槽壁失稳影响周围环境的安全, 可采用以下措施:1) 加固槽壁土体;2) 减小槽幅长度;3) 抬高泥浆液面或降水以加大墙槽内外的液面高差;4) 适量提高泥浆比重。
4 结语
1) 本文对影响槽壁稳定性的主要因素进行了分析并提出了防治地下连续墙槽壁失稳的一系列具体措施。2) 文中对槽壁整体稳定性进行滑动体受力平衡分析并导出槽壁稳定性安全系数和最小泥浆重度的计算公式, 可供设计时参考。
摘要：基于极限平衡理论, 对槽壁整体稳定性进行了滑动体受力平衡分析, 并导出了槽壁稳定安全系数和最小泥浆重度的计算公式, 最后提出了控制槽壁稳定的一系列具体措施, 从而确保地下连续墙槽壁稳定性。
关键词：地下连续墙,泥浆护壁,影响因素
参考文献
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[2]张厚美, 夏明耀.地下连续墙泥浆槽壁稳定的三维分析[J].土木工程学报, 2000 (2) :73-76.
[3]雷国辉, 王轩, 雷国刚.泥浆护壁开挖稳定性的影响因素及失稳机理综述[J].水利水电科技进展, 2006, 26 (1) :82-86.
[4]郑玉辉.地下连续墙槽壁稳定的研究[J].岩土工程技术, 2007, 21 (1) :36-39.
[5]李超.地连墙槽壁稳定性三维模型的改进[J].岩土工程技术, 2004, 18 (5) :230-234.
[6]陆震栓, 祝国荣.地下连续墙的理论与实践[M].北京:中国铁道出版社, 1985.
地铁地下车站 篇8
1 车站设计概况
某车站为地下三层岛式车站, 主体结构总长148m, 标准段宽度19.7m。
1.1 工程地质及水文地质
车站主体结构基坑开挖深度范围内涉及的地层为: (1) 3冲填土、 (2) 3-2细砂、 (2) 4中砂、 (2) 5粗砂、 (2) 6砾砂、 (2) 7圆砾、 (5) 1-2中风化泥质粉砂岩、 (5) 2-2中风化砂砾岩。基坑场地范围内分布的细砂, 中砂及各种砂层均为强渗透性。
1.2 围护结构设计
某车站主体基坑围护结构均采用800mm厚地下墙+墙间两根三管旋喷止水桩, 三管旋喷止水桩进入中风化0.5米, 地连墙接头形式为锁口管。连续墙成槽深度标准段28.6米, 端头井深度30.6米, 基岩开挖深度2.5米~3米, 端头井段开挖深度25.1米, 基岩开挖深度4~4.5米。
车站地下连续墙标准幅长6m, 深26.8m, 端头井地下连续墙深28.3~29.5m。地下连续墙砼强度等级为水下C35。连续墙0~20m为砂质地层, 20~30m为中风化泥质砂岩。三重管高压旋喷止水加固, 桩端嵌岩0.5m, 相邻桩桩心距0.5m, 桩心距连续墙边线0.3m。施工采用地质钻机引孔, 高压三管旋喷机成桩。
2 地下连续墙渗漏的主要部位
车站基坑开挖自进入基岩面后, 多条连续墙接缝出现渗漏水现象, 渗漏水的部位多集中于地下20m以下, 基岩与砂层交界面上或基岩下的连续墙接缝部位, 渗漏水均为清水, 分滴漏、线漏和柱状漏水, 水量较大的渗漏水点平均出水量5m3/d, 基坑单日渗漏水量100m~300m3。
3 地下连续墙渗漏的原因分析
通过对车站深基坑地下连续墙的渗漏水部位及色泽分析, 其原因主要有以下几个方面: (1) 部分渗漏地连墙所用混凝土流动性和和易性差, 在浇筑过程中混凝土受钢筋约束, 导致距离导管较远的墙缝位置混凝土离析, 密实度差, 引起墙缝处混凝土不密实, 产生缝隙, 从而发生渗漏; (2) 墙缝接头存在夹泥或淤积物, 在较大的水头压力下, 夹泥就会失去稳定, 在墙缝形成集中渗漏通道, 从而出现渗漏。因此, 墙体接缝的夹泥是造成地下连续墙渗漏的主要原因。产生墙缝夹泥的主要原因有: (1) 孔底部的淤积物是墙体及墙缝夹泥的主要来源。混凝土下料浇注时冲击力大, 混凝土将导管下的淤积物冲起, 部分悬浮于泥浆中, 部分掺混于混凝土中, 处于导管附近的淤积物易被混凝土挤推至远离导管的端部。悬浮于泥浆中的淤积物, 随混凝土浇筑时间的延长, 又沉淀下来落在混凝土表面上当为多根导管浇筑时, 除了端部接缝处夹泥外, 导管间混凝土分界面也可能夹泥。 (2) 进行刷壁工序时, 先行施工锁口管接头内侧的夹泥和绕流混凝土未清理干净。 (3) 基坑位于富水砂层中, 地下水位高, 基坑开挖深度深, 开挖恰逢雨季, 近期连续降雨造成水位上涨, 基坑内、外侧水压大, 易造成渗漏; (4) 基坑连续墙间采用三管旋喷桩来对接缝进行堵水, 三管旋喷的深度嵌入到中风化泥质粉砂岩50cm, 无法对三管旋喷桩以外的基岩裂隙进行有效的封堵, 造成地下水通过基岩裂隙渗入到连续墙接缝, 从而渗漏到基坑内; (5) 基坑开挖穿越砂层及岩层, 在砂层与岩层的交界面由于岩面的不平整, 在进行高压的旋喷施工的同时, 不能确保该交接处的有效成桩能完全封闭整个岩面, 有可能使该交界面成为一个水流的通道, 地下水通过该通道渗入到连续墙接缝内, 进行造成地下水通过连续墙接缝渗漏到基坑内, 造成墙缝渗水。
4 深基坑地下连续墙接缝渗漏水的预防措施
为降低深基坑地下连续墙在基坑开挖阶段渗漏水风险, 必须在地下连续墙施工过程中加强预防、预控措施。
(1) 保证混凝土具有良好的和易性与流动性。在进行混凝土配合比设计时, 石子宜采用级配较好的碎石, 最大粒径不大于导管内径的1/6和钢筋最小净距的1/4, 且不大于40mm。砂率宜为40%~45%。混凝土应具有良好的和易性, 施工坍落度宜为18~20cm, 坍落度降低至15cm的时间不宜小于1h, 扩散度宜为34~38cm。混凝土初凝时间应满足浇灌和接头施工工艺要求, 一般宜低于3~4h。如运输距离过长, 一般在混凝土中掺入减水剂, 可减小水灰比, 增大流动度, 减少离析, 防止导管堵塞, 并延缓初凝时间。
(2) 预防地下连续墙接缝夹泥: (1) 地下连续墙接头刷壁要彻底。用特制刷壁器, 用吊车吊入槽内紧贴接头, 反复上下刷5~7遍清除干净接头夹泥, 并进行超声波检测, 检测刷壁之后接头内是否还存在异物; (2) 清孔换浆。清孔时, 要用新鲜泥浆把槽孔内泥浆置换出一部或大部分, 使孔底残留的沉渣降到最少, 并且要使槽孔内泥浆指标接近新鲜泥浆, 以减少浇筑过程中的夹泥; (3) 浇筑混凝土时, 为了提高泥浆抗水泥污染的能力, 可加入适当的外加剂, 如碳酸钠或羧甲基钠纤维素。以提供泥浆质量; (4) 钢筋笼下放过程中, 确保垂直、缓慢下放, 切不可靠重力强行插入, 导致侧壁土体塌落; (5) 导管的使用和控制。导管间距根据幅段长合理分布, 要使各导管能均匀进料, 各导管处的混凝土面高差不宜大于0.3m, 要避免左右提拉导管, 否则会把沉碴和泥浆混入混凝土内。在浇筑过程中, 混凝土导管埋入混凝土中2~6m, 最小埋深不得小于2m, 否则会把混凝土上升面附近的浮浆卷入混凝土内。用多根导管浇筑长度大的单元槽段时, 中间部位导管应提前浇筑, 其他导管待底口埋入1.0m以上后再开始浇筑, 以防中间部位流动的混凝土卷进沉渣或泥浆。
5 后期影响连续墙接缝渗漏水的主要原因及预防
连续墙施工完成后, 在开挖基坑以及施做主体结构时, 连续墙接缝的渗漏水程度, 往往会加剧。在实际施工中, 要求基坑开挖做到快挖快撑, 从而预防连续墙的变形过大。
6 深基坑地下连续墙接缝渗漏水应急治理措施
地下连续墙接缝中出现的渗漏常见现象, 一般可分为点漏、线漏、面漏三种形式, 其渗漏程度基本可分为渗水、漏水、涌水、涌砂等。
渗漏点按渗漏水流量大小情况区别处理, 排堵结合, 尽量做到在初次封堵即满足施工要求。
6.1 点漏、面漏部位的修复
对于轻微的点漏、面漏, 采用人工清除缝隙杂质, 凿去混凝土表面, 并用水奖表面清洗干净、凿毛, 采用手摇 (电动) 式简易灌浆泵压入聚氨酯堵漏剂进行止水处理。施工前用Φ10~Φ14电钻引孔并埋入针管, 针管间距按漏缝长度每15cm布置1根, 局部漏水点按点为圆心半径10cm范围内布设3根, 针孔深度为结构墙厚的2/3处, 即进入连续墙50cm~60cm, 压入聚氨酯过程中若有外漏现象, 应采用速凝水泥封堵, 成片或缝隙漏水应遵循从下至上逐一注浆的原则, 待注浆泵手柄难以摇动或浆液已无法压入时, 即满足注浆要求。施工完成后立即清除表皮起泡的聚氨酯, 达到基面验收要求。
6.2 线漏部位的修复
(1) 应急处理:对于线漏部位, 首先对漏水处采取割缝、剔槽, 人工凿出宽3~5cm、深15~20cm的沟槽, 再用清水冲洗干净渗漏处的杂质。然后对渗漏沟槽采取凿毛、引流和封堵。具体做法是:在接缝表面两侧10cm范围进行凿毛, 以增加外防水层和原混凝土的粘结力。凿毛后及时在沟槽处布设PVC管对漏水点进行集中引排, 再用速凝水泥对墙缝进行有效填充, 保证墙缝只有一个出水口。若该墙缝有其他小的渗流分布, 采用埋设盲管的方式, 将墙缝所有渗水点集中至出水口, 速凝水泥表面抹平, 保证基面铺设防水板要求。
(2) 墙缝钢板封闭:采用10mm厚钢板, 尺寸40cm×40cm, 钢板尺寸可根据现场情况调整。四周钻直径20mm圆孔, 配合M18膨胀螺栓, 由下至上对连续墙缝进行封堵, 第一张钢板底边高于出水口20cm。以上三张钢板必须固定牢固, 钢板下方设橡胶密封胶垫, 橡胶密封胶垫与墙必须密贴。
(3) 注浆管的布设:钢板封堵完成后, 挖开现有引排PVC管及孔口周边棉纱, 重新布设Φ42钢管, 再用速凝水泥和棉纱将周边封闭, 保证水流只通过该钢管留出。钢管前端杀尖处理, 前20cm管身钻梅花眼 (间距5cm×5cm) , 后端外露30cm并加设闸阀。钢板上部设置同规格钢管, 并加设闸阀, 作为注浆效果观察孔。钢管应尽可能插入墙缝, 保证注浆效果。若无法达到注浆效果, 可用风钻引孔。
(4) 注浆管钢板封闭:根据现场实际情况, 安装合适尺寸的钢板, 将下部注浆管四周封闭, 引排管与钢板接触面焊接连成整体。
(5) 注双液浆:采用双液注浆机注浆, 水泥+水玻璃配比采用:水泥浆水灰比W∶C=0.6∶1~1∶1;水泥、水玻璃体积比:C∶S= (1∶1~1∶0.6) , 玻美度20~25Be。注浆机设置在基坑内, 浆桶在基坑上, 考虑混合浆液输送距离, 凝结时间为60~90秒为宜 (可根据现场注浆管路调整) 。注浆压力控制在0.1~0.3Mpa。
(6) 注浆后渗漏水引排施工: (1) 引水管采用高压风管或内带铁丝的塑料管进行引排, 禁止采用普通胶管, 避免垫层砼浇筑后胶管挤压, 导致排水不畅; (2) 有渗水的墙间缝先使用风镐凿成V形槽, 然后埋设半圆管, 顺墙缝方向将水引流至墙脚处, 与引水管连接。
6.3 严重漏水、涌砂部位的抢险
如墙缝处漏水、涌砂严重, 且可能危及基坑或周围建筑物安全时, 应立即采取紧急抢险措施, 对其进行紧急处治。漏水孔很大时, 先用土袋反压堆堵。基坑堵漏抢险的原则是必须先固砂, 再止水, 确保基坑安全。车站在第一时间及时对漏水涌砂点进行了土袋封堵, 并立即停止了基坑土方开挖。及时组织高压旋喷桩机进场, 在围护结构外侧采用“品”字形双液注浆加固方案, 浆液固结自凝程度好, 凝固时间和固结硬度都利于形成浆团, 以堵塞漏洞。通过现场注浆加固止水效果证明, 其处理措施快速有效的达到了堵漏、止水效果。
7 结论
通过以上分析, 在南昌地质水文条件下, 深基坑地下连续墙接缝防渗水总结以下几个方面: (1) 地下连续墙渗漏较严重的部位集中在接缝处。防渗漏方案的设计以及施工, 应以此为重点。建议地下连续墙接缝形式采用工字钢接头, 切实提高连续墙接缝的抗渗性能, 尤其是基坑开挖至基岩的连续墙接缝。 (2) 混凝土的配合比设计非常关键, 混凝土的和易性、流动性以及混凝土自密实性能, 直接影响了混凝土的抗渗性能, 故混凝土配合比的选定也是地连墙体具有良好抗渗性的保证。 (3) 在有条件的基坑周边可提前进行坑外深井降水, 降低基坑内外的水压, 有效杜绝基坑的渗漏水。 (4) 加强施工过程质量控制, 要确保接头刷壁质量, 消除人为夹泥造成地下连续墙接缝渗漏水风险。
摘要：结合地铁车站工程地质、水文及地下连续墙施工的实际情况, 深入分析深基坑地下连续墙易发生渗漏的部位及其产生的原因, 总结出有效预防及应急治理地下连续墙接缝渗漏水的处治方法。
地铁地下车站 篇9
地下连续墙可供截水防渗或挡土承重之用,是区别于传统施工方法的一种地下工程结构形式和施工工艺。具有对邻近建筑物和地下管线影响少,无噪声、无振动,公害低的特点。在软弱地基,四周邻近街道或与现有建筑物紧密连接,对基坑周围地面沉降和位移值有严格限制,限制打桩和噪声污染,或者受环境条件所限,水文地质复杂,很难设置井点排水等。设计采用逆作法施工,开挖的临时围护结构同时又作为主体结构的一部分,如地下室外墙施工时,采用地下连续墙支护具有明显的优越性和很好的经济效益。随着现代城市建设,越来越多的地下连续墙被设计使用,工程规模也越来越大,由于地下连续墙内部及其边界上夹泥引起的工程事故近年来时有发生,逐渐引起了各方面的注意。
2 地下连续墙夹泥渗漏质量问题分析及施工对策
2.1 原因分析
地下连续墙夹泥通常发生在相邻槽孔接头缝内,墙底与地基之间,墙身顶部和导管中间位置出现在墙体表面上,或向墙内延伸一定深度,甚至贯穿墙体,形成夹泥缝洞,在墙体内或边界上集中渗漏通道,引起地基和其上建筑物的破坏,造成工程事故;地下连续墙夹泥另一方面也减少了墙体的有效厚度,降低了墙体的承受荷载和抵抗化学腐蚀的能力。
归其主要原因有:泥浆质量差;清孔不彻底,清孔验收后停置时间过久;下放接头管和钢筋笼、埋设观测仪器等原因造成的孔壁坍塌;或混凝土浇灌时局部塌孔和泥皮崩落;混凝土配比不当,和易性差,离析;混凝土浇筑强度小,混凝土上升速度慢;导管间距大于混凝土的有效流动半径,灌注管摊铺面积不够,部分角落灌注不到被泥渣填充;导管接头不严,泥浆渗入导管;首批混凝土量不足,灌注管埋设深度不够,未能将泥浆与混凝土隔开,泥渣从底口进入混凝土内;导管提升过猛,或探测失误,导管埋置深度过浅,涌入泥渣;混凝土浇灌间断或浇灌时间过长,混凝土初凝失去流动性,继续灌注的混凝土顶破顶层上升,混入泥渣;接头孔壁泥皮刷洗不干净等都是造成墙体夹泥的主要因素。
2.2 预防措施
采用容重小、触变性能好、抗污染能力强的泥浆,混凝土和泥浆容重之差宜大于10 kN/m3,适当加入外加剂如纯碱提高泥浆抗污染能力;清孔时,要用新鲜泥浆把槽孔内的泥浆换出一部分或大部分,使孔底残留的淤积物最少,槽孔内泥浆指标尽量接近新鲜泥浆,以减少浇筑过程中产生的夹泥;清孔后,及时放置钢筋,灌注混凝土,减少停置时间;采用非钻凿式接头如接头管,使孔壁平整光滑,改善接头孔壁的刷洗质量;通过试验确定混凝土配比,保证混凝土具有良好的和易性与流动性;控制混凝土浇筑强度大于20 m3/h～25 m3/h,槽孔内混凝土上升速度大于2.0 m/h～3.0 m/h;导管接头采用粗丝扣,设橡胶圈密封;控制导管间距在3 m左右,导管距孔端距离0.8 m～1.2 m,使各导管能够均匀进料,避免经常上下或左右提拉导管;保证首批混凝土灌入量足够充分,使其能把泥浆从导管中挤出,同时始终保持快速继续进行,尽量使各导管均衡提升和拆卸,相邻导管的埋深之差小于1.0 m～2.0 m,保证槽孔混凝土面均匀上升;控制导管埋入混凝土深度在2.0 m～6.0 m之间,中途停歇不超过15 min,导管埋入混凝土的时间不超过2 h,槽孔混凝土面距导管进料口高差始终大于3 m以上;另外还可采用二次开挖除去孔壁泥皮,减少槽孔壁上泥皮造成的“包块”和带状夹泥。
2.3 处理方法
2.3.1 混凝土浇灌过程中的处理措施
混凝土浇筑中遇塌孔时,可将沉积在混凝土上的泥土吸出,继续灌注,同时应采取加大水头压力等措施;如混凝土凝固,可将导管提出,将混凝土清出,重新下导管,灌注混凝土;混凝土已凝固出现夹层,应清除后采取压浆补强方法处理。
2.3.2 墙体夹泥渗漏的处理
墙体中可见的带状夹泥层和“包块”“狗洞”等,均应凿除处理。墙面上的夹泥应挖除干净,小块的可用砂浆回填或抹面,大块的应立模浇筑混凝土,如有漏水应进行注浆。接缝夹泥造成的渗水,应采用水泥浆或堵漏材料封堵,或注浆处理。如夹泥部位露出钢筋,则应彻底消除干净,再用加入UEA的混凝土浇筑。当接缝夹泥厚且深时,应根据具体情况在接缝上及两侧钻孔,清洗泥皮后进行低压灌浆或回填混凝土,或在接缝一侧或两侧地基中灌浆处理,若墙底淤积物太厚时,也应考虑进行灌浆。
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程为上海轨道交通杨浦线(M8线)成山路车站,车站设计全长160 m,宽20.8 m,地下,岛式,箱形,双柱三跨二层,围护结构采用地下连续墙,标准段:600 mm厚,27 m深;端头井墙:800 mm厚,29 m深;主体基坑深15 m～17 m;接头管采用单圆柔性接头;地下连续墙混凝土强度设计等级为C30,抗渗等级为P8,兼作基坑临时围护结构。
杨浦线(M8线)成山路车站位于浦东新区上南路靠近成山路交叉口,交通较繁忙,车站沿线路中线设置,平行于上南路,道路两侧为住宅区与部分高层建筑。
3.2 地下连续墙施工具体技术措施
1)采用整体式钢筋混凝土导墙控制地下连续墙施工精度,导墙深1.5 m～2.0 m,导墙槽净宽640 mm(端头井840 mm),肋厚150 mm。为防止导墙在侧向土压力的作用下产生位移,在导墙内每1 m～2 m加设上下两道支撑。导墙高出地面150 mm,保证泥浆液面始终高于地下水位1.0 m以上,并防止地面雨水流入槽内稀释及污染泥浆。导墙外侧采用粘土回填压实,防止地面水从导墙背后渗入,引起导墙槽段塌方。
2)制备优质泥浆。护壁泥浆采用膨润土、CMC、纯碱等制作,控制泥浆指标:比重1.05 g/cm～1.15 g/cm、粘度19 s～25 s、泥皮厚小于1 mm～2.5 mm、pH值8～14,稳定率100%,胶体率大于95%,失水量小于10 mL/30 min～30 mL/30 min,新配制泥浆指标应满足指标最小值,并在使用中根据地质及施工情况及时进行调整,对污染、超比重不能再生利用的泥浆坚决废弃。
3)分段流水施工。控制槽段长度为30 mm～50 mm,以4 m～8 m为宜,同时注意槽段之间的接头位置设置,避开转角及地下连续墙与内部结构的连接处,以保证地下连续墙具有较好的整体性。
4)采用抓斗挖槽机造孔,施工时抓斗平行于导墙内侧,闭斗下放,自行坠入导墙内,利用抓斗的冲击,将槽孔的地层颗粒挤入地基,加大地基的密实度和弹性模量,既可减少作用在槽孔壁上的土压力,又可提高墙体抵抗外荷载的能力,同时又提高了槽孔壁的抗渗能力。开挖时再张开,以免造成涡流冲刷槽壁,引起塌孔。挖土时保持抓斗非挤满土方,以减小对泥浆粘度、比重影响。
5)钢筋笼制作预留出导管的位置,钢筋笼端部与接头管或混凝土接头面预留空隙尺寸15 cm～20 cm。控制槽孔和钢筋笼尺寸偏差满足设计和规范要求,纵向钢筋的底端距离槽底面10 cm～20 cm,底端应稍向内弯折,防止吊放钢筋笼擦伤槽壁。
6)槽段挖到设计标高后,测定槽底残留土渣厚度。使用抓斗、泥浆泵对槽底进行认真清理,然后在土渣还没沉淀之前,用新泥浆置换槽内泥浆,使槽内泥浆密度在1.15 g/cm以下,沉渣厚度不大于100 mm,粘度不大于25 s,含砂量不大于0.8%。清孔验收后及时吊放钢筋笼,浇筑混凝土。槽孔停置时间不得超过2 h,否则应进行二次清孔。
7)钢筋笼吊放,由两台履带吊机配合,翻转竖立,起吊时禁止钢筋笼下端在地面拖引,造成下端钢筋变形,吊放时,吊点中心应对准槽段中心,禁止钢筋笼产生横向摆动,造成槽壁坍塌,钢筋笼放入槽内后,检查钢筋笼的高度是否符合设计要求,然后用槽钢将钢筋笼固定于导墙上。若钢筋笼不能顺利放入槽内,则吊出钢筋笼,查明原因解决或修槽后重新吊放,严禁强行冲放。
8)浇筑水下C30混凝土。控制拌合混凝土应具有良好的和易性和流动性,坍落度宜在15 cm～20 cm左右,水灰比宜小于0.6。采用ϕ250 mm螺旋快速接头导管,控制导管间距不大于3 m,导管距接头0.8 m～1.2 m,严格控制首灌混凝土量,保持导管埋入混凝土深度始终控制在2 m～6 m之间,最大不得超过6 m,浇至连续墙顶时可适当减少埋置深度,并应控制在1 m～1.5 m。连续灌注,混凝土浇筑时间不得超过4 h,中断时间不得超过15 min,搅拌好的混凝土须在1 h内使用完毕,以保持混凝土的均匀性。灌注过程中要求不断量测混凝土面高度和上升速度,控制各导管进料均匀,槽孔内混凝土上升速度保持在4 m/h～5 m/h以上。浇筑混凝土顶面须高出设计高程0.5 m以上,接上部施工时凿去墙顶质量较差的混凝土。
9)接头管采用单圆柔性接头,外壁光滑,涂抹黄油。单元槽段成孔后,先吊放锁口管,再吊放钢筋笼,混凝土开浇后4 h～5 h开始第一次松动锁口管,作旋转和上下活动,以后每10 min～15 min松动一次,直到最后浇筑的混凝土都终凝后(一般浇筑完后5 h～6 h)再全部拔出。
10)当二期槽段开挖完成后,应对一期槽段已浇筑混凝土端头表面进行清理,将附着的土渣和泥皮除去。开挖顺序应先深后浅。
3.3 工程实施效果
施工制定了详细的施工方案,施工前对可能发生的质量问题进行了原因剖析,制订了一系列的预防措施,紧急处理方案和技术保障措施,精细施工,按设计要求,严格执行施工工艺、施工方案和技术措施,加强现场质量控制,保障了从导墙施工,槽孔开挖,泥浆制备和使用、监控、调整,钢筋笼制作下放,水下混凝土浇筑等一系列工序的施工质量,因此成山路车站主体连续墙围护结构施工取得了良好的效果,开挖中无发生严重塌孔、漏浆现象,墙体挖出后,墙面平整、规则、无蜂窝麻面现象,接缝平直、牢固、无渗水现象,基坑干燥,仅接缝和墙顶位置墙体表面局部有少许夹泥,其他位置夹泥极少,措施实施已达到预期目标。
摘要：结合上海成山路车站基坑地下连续墙围护结构施工,对地下连续墙夹泥渗漏的质量问题进行了原因分析,列出了相应的预防措施和处理方法,通过工程实例介绍了地下连续墙施工的关键技术措施,取得了良好的效果,值得推广。
关键词：连续墙,泥浆,夹泥,渗漏
参考文献
[1]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999:312-359.
地铁地下车站 篇10
1 混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理
所谓腐蚀, 是材料与其环境间的物理化学作用引起材料本身性质的变化。
腐蚀反应的场所, 首先是材料和腐蚀性介质之间相界面处。在一个腐蚀系统中对材料行为起决定作用的是化学成分、结构和表面状态。腐蚀过程中如伴有机械应力的作用, 将加速腐蚀而出现一系列特殊的腐蚀现象。
腐蚀类型的划分, 根据不同的起因、机理和破坏形式而有各种方法。按腐蚀机理可分为电化学腐蚀和化学腐蚀两大类;按破坏形式可分为全面腐蚀和局部腐蚀;按环境可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、水、汽腐蚀和土壤腐蚀;从建筑防腐角度着眼常按不同防护方法分为气态介质腐蚀 (以涂料防护为主) 、液态介质腐蚀 (以覆面防护为主) 和固态介质腐蚀。在实际的建筑腐蚀行为中, 有的为单一类型, 但更普遍的是两种或多种类型同时并存。
1.1 水泥类材料的腐蚀机理
水泥类材料的腐蚀分类有下列两种:一是按介质分类, 可分为硫酸盐腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等;二是按腐蚀的形态分类, 可分为溶出型腐蚀、分解型腐蚀、膨胀型腐蚀 (又称结晶型腐蚀) 。水泥类材料在实际工程中的腐蚀, 往往是多种类型复合的腐蚀。
1.1.1 溶出型腐蚀
溶出型腐蚀的产生, 主要是由于水泥石中的水化物Ca (OH) 2被溶解和洗出, 当混凝土中的CaO损失达32%时, 混凝土就会被破坏。
在水泥石液相中, 当石灰含量超过极限浓度的一定数量时, 水泥石的主要组分 (水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙) 才能稳定存在于固相中, 并与液态形成平衡状态。当水泥石被水冲洗或渗滤时, 水泥石中所含氢氧化钙及可溶性水化铝酸钙受物理性的溶解而排出, 使水泥石的Ca (OH) 2浓度降低, pH值同时下降。此时, 水泥石液相中的Ca (OH) 2浓度必须得到补偿, 水化硅酸盐, 水化铝酸盐发生水解, 析出CaO生成非结合性产物 (硅酸、氢氧化铝、氢氧化铁) , 导致水泥石强度降低和腐蚀破坏。 水可分为软水、硬水。含有Ca (HCO3) 2或Mg (HCO3) 2的硬水, 能把水泥石中的Ca (OH) 2变成CaCO3沉淀下来, 使水泥石密实。软水可以溶解Ca (OH) 2, 不但不能使水泥石表层碳化, 而且会溶解水泥石表面已形成的碳酸盐膜层。因此对水泥石产生溶出型腐蚀的水主要是软水。
影响溶出型腐蚀速度的主要因素是:水的冲洗条件, 水泥石表面水体的更换条件、水体的压力, 水体中含影响Ca (OH) 2溶解度的物质数量。
1.1.2 分解型腐蚀
分解型腐蚀的主要特征是:腐蚀介质中的离子与水泥石中的离子进行交换作用, 破坏了水泥石中的液相碱度平衡, 使固相石灰溶解, 并使水化硅酸盐和水化铝酸盐水解。水泥石分解型腐蚀的最终产物是硅酸凝胶、钙盐和铝盐。水泥石腐蚀产物的性质, 可以表示出介质的腐蚀程度。若腐蚀产物无粘结性, 无足够的密实性, 而且属于可溶性的, 则腐蚀的速度快, 此时腐蚀介质很容易向水泥石的深部发展, 水泥石的结构将很快地被破坏。
水泥石分解型腐蚀的速度, 在很大程度上取决于反应产物的结构和可溶性, 反应产物的可溶性越高, 腐蚀溶液的更新速度越快, 则水泥石的破坏速度也越快。
1.1.3 膨胀性腐蚀
膨胀型腐蚀又称结晶型腐蚀, 主要有以下两种形式:
一种形式是溶液中某些离子与水泥石中的Ca (OH) 2作用, 生成新的产物, 而这种产物的体积远远大于反应物的体积。由于水泥石中的空隙容纳不了反应产物所增加的体积, 必然导致水泥石的开裂破坏。硫酸盐溶液腐蚀就是这种类型的代表。硫酸盐中的SO42-离子与水泥石中的Ca (OH) 2作用生成石膏, 而石膏又与水泥石中的水化铝酸钙作用生成含有31个结晶水的水化硫铝酸钙, 体积增大2.5倍, 迫使水泥石开裂。当溶液中SO42-离子较多时, 表现为石膏型腐蚀, 在水泥石的空隙中析出晶态的CaSO4·2H2O, 体积膨胀2倍。当溶液中的SO42-离子较少时, 则主要是硫铝酸钙型腐蚀。当溶液中含有Cl时, Cl-在固相中能阻碍硫铝酸钙形成, 提高硫铝酸钙的溶解度, 使硫铝酸钙的膨胀作用减少。
膨胀型腐蚀的另一种形式是一些盐类溶液, 它虽然与水泥石的组分不产生化学反应, 但可以在水泥石空隙中结晶, 由于盐类从少量水化到大量水化的转变, 引起体积增加, 造成水泥石的开裂和破坏。
仅仅是盐的干燥和结晶作用, 对膨胀型腐蚀的影响是不大的。但当盐类在高于相间的转换温度时被干燥, 而又在低于转换温度时浸湿, 此时能产生较大的体积膨胀。例如温度高于32.3℃的无水干燥硫酸钠, 对水泥石没有腐蚀作用, 但硫酸钠在较低温度进入浸湿的水泥石中, 而在较高温度干燥时, 便会成为一种稳定的结晶体Na2SO4·10H2O, 其体积为原来无水盐的4倍, 它在水泥石中引起很大的压力, 造成破坏。
NaOH和Na2CO3也是具有膨胀型腐蚀的介质。当NaOH作用于水泥石时, 受空气中的CO2作用, 产生碳化而生成Na2CO3。当Na2CO3水化成为Na2CO3·10H2O时, 其体积膨胀1.5倍, 造成破坏。
1.2 钢材类材料的腐蚀机理
1.2.1 化学腐蚀
钢材与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀, 称为化学腐蚀。通常是由于氧化作用, 使钢材中的铁形成疏松的氧化铁而被腐蚀。在干燥环境中, 化学腐蚀进行缓慢, 但在潮湿环境和温度较高时, 腐蚀速度加快, 这种腐蚀亦可由空气中的二氧化碳或二氧化硫作用, 以及其他腐蚀物质的作用而产生。
1.2.2 电化学腐蚀
金属在潮湿气体以及导电液体中, 由于电子流动而引起的腐蚀, 称为电化学腐蚀。这是由于两种不同金属之间的电势差, 使负极金属发生溶解的结果。就钢材而言, 当凝聚在钢铁表面的水分中溶入二氧化碳或硫化物气体时, 即形成一层电解质水膜, 钢铁本身是铁碳合金, 以及其他杂质化合物的混合物, 它们之间形成以铁为负极, 以碳化铁为正极的原电池, 由于电化反应生成铁锈。
1.3 素混凝土结构的腐蚀机理
素混凝土的基本组成材料为水泥、砂、石和水。砂、石一般认为是惰性材料, 不参与混凝土硬化过程中的化学反应 (碱集料反应除外) 。因此, 素混凝土的腐蚀实际上就是水泥石的腐蚀, 其腐蚀机理、类型与水泥相同。
1.4 钢筋土结构的腐蚀机理
钢筋混凝土结构材料是混凝土和钢筋的复合体, 它的腐蚀形态可分为两种:一是由于混凝土的耐久性不足, 其本身被腐蚀破坏, 同时也由于钢筋的裸露, 腐蚀而导致整个结构的破坏;二是混凝土本身并未腐蚀, 但由于外部介质的作用, 导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子, 使钢筋表面的钝化作用丧失, 引起了钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀产物一般为FeOH3、Fe (OH) 2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等, 其体积比原金属体积增大2～4倍。由于铁锈膨胀, 对混凝土保护层产生巨大的幅射压力, 其数值可达30MPa, 使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝 (俗称顺筋裂缝) , 这些裂缝进一步成为腐蚀介质渗入到钢筋的通道, 加剧了钢筋的腐蚀。钢筋在顺筋裂缝中的锈蚀速度往往要比裸露情况快, 等到混凝土表面的裂缝开展到一定程度, 混凝土保护层则开始剥落, 最终使构件丧失承载能力。
2 原材料对混凝土耐腐蚀性能的影响
混凝土材料是土建工程中应用最广, 用量最大的材料, 在腐蚀环境下, 如何正确选择原材料, 不仅有技术意义, 而且具有工程意义与经济意义。
2.1 水泥
水泥是混凝土的胶凝材料。混凝土的强度和工作性能, 是通过水泥浆的凝结硬化而形成的。水泥石一旦遭受腐蚀, 混凝土的性能将不复存在。由于各种水泥的矿物组分不同, 因而它们对各种腐蚀介质的耐蚀性就有差异。所以, 正确选用水泥的品种, 对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义。
水泥按其用途及性能分为三类, 即通用水泥、专用水泥和特殊水泥。在腐蚀环境中, 水泥品种的选择宜按下列要求进行。
2.1.1 硅酸盐水泥
耐碱性较好, 在气态介质中, 硅酸盐水泥的中性化速度比其它品种水泥慢, 因而对钢筋有较好的保护作用。
2.1.2 普通硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥简称普通水泥, 是在硅酸盐水泥中掺加不大于15%的掺合料, 其基本性能与硅酸盐水泥相同, 但由于掺合料能结合一部分水化时产生的Ca (OH) 2, 因而抗软水和硫酸盐的腐蚀能力有所提高。
2.1.3 矿渣硅酸盐水泥
矿渣水泥中混合材料掺量较多, 而且磨细高炉矿渣有尖锐棱角, 所以矿渣水泥的需水量较大, 但保持水分的能力较差, 泌水性较大。若养护不当容易产生裂缝。并且硬化时容易析出多余水分, 在水泥制品内部形成毛细管通路或粗大的孔隙, 使材料的密实度降低。因此矿渣水泥的抗渗性、抗冻性和抵抗干湿交替的性能均不及普通水泥。
在气态腐蚀环境下, 由于水泥石的碱度较低, 密实性差, 容易中性化, 对钢筋的保护性比较差, 因此矿渣水泥在上部结构中应慎重采用。
2.1.4 火山灰质硅酸盐水泥
火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥, 是由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合料和适量石膏, 磨细制成的水硬性胶凝材料。火山灰水泥的凝结与硬化, 与矿渣水泥大致相同。
2.1.5 粉煤灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥, 是由硅酸盐水泥熟料。粉煤灰和适量磨细制成的水硬性胶凝材料。粉煤灰水泥的凝结硬化与火山灰水泥相近。
2.1.6 高铝水泥
高铝水泥的耐碱性较差, 不允许与碱性介质接触。当高铝水泥与碱性溶液接触, 甚至与混凝土骨料内含有的少量碱性化合物接触时, 也会引起腐蚀。
2.1.7 抗硫酸盐硅酸盐水泥
抗硫酸盐水泥可使用于受纯硫酸盐腐蚀的地下工程。由于水泥石的碱度较低, 对钢筋的保护性能较差, 所以抗硫酸盐水泥不宜用于上部结构中。
由于抗硫酸盐水泥的生产量少, 要按需定产, 而且在工程应用中不允许远距离调运, 价格也较贵, 所以供应较为困难。C3A含量不大于5%的普通水泥、矿渣水泥, 都可作为建筑工程中抗硫酸盐水泥的代用材料。
2.2 集料
集料又称骨料, 按体积计算, 它是混凝土的主要组成部分, 达80%之多。因此集料的耐蚀性和表面性能对混凝土的耐蚀性能具有很大影响。
在腐蚀环境下集料采用什么品种, 一直有不同意见。一种意见认为应采用耐腐蚀的集料, 其理由是由于集料的腐蚀将造成混凝土大面积的腐蚀, 而且集料是混凝土的骨架, 一旦骨架受损, 整个混凝土结构将溃散。另一种意见则认为不一定采用耐腐蚀的集料, 因为采用耐腐蚀集料后, 腐蚀性介质将集中作用于水泥, 使腐蚀作用向深部发展。从腐蚀性介质的反应容量来看, 大面积腐蚀将比局部腐蚀更为有利, 它对混凝土的强度影响较小。
混凝土中所采用集料, 主要应致密。花岗石、石英石与石灰石、白云石等均可作为腐蚀环境中的混凝土的集料。
海砂中含有氯离子, 对钢筋的保护不利, 一般情况下, 海砂不宜采用作为混凝土的细集料, 必须用时, 应进行淋洗脱盐处理。
2.3 拌和给养护用水
混凝土拌合及养护用水, 应考虑对混凝土强度的影响。如果该水制作成的试块强度不低于洁净水制成的试块强度, 就可用此水来拌合混凝土。
2.4 外加剂
混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入, 用以改善混凝土性质的物质, 其掺量不大于水泥量的5% (特殊情况除外) 。外加剂, 特别是减水剂已成为混凝土中除水泥、砂、石、水之外的第五种重要组成材料。
在建筑防腐工程中, 外加剂的使用主要是为了提高混凝土的密实性或对钢筋的阻锈能力, 从而提高混凝土结构的耐久性。实践证明, 采用加入外加剂的方法, 可以在一定范围内达到提高混凝土结构的耐腐蚀能力, 是一种经济有效的技术措施。
2.5 混凝土掺合料
为了节约水泥、改善混凝土性能, 在拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料, 称为掺合料。常用的有粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、沸石粉及磨细自燃煤矸石等, 其中粉煤灰的应用最为普遍。
3 普通混凝土高性能化
混凝土是由骨料、水泥 (含掺合料) 、水及少量外加剂组成的。混凝土体积稳定性取决于其中水泥浆的数量与质量。在达到工作性的前提下, 应降低水泥浆的数量, 同时应改善水泥浆的组成, 使其具有良好的结构粘度, 使混凝土拌合物均匀, 改善硬化混凝土的结构。普通混凝土中的骨料起骨架作用及稳定体积作用, 应是级配良好, 空隙率低, 使混凝土在一定用量水泥浆下, 获得比较高的工作性。此外, 也可以在混凝土拌合物达到一定流动性的条件下, 降低水泥浆用量, 从而获得比较好的体积稳定性。
4 工程实例
4.1 天津地铁车站某工点地层情况及地下水腐蚀性评价
天津地铁某地下车站地层主要为第四系全新统人工填土层 (人工堆积Qml) , 第Ⅰ陆相层 (第四系全新统上组河床～河漫滩相沉积Q43al) 、第Ⅰ海相层 (第四系全新统中组浅海相沉积Q42m) 、第Ⅱ陆相层 (第四系全新统下组沼泽相沉积Q41h及河床～河漫滩相沉积Q41al) 、第Ⅲ陆相层 (第四系上更新统五组河床～河漫滩相沉积Q3eal) 、第Ⅱ海相层 (第四系上更新统四组滨海～潮汐带相沉积Q3dmc) 、第Ⅳ陆相层 (第四系上更新统三组河床～河漫滩相沉积Q3cal) 。
天津地区地下水受基底构造、地层岩性和地形、地貌、气象以及海进、海退等综合因素影响, 水文地质条件复杂。从地下水资源评价和地下水开采条件方面将地下水划分为浅层地下水和深层承压水, 一般将埋藏较浅、由潜水及与潜水有水力联系的微承压水组成的地下水称为浅层地下水, 而将埋藏相对较深 (一般70m以下) , 与浅层地下水没有直接联系的地下水称为深层承压水。
经取水样试验分析, 该工点上层潜水对混凝土结构不具腐蚀, 对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替环境中具中等腐蚀, 在长期浸水环境中无腐蚀。下部微承压水对混凝土结构具强腐蚀, 对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替环境中具强腐蚀, 在长期浸水环境具弱腐蚀。
由于本工程为设计使用年限为100年的地下地铁车站, 结构主体大部分处于微承压水环境中, 根据以上地下水腐蚀性评价结果, 其对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具都强腐蚀性。设计中除了按有关规范、规程对钢筋混凝土结构各部位钢筋保护层最小厚度及其它施工措施提出有针对性的要求外, 还要求最低砼强度等级为C45, 最小水泥用量 (kg/m3) 为340, 最大水胶比为0.4, 最大氯离子含量≯0.60%。同时还要求在氯离子腐蚀条件下, 处于腐蚀性介质中防水砼应添加防腐阻锈剂, 具体数量由实验室给出。
通过以上要求, 既满足了地铁工程设计使用年限为100年的耐久性要求, 又避免了使用工程成本相对较高的高抗水泥, 从而节省了工程成本。
5 综合结论
探讨了混凝土材料的腐蚀机理, 具体包括混凝土基材水泥的腐蚀类型和腐蚀机理、钢材的锈蚀机理和混凝土结构的腐蚀机理以及混凝土抗渗性、抗冻性与耐腐蚀性能之间的关系。从分析混凝土的组成入手, 讨论了原材料的选择, 包括水泥品种、集料性质、拌合物及养护用水的水质情况、外加剂和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。以实际地铁工程为例, 通过在普通混凝土中有针对性的搀加外加剂和掺合料, 使普通强度等级的混凝土高性能化, 从而降低了工程造价, 达到了耐旧性要求。
摘要：探讨了混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理, 包括了混凝土基材水泥的腐蚀类型和机理, 钢筋的锈蚀机理和混凝土结构的腐蚀机理, 总结了混凝土耐腐蚀性能的主要影响因素以及它与抗渗性能和抗冻性能之间的关系;讨论了原材料的选择, 包括水泥品种、集料性质、拌合及养护用水的水质情况、外加剂的种类和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。从研究与分析普通混凝土的结构形成入手, 指出了普通混凝土高性能化的可行性与必要性, 总结了普通强度等级的混凝土高性能化的技术途径, 并实例给出其在天津地铁某车站设计中的应用。
关键词：混凝土,耐久性,耐腐蚀性,地铁设计
参考文献
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