城市軌道交通建設(shè)的協(xié)同發(fā)展與混凝土質(zhì)量控制新技術(shù)
——“城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量控制技術(shù)交流會(huì)”綜述

姜 慧

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

2018年3月 15日，城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量控制技術(shù)交流會(huì)在徐州工程學(xué)院成功舉辦.會(huì)議由江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)主辦，徐州工程學(xué)院承辦.中國(guó)工程院院士梁文灝、繆昌文、陳湘生、東南大學(xué)教授劉加平、江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳質(zhì)安處處長(zhǎng)汪志強(qiáng)、江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)王華、江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)城市軌道交通建設(shè)專委會(huì)主任張大春、江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)城市軌道交通建設(shè)專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)盧紅標(biāo)，及相關(guān)企業(yè)代表、徐州工程學(xué)院教師參加會(huì)議.江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)王華主持了本次會(huì)議.

上午，與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和專家就城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)踐應(yīng)用等內(nèi)容分別作專題講座和學(xué)術(shù)交流，其中江蘇省土木建筑學(xué)會(huì)城市軌道交通建設(shè)專委會(huì)主任張大春作“江蘇省城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究及實(shí)踐”專題報(bào)告，徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司總經(jīng)理張昌偉作“城市軌道交通工程地下車站混凝土裂縫控制研究技術(shù)在徐州地鐵中的應(yīng)用”專題報(bào)告，東南大學(xué)教授劉加平作“地下車站抗裂防滲新技術(shù)”學(xué)術(shù)報(bào)告.下午，中國(guó)工程院院士繆昌文、陳湘生分別作“水泥混凝土值得注意的幾個(gè)問(wèn)題”、“地鐵建設(shè)與城市空間的協(xié)同”學(xué)術(shù)報(bào)告.本次會(huì)議的高水平學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，將推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)的協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究的創(chuàng)新與應(yīng)用.

1 地鐵建設(shè)與城市空間的協(xié)同發(fā)展研究進(jìn)展

近30年，我國(guó)城市地鐵建設(shè)迅速發(fā)展，極大地緩解了城市交通壓力.截止2017年底，有32個(gè)城市投入運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通線路為159條，總里程達(dá)4 750 km(不含城市快軌)；有近50個(gè)城市的軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲批復(fù)，每年投資超過(guò)3 500億元.但是，目前鮮有地鐵企業(yè)盈利，地鐵運(yùn)營(yíng)已經(jīng)成為地方政府財(cái)政上一個(gè)沉重包袱.因此，如何使地鐵建設(shè)走上良性可持續(xù)發(fā)展的道路，是地鐵建設(shè)過(guò)程中長(zhǎng)期以來(lái)想解決而一直未能解決的問(wèn)題.陳湘生院士圍繞地鐵建設(shè)與城市空間的協(xié)同問(wèn)題，進(jìn)行地下空間效能最大化綜合開(kāi)發(fā)利用研究.他結(jié)合街道地下通道連接、商業(yè)區(qū)的地下通道連接、不同地區(qū)的地下過(guò)街通道連接、地下車站與地下市政設(shè)施合建、地下公交場(chǎng)站接駁以及繁華城區(qū)地下空間大范圍連通等實(shí)際工程情況，詳細(xì)分析了地鐵域地下空間與城市空間協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù).其主要論述如下：

1) 地鐵的屬性.首先，具有投資巨大、技術(shù)密集、服務(wù)年限長(zhǎng)的準(zhǔn)公共資源、準(zhǔn)公益性的社會(huì)屬性；其次，是快捷的交通屬性；第三，是內(nèi)部效益外部化的經(jīng)濟(jì)屬性；第四，是地鐵文化屬性；第五，是地鐵新商業(yè)文化屬性；第六，是獨(dú)特地鐵族人群屬性；第七，是地鐵形象屬性.

圖1 地鐵域架構(gòu)

2) 地鐵域.它是指依托地鐵車站、車輛段、停車場(chǎng)、地鐵關(guān)聯(lián)的樞紐等關(guān)聯(lián)土地資源開(kāi)發(fā)的區(qū)域，是地鐵建設(shè)形成的城市資源.其核心范圍與地鐵的客流吸引范圍及土地利用的有效影響有關(guān).其特點(diǎn)為城市中最有價(jià)值的地下空間、與地鐵緊密相連、功能多樣性、產(chǎn)權(quán)復(fù)合性、多種物理特性(高防護(hù)性、熱穩(wěn)定性、易封閉性、內(nèi)部環(huán)境易控性、低能耗性、其他環(huán)境特性、工程不可逆性)等.地鐵域的開(kāi)發(fā)主要包括該區(qū)域地上、地面和地下的立體空間綜合協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)利用；而地鐵域地下空間的開(kāi)發(fā)則主要包括了地下步行系統(tǒng)、地下車庫(kù)、地下商業(yè)以及城市市政設(shè)施等多種形式.地鐵域的規(guī)劃原則是：地鐵網(wǎng)和城市總體規(guī)劃要一致；每條地鐵的土地立體空間開(kāi)發(fā)利用與周邊既有或未來(lái)10年建(構(gòu))筑的和諧結(jié)合；與商業(yè)等方面效能最大化共贏的規(guī)劃一致，即與小區(qū)域規(guī)劃一致.地鐵域架構(gòu)如圖1所示.

3) 空間句法.它由英國(guó)的Bill Hillier 教授于1980年創(chuàng)立的，是一種幾何可達(dá)性評(píng)價(jià)方法，可用于城市空間結(jié)構(gòu)及形態(tài)分析.空間句法的使用，可以分析空間結(jié)構(gòu)對(duì)車流量、人流量的影響.對(duì)商業(yè)綜合體發(fā)展，從角度選擇度與5 km半徑整合度方面考慮，地下和地上空間是一個(gè)整體，地鐵站點(diǎn)對(duì)商業(yè)活力的影響需要放在城市空間結(jié)構(gòu)的框架中考慮，且城市整體空間結(jié)構(gòu)的影響占主導(dǎo)作用；它們對(duì)地鐵周邊街區(qū)商業(yè)分布的影響明顯，結(jié)合這兩組空間參數(shù)可用于量化評(píng)價(jià)地鐵所在城市整體空間結(jié)構(gòu)；地下商業(yè)綜合體的開(kāi)發(fā)需要適應(yīng)城市整體空間結(jié)構(gòu)提供的商業(yè)潛力，避免造成過(guò)度分流地面交通的情況出現(xiàn)；站點(diǎn)出站口的設(shè)置可以適當(dāng)打破優(yōu)先街道布置的定式，激活站點(diǎn)周邊更大范圍的區(qū)域.從微觀角度考慮，地下商業(yè)空間布局設(shè)置宜簡(jiǎn)單明了，不宜復(fù)雜和過(guò)多空間變化；地下商業(yè)通行空間尺度應(yīng)比較寬敞，可有效提升商業(yè)環(huán)境的舒適度；直接自然采光可有效增加地下商業(yè)空間的舒適度與趣味性；地下商業(yè)空間應(yīng)適當(dāng)利用空間節(jié)點(diǎn)形成休憩空間，降低人流速度，增加駐停機(jī)會(huì)，并有效利用節(jié)點(diǎn)空間進(jìn)行商業(yè)布置；地下商業(yè)空間不易多層布置；商業(yè)店鋪應(yīng)集中布置；封閉直線型商業(yè)空間，使得中間區(qū)域人流活動(dòng)發(fā)生率更高.

4) 近接工程技術(shù).在地鐵空間和地鐵關(guān)聯(lián)的地下空間建設(shè)過(guò)程中，不僅地鐵結(jié)構(gòu)自身近接的情況較為復(fù)雜，而且不可避免地要對(duì)既有建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生直接或間接影響.近接工程技術(shù)的關(guān)鍵在于施工全過(guò)程和全壽命周期的安全控制，使地層環(huán)境能確保新老結(jié)構(gòu)安全，即從結(jié)構(gòu)之間和周邊介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，選擇合適的工法和對(duì)應(yīng)的注漿加固和矯正等輔助技術(shù)，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控等措施，使用互補(bǔ)成體系的準(zhǔn)智能化綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地層環(huán)境與新老結(jié)構(gòu)的安全協(xié)同.準(zhǔn)智能化地下空間近接工程安全環(huán)境協(xié)同技術(shù)，基于介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)上盡可能選擇適合該地層和近接既有結(jié)構(gòu)安全的幾何形狀(尺度)以及結(jié)構(gòu)，因地制宜選擇好與既有建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)的合適距離，選擇較為合適的工法(技術(shù))，進(jìn)行有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控(運(yùn)營(yíng)空間結(jié)構(gòu)和地層變形實(shí)測(cè)、施工現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)聯(lián)動(dòng))，選擇注漿加固、地下水位的矯正與調(diào)節(jié)等合理的輔助技術(shù).

2 江蘇省城市軌道交通建設(shè)現(xiàn)狀與混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究進(jìn)展

江蘇省城市軌道交通建設(shè)始于2000年，自“十二五”以來(lái)，步入跨越發(fā)展階段.全省城市軌道交通獲批建設(shè)的城市有南京、蘇州、無(wú)錫、常州、徐州、南通、淮安、昆山.截至2017年底，全省城市軌道交通已投入運(yùn)營(yíng)(試運(yùn)營(yíng))的城市是南京、蘇州、無(wú)錫、淮安，共計(jì)19條線，總里程為584 km.2013年，徐州成為全國(guó)第35個(gè)獲批建設(shè)軌道交通的城市，第一輪線網(wǎng)規(guī)劃遠(yuǎn)景方案由5條線路組成，全長(zhǎng)約151.9 km，共設(shè)112座車站，其中主城區(qū)遠(yuǎn)期構(gòu)建“放射狀+半環(huán)形”的軌道交通線網(wǎng).城市軌道交通工程建設(shè)難度大，涉及專業(yè)廣、技術(shù)要求高、施工環(huán)境復(fù)雜、集中建設(shè)項(xiàng)目多、速度快、專業(yè)技術(shù)管理人員和熟練崗位技術(shù)工人嚴(yán)重匱乏等問(wèn)題.在工程質(zhì)量上，還存在控制不到位、結(jié)構(gòu)滲漏、觀感質(zhì)量較差等問(wèn)題.張大春主任結(jié)合江蘇省城市軌道工程建設(shè)實(shí)踐，指出城市軌道交通處于大規(guī)模、高速度、跨越式發(fā)展時(shí)期，而提高城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量水平是新形勢(shì)下城市軌道建設(shè)的迫切任務(wù)，也是提高投資效益的需要.隨著城鎮(zhèn)化率的提高，主要城市的軌道交通投資將進(jìn)一步加大.他還認(rèn)為，城市軌道交通的科技創(chuàng)新和進(jìn)步，為解決混凝土質(zhì)量問(wèn)題，提供了基礎(chǔ)條件；城市軌道交通工程中的混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究與推廣任重道遠(yuǎn)，需進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)課題研究工作，積極推廣成果轉(zhuǎn)化利用，開(kāi)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、指南的編寫(xiě).張昌偉總經(jīng)理對(duì)混凝土裂縫控制研究進(jìn)行了論述：城市軌道交通工程開(kāi)裂滲漏的普遍現(xiàn)狀，高性能混凝土的研究與應(yīng)用要點(diǎn)，重軌道交通工程混凝土裂縫控制的瓶頸問(wèn)題，結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計(jì)與抗裂性協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，集設(shè)計(jì)、材料、施工、監(jiān)測(cè)于一體的閉環(huán)控制的地下工程結(jié)構(gòu)高性能混凝土抗裂與耐久性保障關(guān)鍵技術(shù).他還針對(duì)混凝土裂縫質(zhì)量控制問(wèn)題，認(rèn)為在對(duì)高性能混凝土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)兼顧工作性、力學(xué)性能和耐久性，達(dá)到《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》及《高性能混凝土評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的技術(shù)要求.

3 新型膠凝材料研究進(jìn)展

超高層、超長(zhǎng)距離、超大體積、超長(zhǎng)跨距等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)混凝土已難于滿足現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的多樣性與復(fù)雜性要求，因而混凝土技術(shù)朝著更多、更高、更新的方向發(fā)展.繆昌文院士圍繞水泥混凝土性能值得注意的幾個(gè)問(wèn)題以及新型膠凝材料的發(fā)展方向，主要進(jìn)行了以下論述：

1) 通用硅酸鹽水泥的主要問(wèn)題.對(duì)于硅酸鹽水泥，堿含量的增加造成收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)增大；硫酸鹽含量的提高，加大了工作性調(diào)控難度；放熱集中與干燥收縮增大，導(dǎo)致開(kāi)裂問(wèn)題嚴(yán)重.

2) 高貝利特水泥.它可以降低水化熱及能耗，減少開(kāi)裂，且可以利用計(jì)算機(jī)模擬方法研究其水化機(jī)理，優(yōu)化水泥組分和性能.如圖2所示.

3) 礦物外加劑.基于不同礦物外加劑的特性效果，形成協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，包括礦物組成、微觀形貌、粒度分布；針對(duì)不同礦物外加劑的專用功能性調(diào)節(jié)組分與應(yīng)用技術(shù)，可降低品質(zhì)波動(dòng)與組分差異導(dǎo)致的不利影響.

4) 堿激發(fā)膠凝材料.它是堿性條件下利用OH—溶解含有硅鋁鈣元素的天然或人工礦物相物質(zhì)，通過(guò)溶解-縮聚反應(yīng)形成硅鋁酸鹽的反應(yīng)產(chǎn)物與微結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生膠結(jié)作用的一類水硬性膠凝材料.目前，堿激發(fā)膠凝材料的成熟工作性調(diào)控技術(shù)仍然欠缺，應(yīng)深入探索堿激發(fā)膠凝材料體系的反應(yīng)機(jī)理、微結(jié)構(gòu)形成機(jī)制與長(zhǎng)期穩(wěn)定性，重點(diǎn)研究堿激發(fā)膠凝材料的功能化方向與工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)，包括新型綠色激發(fā)劑、凝結(jié)時(shí)間與流變性調(diào)控技術(shù)等.

5) LC3水泥 (limestone calcined clay cement，LC3).它主要通過(guò)石灰石和煅燒黏土以取代硅酸鹽水泥，在達(dá)到降低水泥工業(yè)的能耗與碳排放目的的同時(shí)，不影響水泥混凝土的工作性、力學(xué)性能、耐久性.LC3水泥的工作性能略差于硅酸鹽水泥，且由于反應(yīng)體系不同，現(xiàn)還沒(méi)有專用的化學(xué)外加劑，因而應(yīng)深入研究LC3水泥的原料差異性對(duì)其性能的影響及相應(yīng)化學(xué)外加劑的開(kāi)發(fā).LC3水泥組成與力學(xué)性能見(jiàn)圖3.

圖2 高貝利特水泥的組成、特性與研究方法

圖3 LC3水泥組成與力學(xué)性能

6) 建議.重點(diǎn)開(kāi)展綠色化、高性能化硅酸鹽水泥的研究，探討數(shù)值模擬技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的可行性，積極鼓勵(lì)新型膠凝材料的快速發(fā)展，大力引導(dǎo)混凝土功能材料的原創(chuàng)性研究，積極推進(jìn)混凝土的綠色可持續(xù)化發(fā)展.

4 城市軌道交通工程地下車站抗裂防滲新技術(shù)

混凝土開(kāi)裂是導(dǎo)致城市軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)滲漏的最主要原因，劉加平教授在分析地下車站主體結(jié)構(gòu)混凝土開(kāi)裂原因的基礎(chǔ)上，介紹了非荷載作用下結(jié)構(gòu)混凝土抗裂性評(píng)估及設(shè)計(jì)方法、塑性階段水分蒸發(fā)抑制技術(shù)、硬化階段水化速率與膨脹歷程雙重調(diào)控新技術(shù)，以及典型的工程應(yīng)用.主要論述如下：

1) 城市軌道交通工程地下車站防止?jié)B漏的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫控制，抗裂性設(shè)計(jì)應(yīng)將承載裂縫的控制與非承載裂縫開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的量化計(jì)算相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)抗裂性可設(shè)計(jì)、抗裂方案可實(shí)施、抗裂性能可檢測(cè)的目標(biāo)；抗裂功能材料的應(yīng)用是制備高抗裂混凝土的重要手段.

2) 以抑制混凝土水分蒸發(fā)為目的的塑性開(kāi)裂抑制技術(shù)，引入雙親性分子結(jié)構(gòu)，混凝土表面泌水層上實(shí)現(xiàn)自組裝， 在混凝土表面泌水層上形成穩(wěn)定單分子膜，以解決混凝土早期塑性開(kāi)裂問(wèn)題.

3) 以抑制較強(qiáng)外約束及溫度颶升快降條件下的收縮開(kāi)裂為目的的水化速率和膨脹歷程雙重調(diào)控技術(shù)是解決硬化階段側(cè)墻開(kāi)裂難題的有效方法.這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)調(diào)控溫度場(chǎng)，以降低結(jié)構(gòu)溫峰，并通過(guò)調(diào)控膨脹歷程，以提升溫降階段的膨脹效能，進(jìn)而補(bǔ)償溫降收縮，達(dá)到減少混凝土早期裂縫產(chǎn)生的工程目的.

5 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通工程混凝土質(zhì)量控制技術(shù)交流會(huì)由專題研討和土木工程大講堂兩部分組成.本次會(huì)議的舉辦得到了全省軌道交通建設(shè)領(lǐng)域相關(guān)單位、領(lǐng)導(dǎo)、專家學(xué)者和徐州工程學(xué)院的大力支持，會(huì)上各位學(xué)者在自由、活躍的氛圍下，圍繞城市軌道交通工程中的協(xié)同發(fā)展以及混凝土質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)踐應(yīng)用等內(nèi)容，進(jìn)行了深入探討、交流與互動(dòng)，達(dá)到了共享新思想、發(fā)散新思維和提煉新觀點(diǎn)的目的.本次會(huì)議的成功召開(kāi)，為高新混凝土質(zhì)量控制技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用提供了交流合作平臺(tái)，必將進(jìn)一步促進(jìn)我省乃至全國(guó)城市軌道交通工程中的混凝土質(zhì)量控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展.