钢纤维混凝土在西安地铁工程中的应用.pdf

2 0 1 2年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 201 2 No 7 J u l y 钢纤维混凝土在西安地铁工程中的应用 孙 文进 ( 西安地下铁道有限责任公司 ， 7 1 0 0 1 6 ) 摘要 ： 以西安 地铁 主体结构 工程 施,X - 为例 ， 介绍 了钢 纤维混凝土在该工程地 裂缝段 及车站主体 结构 中应 用 的 施 工 要 点 及 质 量 控 制 措 施 。 关键词 ： 钢纤维混凝土 ； 西安地铁 ； 地裂缝 Ab s t r a c t ： T a k i n g t h e c o n s t r u c t i o n o f X i a n Me t r o m a i n s t r u c t u r e p r o j e c t a s a n e x a m p l e ， t h e c o n s t r u c t i o n p o i n t s a n d q u a l i t y c o n t r o l me a s u r e s o f t h e g r o u n d c r a c k s a n d s t a t i o n ma i n s t r u c t u r e a r e i n t r o d u c e d w h i c h a l e a p p l i e d b y s t e e l fib er r e i n f o r c e d c o n c r e t e Ke y wo r d s ： S t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； Xi a n Me t r o ； Gr o u n d c r a c k s 中图分类号 ： T U 7 4 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 7 6 7 0 3 1 西安地 铁 工程 及施 工 难点 1 1 西安地铁工程简介 2 0 0 6年 9月 ，国家发改委报请 国务院同意 ， 批 准 了西安市城市快速轨道交通建设规划 。西安地铁 二 号 线 工程 北起 铁 路北 客 站 ，南至 韦 曲 ，全 长 2 6 3 k m， 设 车站 2 1座 ，车辆段 、 停车场和控制中心 各 1处 ， 主变电站 2座 ， 总投资 1 3 0亿元 。先期开工 建设 的北客站至会展 中心段 ， 长 2 0 5 k m， 设车站 1 7 座 ，车辆段和控制 中心各 l处 ， 主变 电站 2座 ， 投资 1 0 0 5 3亿元。该段工程于 2 0 0 6年 9月试验段开工 建设 ， 2 0 1 0年 9月 1 6日通车试运营。会展中心至 韦曲段 6 k m 目前正在建设 中 ，计划 2 0 1 4年建成通 车 。 地铁一 号线一期工程西起后卫寨 ，东至纺织 城 ， 全长 2 5 4 k m， 设车站 l 9座 ， 车辆段和停车场各 1 处 ， 主变电站 2座 ， 控制中心和二号线共用 ， 总投资 1 3 4 9亿元。2 0 0 9年初全线开工建设 ， 目前 1 9座车 站已全部 封顶 ， 铺轨和附属工程 已全面展开 ， 年底 隧道基本贯通 ， 计划 2 0 1 3年建成通车。 1 2 西安地铁工程难点之一地裂缝 1 2 1 西安地裂缝的分部 西安地裂缝是地区性的地质灾害现象 ， 是一种 在空间上具有三维变形特征的地表现状裂缝 ， 包括 已出露地表 的地裂缝 和未在地表 出露 的隐伏地裂 缝 。西安市区共发现 1 4条地裂缝 ， 自南向北编号依 次为 f l f 1 4， 全部分布在黄土梁洼地貌范 围内， 呈带 状分布 ， 一般宽度为 3 8 m， 局部可达 2 0 3 0 m。地裂 缝带 大 体呈 等 间距 近 似平 行排 列 ，间距 为 O 4 2 1 k m， 平 均 间距 约 l k m。 1 2 2 地裂缝 的成 因、 危害及对地铁工程的影响 西安地裂缝发育有其独特的地质背景 ， 成 因是 以隐伏断裂构造的发育为基础 ， 受渭河盆地 区域主 应力场控制 。2 0世纪 7 0 - 9 0年代 ， 长期过量开采深 层承压水 ， 使 承压水水头下降 ， 加剧了地裂缝 的发 展。也就是说西安地裂缝是构造作用和抽取深层地 下水共同作用的结果 。 自2 0世纪 7 0年代后期 以来 ， 由于 自然和人为 等因素的作用 ， 西安市 区先后 出现了 1 4条地裂缝 ， 其活动时间之长 ， 规模之 大 ， 危害之强 ， 在 国内尚属 罕见。地裂缝对工程建筑造成的危害主要是由于地 裂缝 的活动 ， 使建筑物基底产生不均匀沉 降 ， 以致 地基失效 ， 从而造成建筑物变形或破坏 。地裂缝所 到之处 ，使不少地面建筑物和地下设施遭到破坏 ， 迄今为止已造成数亿元 的直接经济损失。 目前， 工业 与民用建筑物设计 时对地裂缝 的防 治一般采取以避让为主的措施 。根据 西安地裂缝 场地勘察与工程设计规程 的规定 ， 按照拟建建 筑 物的重要性 、 结构类别等 ， 对地裂缝上盘避让距 离 为 6 4 0 m， 下盘避让距离为 4 2 4 m。但是 ， 地铁工程 不同于工业与 民用建筑 ， 由于 自身位置和功能等特 点 ， 线 路必 须穿越这些地裂缝 ， 西安地铁二号线 穿 越 了 1 1条地裂缝和 2条次级裂缝 ，地铁一号线穿 越 了 5条 地裂 缝 。 地裂缝 的 活动对 地铁 工程 会产 生较 大影 响 。由 于地 裂缝 两侧 上 、 下 盘 地 层 相 互 错 动 ， 引起 地 铁 隧 道结构跟随地层变形 ，造成结构开裂或压 曲破坏 ； 一 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 5期 变形缝 防渗设施遭到破坏 ，引起地铁 隧道渗漏水 ， 影响列车运行 ；导致列车轨道产 生不均匀沉 降变 形 ， 影 响运行 安全 。 1 2 3 解决地铁线 路主体结构 通过地裂缝段问题 的主要措施 对 于地铁线路通过地裂缝段采取 的处理措施 原则是 ： “ 防” 与“ 放 ” 相结合 ， 以结构适应地裂缝 的 变形为主 ， 采取了“ 局部加强 、 预留净空 、 分段处理、 柔性接头、 先结构后防水 ” 的综合防治措施。在地铁 结构施工 中，车站等重要节点应采取避让的原则 ， 区间尽可能采用正交或大角度通过地裂缝。区间必 须穿过地裂缝的 ， 以 6 5 m为设防长度 ， 分段设置特 殊变形缝 ， 释放错动产生的变形。对于设防段在混 凝土选用上首先考虑钢纤维混凝土 ， 以发挥其较高 的抗拉 、 抗压和抗弯的极限强度和优越 的抗剪性能 等 。 2 钢纤椎混凝土在西安地铁工程中的应用 西安地铁二号线建设共穿越了 1 1 条地裂缝 ， 全 部使用 了钢纤维混凝 土 ，下面仅 以永南 区间段为 例 ， 介绍其在施工中的应用情况。 2 1 工程 概况 永 宁门 南稍门区间起终点里程 Y ( Z ) D K1 4 + I I I l I 左 线 线 路 中 线 l I I - 一 1 旨n 上 撼 姗 螂 姗 I I 上 馘 姗 姗 蜊 姊 一 6 地裂 缝 -4 、 1 广 j 匍 J I I l I 右 线 线 路 中 线I I I I l l l l l 荔 点 里 程 巧 地 裂 缝 段 结 构 平 面 图 Y D K 裂 缝1 5 + 2 4扩 3 4 0 0 、 一 广 特 殊 揶 形 糠 L 毫 l I 1 轨 面 线 一啦 釜 豹 r 象 乳 一 l 1 5 0 0 0 l I fl h lO 、 I 10 f： o I 0 0 0 2 0 0 0 0 l 9 0 0 0 O l 1 l 图 1 f 5地裂缝段平 、 剖面图 一 6 8一 图 2 特殊变形缝处断面图 ( 图 1中 2 - 2处 ) 里程 图 3地裂缝段完工后效果 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙 文进 钢 纤 维混凝 土 在西 安地 铁工 程 中的应 用 6 8 4 4 6 2 ， Y( z ) D K1 5 + 4 5 O 7 6 2 ； 区间与车站分界里程 Y( Z ) D K1 4 + 6 8 5 9 6 2 ， Y( Z ) D K1 5 + 4 4 9 2 6 2 ； 区间单线 长 7 6 6 3 0 m。区间断面为单线单洞马蹄型隧道 ， 洞顶 覆 土 9 2 1 4 4 m， 线 间距 1 3 0 m。区间含 两处 平 曲线 ， 曲线半 径 3 0 0 0 m。线路 最大 纵坡 2 3 3 0 2 o 。区 间在 Y D K1 4 + 9 5 8 2 4 4处设废水泵房兼联络通道 1处 ， 与 施 工 通道 合 设 ；施 工通 道处 施 工竖 井 中心里 程 Y D K1 4 + 9 5 8 8 9 4 。本 区间在南 稍 门十字北约 3 0 0 m 南稍门小学校门口发育有西安 f 5 地裂缝 ， 与拟建线 路 左 、右线 的 交 点 里 程 分别 为 Z D K1 5 + 1 0 1 。 5 2 、 Y D K1 5 + 1 0 4 2 4 ， 在勘察 线路处走 向约 N E 6 2 。 ， 倾 向 东南 ， 倾 角 7 9 。 。 f 5地裂缝段断面尺寸为 6 8 2 0 mm 6 2 0 0 mm( 高x 宽 ) ，初期支护采用 3 0 0 mm的 C 2 5 、 S 6网喷混凝 土 ( 格栅钢架 ) ； 二次模筑 为 5 0 0 mm的 C 3 0 、 S 8钢筋混 凝土 。开挖面在拱顶 1 8 0 。 范围采用小导管注浆超前 支护 ，环 向 0 3 m，纵向 1 5 m布置 。拱腰范围布置 0 2 2砂 浆锚 杆 ， 环纵 向间距 1 O m 1 O m。 二 次衬砌混凝土等级为 C 3 0 、 S 8 ， f 5地裂缝范围 二衬混凝土 内添加铣削钢纤维 4 0 k m ( f 5地裂缝上 盘 4 0 m， 下盘 2 5 m范围二衬混凝土 内添加 ) ， 设 防长 度 为 7 0 m。 2 2 混 凝土 配合 比及强 度 设计要求采用铣 削钢纤维混凝土并 规定 了每 m 用量 ， 据此理论配合 比， 每 m 混凝土 中原材料用 量分别为 ： 水泥 2 8 0 k g ， 中砂 7 7 7 k g ， 石 1 0 7 3 k g ， 粉煤 灰 8 0 k g ，钢纤 维 4 0 k g ，水 1 6 0 k g ，聚羧 酸减水 剂 4 6 8 k g 。其 中 ，水泥选用 P O 4 2 5级 ，石选用 5 2 5 ram连续级配碎石。实际施工时要根据砂石的含 水量调整用水量。现场 留样检测表明 ， 混凝土实际 强度 ( 标养 ) 普遍达到设计强度 的 1 2 0 左右 。从现 场验收情况看 ， 防水效果较好 ， 表面未见裂纹 和裂 缝 。 全线其他地裂缝段的验收结果也表 明， 截至 目 前为止 ， 已施工 的钢纤维混凝土 ， 无论强度 、 整体外 观质量 ， 还是 防水效果等均达到设计要求。但地裂 缝 的活动和变化是长期和不确定的 ， 目前所采取 的 工程措施都还是属于试验和摸索阶段 ， 具 体效果和 作 用还有待于运营过程 中对地裂缝段 的监控量测 来验证 ，并对可能引起 的沉 降进行更深 的研 究探 索 ， 以确保地铁通过地裂缝段设计 、 施工 、 运 营的长 期 安 全 。 3钢 纤维 混凝 土在 西 安地 铁其 他结 构物 中的应 用 西安地铁二号线试验段工程为一站一区间式 ， 两部分分别为行政 中心站、行政中心站 凤城五路 区间， 总造价为 1 9 7 2 2亿。行政 中心站位于张家堡 环形广场内， 沿广场南北 向布置。该行政 中心站为 轨道交通二号线与四号线的换乘站，总长 2 2 5 7 m， 建筑面积 1 6 9 9 0 m ， 设 4个 出人 口通道。车站采用明 挖顺作法施工。 换乘节点段宽 4 1 6 m， 深 2 1 7 r n 。 车站 主体结构设计为地下两层三跨( 换乘 节点段为三层 五跨 ) ，现浇钢筋混凝 土箱形 框架结 构 ，覆 土厚 1 5 m。该车站的 B区开有一个 圆形洞 口， 该洞 口的 外径为 2 4 6 m、内径为 2 2 8 m，作为采光使用 ， 穹顶 环 梁截 面尺 寸为 1 8 0 0 ( H) x l 0 0 0 ( B) 。在 B区顶板 开 洞处采用 了掺钢纤维的补偿收缩混凝土。考虑到顶 板覆土较薄且该区域开孔较大 ，为了确保 工程质 量，减少温度变化产生的混凝土裂缝 ，参照其他城 市地铁的设计规范和设计经验 ， 在该 区域顶板混凝 土中掺人了铣削型钢纤维。圆形梁 中钢纤维掺量为 6 0 k g m ， 其他部位掺量为 3 0 k g m 。 从检 测 结果 看 ， 钢 纤 维 的掺 人 有 效解 决 了开洞 处 混凝土构件受力及 因混凝土 收缩等产生 的裂缝 等问题 ， 整体结构未见裂缝和裂纹。 4结语 ( 1 ) 钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复 合材料 ，可以实现按照使用要求设计材料 的目的。 随着钢纤维生产技术 的不断进步和基础理论的不 断完善 ， 钢纤维混凝土在地铁结构工程 的应用将进 一 步拓宽。对于其在地裂缝和其他结构 中使用的长 远效果还需在以后运营中进 行进一 步的观察和总 结 。 ( 2 ) 钢纤维混凝土在运输过程中， 坍落度和含气 量都会有损失 ， 拌和物稠度会下 降。由于在运输时 受到振动使钢纤维下沉 ， 影响了钢纤维混凝土的均 匀性 。因此 ， 钢纤维混凝土的运输距离应尽量缩短， 料斗 出口尺寸要大一些 ， 以确保混凝土质量不受影 响 。 ( 3 ) 合理调整配合 比是充分发挥钢纤维混凝土 优越性能和降低工程造价 的有效途径。 ( 4 ) 重视钢纤维混凝土的施工是保证其质量的 重 要环 节 。 收 稿 日期 ： 2 01 2 - 0 5 - 2 4 作者简介 ： 孙文进 ( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地址 ： 西安市未央路 1 3 2号经发大厦 2 4楼 联 系 电话 ： 1 3 6 0 9 1 1 9 41 7 E - ma i l ： s x x i 1 6 3 c o m 一 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m