姜 慧

(徐州工程學院，江蘇 徐州 221018)

2018年3月 15日，城市軌道交通工程混凝土質量控制技術交流會在徐州工程學院成功舉辦.會議由江蘇省土木建筑學會主辦，徐州工程學院承辦.中國工程院院士梁文灝、繆昌文、陳湘生、東南大學教授劉加平、江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳質安處處長汪志強、江蘇省土木建筑學會秘書長王華、江蘇省土木建筑學會城市軌道交通建設專委會主任張大春、江蘇省土木建筑學會城市軌道交通建設專委會秘書長盧紅標，及相關企業(yè)代表、徐州工程學院教師參加會議.江蘇省土木建筑學會秘書長王華主持了本次會議.

上午，與會領導和專家就城市軌道交通工程混凝土質量控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀、技術創(chuàng)新及實踐應用等內容分別作專題講座和學術交流，其中江蘇省土木建筑學會城市軌道交通建設專委會主任張大春作“江蘇省城市軌道交通工程混凝土質量控制技術研究及實踐”專題報告，徐州市城市軌道交通有限責任公司總經理張昌偉作“城市軌道交通工程地下車站混凝土裂縫控制研究技術在徐州地鐵中的應用”專題報告，東南大學教授劉加平作“地下車站抗裂防滲新技術”學術報告.下午，中國工程院院士繆昌文、陳湘生分別作“水泥混凝土值得注意的幾個問題”、“地鐵建設與城市空間的協(xié)同”學術報告.本次會議的高水平學術交流活動，將推動城市軌道交通建設的協(xié)同發(fā)展，促進混凝土質量控制技術研究的創(chuàng)新與應用.

1 地鐵建設與城市空間的協(xié)同發(fā)展研究進展

近30年，我國城市地鐵建設迅速發(fā)展，極大地緩解了城市交通壓力.截止2017年底，有32個城市投入運營的城市軌道交通線路為159條，總里程達4 750 km(不含城市快軌)；有近50個城市的軌道交通建設規(guī)劃獲批復，每年投資超過3 500億元.但是，目前鮮有地鐵企業(yè)盈利，地鐵運營已經成為地方政府財政上一個沉重包袱.因此，如何使地鐵建設走上良性可持續(xù)發(fā)展的道路，是地鐵建設過程中長期以來想解決而一直未能解決的問題.陳湘生院士圍繞地鐵建設與城市空間的協(xié)同問題，進行地下空間效能最大化綜合開發(fā)利用研究.他結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)的地下過街通道連接、地下車站與地下市政設施合建、地下公交場站接駁以及繁華城區(qū)地下空間大范圍連通等實際工程情況，詳細分析了地鐵域地下空間與城市空間協(xié)同的關鍵技術.其主要論述如下：

1) 地鐵的屬性.首先，具有投資巨大、技術密集、服務年限長的準公共資源、準公益性的社會屬性；其次，是快捷的交通屬性；第三，是內部效益外部化的經濟屬性；第四，是地鐵文化屬性；第五，是地鐵新商業(yè)文化屬性；第六，是獨特地鐵族人群屬性；第七，是地鐵形象屬性.

圖1 地鐵域架構

2) 地鐵域.它是指依托地鐵車站、車輛段、停車場、地鐵關聯(lián)的樞紐等關聯(lián)土地資源開發(fā)的區(qū)域，是地鐵建設形成的城市資源.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.其特點為城市中最有價值的地下空間、與地鐵緊密相連、功能多樣性、產權復合性、多種物理特性(高防護性、熱穩(wěn)定性、易封閉性、內部環(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)調開發(fā)利用；而地鐵域地下空間的開發(fā)則主要包括了地下步行系統(tǒng)、地下車庫、地下商業(yè)以及城市市政設施等多種形式.地鐵域的規(guī)劃原則是：地鐵網和城市總體規(guī)劃要一致；每條地鐵的土地立體空間開發(fā)利用與周邊既有或未來10年建(構)筑的和諧結合；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.地鐵域架構如圖1所示.

3) 空間句法.它由英國的Bill Hillier 教授于1980年創(chuàng)立的，是一種幾何可達性評價方法，可用于城市空間結構及形態(tài)分析.空間句法的使用，可以分析空間結構對車流量、人流量的影響.對商業(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整體，地鐵站點對商業(yè)活力的影響需要放在城市空間結構的框架中考慮，且城市整體空間結構的影響占主導作用；它們對地鐵周邊街區(qū)商業(yè)分布的影響明顯，結合這兩組空間參數(shù)可用于量化評價地鐵所在城市整體空間結構；地下商業(yè)綜合體的開發(fā)需要適應城市整體空間結構提供的商業(yè)潛力，避免造成過度分流地面交通的情況出現(xiàn)；站點出站口的設置可以適當打破優(yōu)先街道布置的定式，激活站點周邊更大范圍的區(qū)域.從微觀角度考慮，地下商業(yè)空間布局設置宜簡單明了，不宜復雜和過多空間變化；地下商業(yè)通行空間尺度應比較寬敞，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)空間應適當利用空間節(jié)點形成休憩空間，降低人流速度，增加駐停機會，并有效利用節(jié)點空間進行商業(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)域人流活動發(fā)生率更高.

4) 近接工程技術.在地鐵空間和地鐵關聯(lián)的地下空間建設過程中，不僅地鐵結構自身近接的情況較為復雜，而且不可避免地要對既有建(構)筑物結構的安全產生直接或間接影響.近接工程技術的關鍵在于施工全過程和全壽命周期的安全控制，使地層環(huán)境能確保新老結構安全，即從結構之間和周邊介質的物理力學性質出發(fā)，選擇合適的工法和對應的注漿加固和矯正等輔助技術，以及實時監(jiān)測監(jiān)控等措施，使用互補成體系的準智能化綜合技術，實現(xiàn)地層環(huán)境與新老結構的安全協(xié)同.準智能化地下空間近接工程安全環(huán)境協(xié)同技術，基于介質的物理力學性質，設計上盡可能選擇適合該地層和近接既有結構安全的幾何形狀(尺度)以及結構，因地制宜選擇好與既有建(構)筑物結構的合適距離，選擇較為合適的工法(技術)，進行有效地實時監(jiān)測監(jiān)控(運營空間結構和地層變形實測、施工現(xiàn)場參數(shù)聯(lián)動)，選擇注漿加固、地下水位的矯正與調節(jié)等合理的輔助技術.

2 江蘇省城市軌道交通建設現(xiàn)狀與混凝土質量控制技術研究進展

江蘇省城市軌道交通建設始于2000年，自“十二五”以來，步入跨越發(fā)展階段.全省城市軌道交通獲批建設的城市有南京、蘇州、無錫、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營(試運營)的城市是南京、蘇州、無錫、淮安，共計19條線，總里程為584 km.2013年，徐州成為全國第35個獲批建設軌道交通的城市，第一輪線網規(guī)劃遠景方案由5條線路組成，全長約151.9 km，共設112座車站，其中主城區(qū)遠期構建“放射狀+半環(huán)形”的軌道交通線網.城市軌道交通工程建設難度大，涉及專業(yè)廣、技術要求高、施工環(huán)境復雜、集中建設項目多、速度快、專業(yè)技術管理人員和熟練崗位技術工人嚴重匱乏等問題.在工程質量上，還存在控制不到位、結構滲漏、觀感質量較差等問題.張大春主任結合江蘇省城市軌道工程建設實踐，指出城市軌道交通處于大規(guī)模、高速度、跨越式發(fā)展時期，而提高城市軌道交通工程混凝土質量水平是新形勢下城市軌道建設的迫切任務，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一步加大.他還認為，城市軌道交通的科技創(chuàng)新和進步，為解決混凝土質量問題，提供了基礎條件；城市軌道交通工程中的混凝土質量控制技術研究與推廣任重道遠，需進一步開展相關課題研究工作，積極推廣成果轉化利用，開展相關標準、指南的編寫.張昌偉總經理對混凝土裂縫控制研究進行了論述：城市軌道交通工程開裂滲漏的普遍現(xiàn)狀，高性能混凝土的研究與應用要點，重軌道交通工程混凝土裂縫控制的瓶頸問題，結構混凝土耐久性設計與抗裂性協(xié)同設計的實現(xiàn)，集設計、材料、施工、監(jiān)測于一體的閉環(huán)控制的地下工程結構高性能混凝土抗裂與耐久性保障關鍵技術.他還針對混凝土裂縫質量控制問題，認為在對高性能混凝土進行標準設計與評價時，應兼顧工作性、力學性能和耐久性，達到《高性能混凝土應用技術指南》及《高性能混凝土評價標準》中的技術要求.

3 新型膠凝材料研究進展

超高層、超長距離、超大體積、超長跨距等現(xiàn)代結構的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)混凝土已難于滿足現(xiàn)代混凝土結構的多樣性與復雜性要求，因而混凝土技術朝著更多、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問題以及新型膠凝材料的發(fā)展方向，主要進行了以下論述：

1) 通用硅酸鹽水泥的主要問題.對于硅酸鹽水泥，堿含量的增加造成收縮開裂風險增大；硫酸鹽含量的提高，加大了工作性調控難度；放熱集中與干燥收縮增大，導致開裂問題嚴重.

2) 高貝利特水泥.它可以降低水化熱及能耗，減少開裂，且可以利用計算機模擬方法研究其水化機理，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，包括礦物組成、微觀形貌、粒度分布；針對不同礦物外加劑的專用功能性調節(jié)組分與應用技術，可降低品質波動與組分差異導致的不利影響.

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，通過溶解-縮聚反應形成硅鋁酸鹽的反應產物與微結構，產生膠結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控技術仍然欠缺，應深入探索堿激發(fā)膠凝材料體系的反應機理、微結構形成機制與長期穩(wěn)定性，重點研究堿激發(fā)膠凝材料的功能化方向與工業(yè)化應用技術，包括新型綠色激發(fā)劑、凝結時間與流變性調控技術等.

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

圖2 高貝利特水泥的組成、特性與研究方法

圖3 LC3水泥組成與力學性能

6) 建議.重點開展綠色化、高性能化硅酸鹽水泥的研究，探討數(shù)值模擬技術指導生產實踐的可行性，積極鼓勵新型膠凝材料的快速發(fā)展，大力引導混凝土功能材料的原創(chuàng)性研究，積極推進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

混凝土開裂是導致城市軌道交通地下車站結構滲漏的最主要原因，劉加平教授在分析地下車站主體結構混凝土開裂原因的基礎上，介紹了非荷載作用下結構混凝土抗裂性評估及設計方法、塑性階段水分蒸發(fā)抑制技術、硬化階段水化速率與膨脹歷程雙重調控新技術，以及典型的工程應用.主要論述如下：

1) 城市軌道交通工程地下車站防止?jié)B漏的關鍵在于結構混凝土的裂縫控制，抗裂性設計應將承載裂縫的控制與非承載裂縫開裂風險的量化計算相結合，實現(xiàn)抗裂性可設計、抗裂方案可實施、抗裂性能可檢測的目標；抗裂功能材料的應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)為目的的塑性開裂抑制技術，引入雙親性分子結構，混凝土表面泌水層上實現(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裂問題.

3) 以抑制較強外約束及溫度颶升快降條件下的收縮開裂為目的的水化速率和膨脹歷程雙重調控技術是解決硬化階段側墻開裂難題的有效方法.這項技術通過調控溫度場，以降低結構溫峰，并通過調控膨脹歷程，以提升溫降階段的膨脹效能，進而補償溫降收縮，達到減少混凝土早期裂縫產生的工程目的.

5 結語

城市軌道交通工程混凝土質量控制技術交流會由專題研討和土木工程大講堂兩部分組成.本次會議的舉辦得到了全省軌道交通建設領域相關單位、領導、專家學者和徐州工程學院的大力支持，會上各位學者在自由、活躍的氛圍下，圍繞城市軌道交通工程中的協(xié)同發(fā)展以及混凝土質量控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀、技術創(chuàng)新及實踐應用等內容，進行了深入探討、交流與互動，達到了共享新思想、發(fā)散新思維和提煉新觀點的目的.本次會議的成功召開，為高新混凝土質量控制技術在城市軌道交通領域的推廣與應用提供了交流合作平臺，必將進一步促進我省乃至全國城市軌道交通工程中的混凝土質量控制技術的創(chuàng)新發(fā)展.