浅谈地铁盾构隧道的耐久性设计

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1、浅谈地铁盾构隧道的耐久性设计唐志辉中铁隧道勘测设计院有限公司天津300133摘要：随着中国城市化的发展，城市轨道交通在我国各大城市交通中发挥着越来越重要的作用。作为“百年工程”，城市轨道交通的耐久性设计是必须要考虑的问题。文章结合地铁盾构隧道的结构体系及构造特点，根据目前传统设计方法，总结了耐久性设计的基木内容，并引述国内出现的改善耐久性的新工法。关键词：盾构隧道；耐久性设计；环境类别和作用等级；管片制作；构造措施0.引言随着国家城市化进程的加快，传统道路交通的低利用率以及结构性缺陷等原因，已无法满足现代都市的交通需求。交通拥堵造成的生活不便、环境污染、城市运营成木增加等一系列问题，是

2、政府普遍面临的难题，到目前为止，城市轨道交通是长久解决交通拥堵的较好方案，已成为各中大型城市争先发展的基础设施，至2014年末，我国累计有19个城市建成地铁运营里程2539km,预计到2020年全国拥有轨道交通的城市将达到50个，届时我国轨道交通运营里程将超过6000km,也就是说未来几年城市轨道交通的建设将保持高速增长。现行《地铁设计规范》（GB50157-2013）规定了地铁主体结构的设计基准期（使用年限）为100年，对于地铁这类投资大、建设周期长、质量要求高的“百年工程”，其地下结构耐久性至关重要，这一要求在工程设计和施工中如何只体反映和体现，是目前工程界人士H益关注的问题。地铁

3、盾构隧道与岩土、地下水等介质紧密接触，并不断受到侵蚀，并且要承受疲劳、超载、地震等外来作用，同时结构所用材料自身的性能也会不断退化,从而使隧道各部分产生不同程度的损伤和劣化，产生一系列危害（如隧道漏水、变形过大、差异沉降、裂损、坍塌等）。例如上世纪70年代建成的香港地铁部分IX间隧道，运营20年之后发现内排钢筋锈蚀，导致混凝土保护层剥落，影响到运营安全及使用寿命。香港地铁花费了大量资金，在不影响正常运营的前提下,利用夜间停运的短暂几个小时，采用超高压水刀铲除内排钢筋及其保护层，然后喷钢纤维混凝土(植筋)后再添扎内排钢筋，用聚合物混凝土补强修复；国内地铁区间隧道、过江隧道等一些地下工程也

4、遇到了类似问题。地铁建设资金投入人，后期维修、改建闲难，因此对结构耐久性要求更高。本文就地铁盾构隧道耐久性设计进行简要阐述。1.地铁盾构隧道耐久性的影响因素分析国内地铁盾构隧道一般采用预制平板型钢筋混凝土管片，混凝土结构埋置于地下岩土中，冋吋受到地下水或苏它侵蚀性介质的影响，其耐久性影响因素存在较大的复杂性和不确定性，主要因素包括如下几个方面：(1)环境因素，包括岩土、隧道内外部温湿度、地下水、C02、特殊离子环境、侵蚀性物质环境、杂散电流等。(2)材料因素，包括水泥品种、水胶比、掺合料、外加剂、螺栓的耐腐蚀性、密封垫的耐久性、防腐涂料等。(3)结构因素，包括结构尺汴与构造、应力状态及

5、水平、裂缝程度、不均匀沉降、砂层液化、外荷变化、地震作用、爆炸冲击波等。(4)施工因素，管片的生产、运输及安装过程中引起的管片损坏，现场尤其以管片拼装时碰撞、管片就位与盾构掘进姿态不一致、盾构纠偏吋管片顶力分布不均匀最容易造成管片缺棱掉角，甚至管片崩裂；另外，管片拼装后的冋步注浆分布，能否有效形成管片背后的保护圈，也对管片耐久性至关重要。地下工程具有工程前期投资大、工程隐蔽性强、后期修复闲难等特点，一旦耐久性出现问题，一是难以发现，日积月累，酿成重大安全事故；二是即使发现，也不得不花费大量的资金去修复加固。要提高地铁盾构隧道的耐久性能，应从设计、施工、使用管理等方面综合考虑，针对各种影

6、响耐久性的因素采取相砬的措施。作为工程设计人员，设计之初就应当引入耐久性的概念，加强对盾构隧道预制管片、接头螺栓、密封垫等部位的保护，切实做到降低运营维护费用及增加工程使用寿命。2.地铁盾构隧道耐久性设计方法和内容混凝上结构的耐久性设计可分为传统经验方法和定量计算方法。0前定量计算方法主要应用在特殊工程、教学科研上，尚未达到在工程中普遍应用的程度。国内现行的混凝土结构设计规范所采用的仍然是传统经验方法或改进的传统方法，即将环境作用按其严重程度定性地划分成几个作用等级，在工程经验类比的基础上，对于不同环境作用等级下的混凝土结构构件，由规范直接规定混凝土材料的耐久性质量要求和钢筋保护层厚度

7、等构造要求。对于地铁盾构隧道，耐久性设计主要依据国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)进行，同吋要满足城市轨道交通行业标准《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》(CU49-92)中对结构设计的相关要求。归纳起来，地铁隧道的耐久性设计应包括以下内容：(1)明确结构的设计使用年限、环境类别和作用等级，作为开展耐久性设计的基础性技术标准。(2)提出混凝土原材料品质、配合比及耐