第1章　緒論

1.1　目的意義

濱海地鐵高耐久性地下結構關鍵技術研究以深圳市地鐵11號線作為工程背景。

深圳市地鐵11號線線路起于深南大道北側福田樞紐，沿深南大道→穿1號線竹子林車輛段→白石路→穿歡樂海岸地塊→白石四道→穿沙河高爾夫球場、深圳灣海域→海德三道→穿文心公園→桂廟路→經過前海中心片區→海景路→穿海濱廣場→創業路→寶源路→深圳機場T3新航站區→規劃T4航站區→寶安大道→穿沙埔圍村→朗碧路，終于碧頭站。線路起點預留了向東延伸的條件，終點預留了向北延伸至東莞與東莞軌道交通接駁換乘的條件。

線路總長51.9km，其中地下線長39.4km，占線路總長的75.9%；高架線長11.1km，占線路總長的21.4%，含兩段高架線路，分別位于碧海灣站—機場站之間（寶源路段），長約4.2km，以及福永站—后亭站之間（寶安大道段），長約6.9km；過渡段長1.4km，占線路總長的2.7%。

全線共設18座車站，其中地下站14座，高架站4座，換乘站10座。

深圳地鐵11號線線路多處穿越填海區、河流、受工業污染的土壤環境；填海區地表海水較發育，與地下水具有較強的水力聯系。沿線已有的33個工點水質分析報告顯示，水中Cl-濃度5000mg/L以上的有17個工點，水中SO2-4濃度1000mg/L以上的有11個工點，水中侵蝕性CO2濃度30mg/L以上的有7個工點，其中有不少于5個工點有兩種或三種較嚴重的腐蝕介質同時存在。

工程設計時，《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476—2008）、《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005—2010）已經頒布實施。兩本規范針對耐久性設計的主要措施是提高混凝土強度等級、限制最大水膠比和加大混凝土保護層厚度。環境作用等級決定設計應采用的措施。我國現階段對兩種或兩種以上腐蝕介質同時存在的環境作用尚無深入的研究成果和成功的工程經驗，兩本規范對于多種介質同時存在時的設計規定不夠全面，也不夠具體。

設計單位在使用兩本規范時對“干濕交替環境”和“薄壁混凝土結構”的定義存在較大疑惑。

地鐵地下結構的“干濕交替環境”是指地下車站、隧道外表面接觸含鹽環境水（土）而內表面處于大氣干燥多風環境中的薄壁混凝土結構，臨空面的混凝土按遭受鹽類結晶破壞環境作用考慮。根據規范規定，處于“干濕交替環境”中的“薄壁混凝土結構”環境作用等級最高，在單一腐蝕介質環境中的最低混凝土強度等級為C50。但規范對“薄壁混凝土結構”中的最小壁厚規范沒有明確的規定。

因此，需要通過模擬深圳地鐵11號線所處環境進行一系列試驗和理論分析，提出滿足耐久性要求的最優的混凝土強度等級和耐久性構造設計要求，以及不顯著提高混凝土強度等級的高性能混凝土配合比、外加劑，提出施工過程中工藝、質量控制要求和驗收標準，提出可靠的設計和施工最優的耐久性綜合措施。同時，也需要提出長期運營時的監測、維修養護技術要求。

然而，傳統混凝土配合比設計以強度為目標，確定基準配合比后復驗混凝土各項性能并予以優化，但這種設計方法難以滿足工程設計使用年限對耐久性的要求。

抗氯離子和鹽類腐蝕的高性能混凝土除了必要的控制水膠比外，更重要的是從腐蝕機理出發，以抑制離子擴散為目標添加摻和料并設計配合比，而非一味地強調高強度等級。長期暴露試驗結果顯示和歐洲海洋工程規程表明，大摻量、粒度較粗的摻和料，當混凝土強度僅在C30左右時，即可滿足海洋環境下長期耐久性的要求。相反，過高的設計強度和過低的水膠比，將使混凝土的工作性下降，從而導致施工操作性困難，不可避免地帶來施工缺陷，造成構件的實際耐久性能下降；高流動度是高性能混凝土必備的技術指標。如何實現高耐久性混凝土的設計目標在很大程度上取決于施工質量，強調混凝土的工作性是保障施工質量的關鍵。

過高的混凝土設計強度勢必將增加膠凝材料用量，導致水化熱增加，混凝土產生較大的自收縮，增加溫控難度，這對混凝土抗裂性非常不利。混凝土結構一旦出現裂縫，期望實現的耐久性化為泡影。因此，保證混凝土優異的抗裂性是保證混凝土耐久性的重中之重。對于深圳地鐵11號線工程環境條件來說，混凝土抗裂已經成為耐久性設計的關鍵問題。

因此，本書提出以耐久性為核心，保障工作性、提高抗裂性的地鐵工程混凝土配合比設計研究方法。

在配合比設計階段，采用混凝土流變儀法考察不同配比混凝土的工作性；溫度-應力試驗機法考察不同配比混凝土的開裂溫度、溫升、開裂應力、應力儲備、開裂時間等，運用綜合抗裂性指標評價混凝土的抗裂性，篩選抗裂性好的配合比。

同時，通過混凝土原材料調研和成分分析，合理選擇并優化配制水泥、礦渣微粉和粉煤灰摻量；通過摻加外加劑，調整混凝土膠凝材料水化產物，優化混凝土配合比。