雷升祥, 趙 偉, 雷宇明

(1. 中國鐵建股份有限公司, 北京 100855; 2. 中鐵十八局集團有限公司,天津 300222; 3. 中國鐵建股份有限公司工程總承包部, 北京 100085)

0 引言

開發(fā)利用城市地下空間是“造福當代、惠澤千秋”的偉業(yè)[1],是改善城市生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化城市空間結構、解決城市病、促進城市韌性及可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2-5],但目前我國城市地下空間存在規(guī)劃不系統(tǒng)、建設品質不高、安全風險防控能力不強等問題[6-8]。

“韌性”概念在工程材料[9]及工程結構抗震[10]中得到較早的應用,是工程結構延性耗能的重要力學概念[11-15]。關于韌性的早期研究,加拿大生態(tài)學家Holling將韌性用于描述生態(tài)系統(tǒng)[16],其本意是“恢復到原始狀態(tài)”,強調吸收外界沖擊和擾動的能力,即外界干擾時能夠消化吸收干擾因素并保持其主要特征、結構和關鍵功能。

王嶠等[17]結合城市韌性與非工程防災的內在關聯,從管理韌性、社會韌性、經濟韌性3個維度提出城市非工程防災策略;文獻[18-23]研究了不同類型基礎設施的工程韌性;畢熙榮等[24]的研究認為韌性評價應當從魯棒性、可靠性、快速性、恢復時長、恢復程度、恢復策略和級聯效應7個要素入手;Admiraal等[25]的研究認為地下空間可提高城市在基礎設施和環(huán)境領域的韌性,保障災時人員和信息的高效流動;鄭剛等[26]則從工程角度研究分析地下空間的韌性,認為巖土與地下工程結構屬于低韌性結構。

在抗災防災領域,韌性具有現實意義。鄭州“7·20”極端特大暴雨引發(fā)的城市內澇問題,對城市地下空間的韌性提出了更高的要求,韌性提升迫在眉睫。雷升祥等[6,8]提出城市地下空間開發(fā)利用的“第四國土” “地下紅線”“融合設計”“節(jié)點TOD空間布局”“規(guī)劃留白”“以人為本”和“智慧建造”新理念,并以構建高品質地下空間為目標,圍繞“安全、高效、舒適、綠色”4個方面,提出以人為本的地下空間品質評價指標體系。

21世紀將會成為地下空間開發(fā)利用的新時代。我國各特大、大型城市以TOD等模式迎來地下空間規(guī)模化開發(fā)的新時期。地下空間具有抗震、抗風、抗爆、防化等防護功能,擁有巨大的防災減災潛力,但地下空間防災具有兩面性。一旦發(fā)生火災、水災,救援難度大,經濟及社會損失大,如圖1所示。目前,我國地下工程質量通病防治任重道遠,工程本身的耐久性、安全性和防連續(xù)倒塌能力不強。因此,亟待提高工程韌性,建設高品質地下空間。

(a) 水災

(b) 火災

上述分析可以看出,眾多專家學者將韌性概念用于工程領域,研究了不同類型基礎設施的工程韌性特征,提出了城市地下空間開發(fā)利用的新理念,但對地下空間工程全生命周期韌性提升的研究相對較少,這也是當前工程實踐中相對缺失的。本文給出地下空間工程韌性的定義和內涵特征,分析全壽命周期工程韌性提升的方法,提出工程韌性提升的方向和建造運維關鍵技術,為提高我國城市地下空間工程韌性和品質及促進城市地下空間開發(fā)利用提供新思路,探索發(fā)展方向。

1 城市地下空間的工程韌性

1.1 城市地下空間工程韌性的定義

城市地下空間工程韌性指地下空間在遭遇自然或人為因素干擾后,在保障工程結構安全、維持使用功能的前提下,所具有的降低風險、減輕破壞或干擾的能力,維持或迅速恢復其功能的能力。包括沖擊抵抗能力、受災恢復能力和風險適應能力3個方面。

城市地下空間工程韌性具有以下4個方面的屬性:

1)魯棒性, 承受擾動事件的沖擊并仍然運行的能力;

2)冗余性,元素或組件可替換的程度;

3)智慧性,在擾動事件發(fā)生后的自適應能力,應對突發(fā)事件自適應的范圍;

4)時效性,受到擾動事件的影響后恢復到預期功能水平的速度。

地下空間工程韌性要實現3個目標:

1)高可靠性。降低擾動事件發(fā)生時的失效概率,使工程更加可靠,體現工程韌性的魯棒性和冗余性。

2)快速恢復性。減少恢復到預期性能水平所用的時間,實現更快恢復,體現工程韌性的時效性。

3)低災害后果性。降低擾動事件對工程的影響程度,減輕不良后果,體現工程韌性的智慧性。

城市地下空間工程韌性本質在于提高工程結構可靠度,維續(xù)地下空間的服役能力。城市地下空間建造涉及工程地質、巖體結構和建筑結構等多個領域,包含地質工程學、土木工程學、地下建筑學、結構力學及巖土力學等多個學科分支,需要進行多領域學科交叉與融合研究,提高地下空間工程韌性。

1.2 城市地下空間工程韌性提升的目標和意義

開發(fā)地下空間是城市回歸自然的重要手段,有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境,工程韌性提升的內涵應該是全功能、全要素、全過程和全深度的。

目前,我國城市地下空間進入高質量發(fā)展新階段,更加著眼于優(yōu)化國土空間布局,提高集約化利用水平,形成多中心、網絡化、開放式、集約型高質量發(fā)展的新格局。地下空間高質量發(fā)展的目標是提升地下空間的韌性防災能力,以滿足人們對美好生活的向往。

地下空間應對災害的理念也由傳統(tǒng)的災害防御抵抗轉變?yōu)樵黾庸こ添g性,提高與風險共存的能力。工程韌性提升的目的是保障工程的高可靠性、低災害后果性和災后快速恢復性。地下空間韌性提升研究從災變發(fā)展規(guī)律、災變機制出發(fā),建立城市地下空間韌性提升理論和方法,為實現我國防災減災戰(zhàn)略、建設韌性城市提供科技支撐。

2 城市地下空間工程韌性提升

2.1 全生命周期韌性提升

城市地下空間工程由于施工環(huán)境差、技術要求高、質量控制難度大等原因,易產生各種缺陷,運營期發(fā)展為病害,給運營和養(yǎng)護帶來挑戰(zhàn)。工程質量是工程韌性的基礎,是保障地下空間冗余度和魯棒性,提高風險防控的時效性和實現災后快速恢復的基礎。質量控制和韌性提升應貫穿包括規(guī)劃階段、設計階段、施工階段和運維階段的工程全生命周期。地下空間全生命周期工程韌性提升如圖2所示。

圖2 地下空間全生命周期工程韌性提升

2.1.1 規(guī)劃階段

規(guī)劃階段主要基于災變全過程控制的地下空間規(guī)劃韌性,進行災變全過程安全評價,實施安全前置的規(guī)劃設計方法。具體包括: 摸清可利用資源總量,評價地下資源要素、環(huán)境因素、空間利用效率及工程建設可行性等;規(guī)劃理念發(fā)揮政府主導,充分考慮城市防災韌性需求,完善城市總體層面的地下空間規(guī)劃內容,實現有效空間統(tǒng)籌和管制;城市地下空間分階段開發(fā)、空間留白,預留長期發(fā)展的拓建及改擴建空間;既有地下空間網絡化改造,構建立體網絡化、高強度可持續(xù)發(fā)展的城市地下空間。

2.1.2 勘察、設計階段

勘察、設計階段的工程韌性提升基于前瞻性和控制性,在冗余度設計等方面有超越“規(guī)范”的勘察、設計韌性。全要素探測巖、土、水、氣、微生物、磁力場、應力場、地溫場、放射場、礦產資源、地下建(構)筑物等要素,系統(tǒng)勘查,實現地下全要素信息集成管理與透明化表達,為各階段提供“高精度、高時效、全要素”的基礎地理地質信息、技術支撐和空間數據服務。

在巖土工程中,局部破壞可引發(fā)大范圍連續(xù)破壞事故。地下空間的工程韌性應擴大內涵和外延,不局限于規(guī)范,應有地下空間工程的防連續(xù)垮塌控制方法,使其從整體上具備合理的防連續(xù)破壞或預控連續(xù)破壞發(fā)展程度的能力,從而對巖土工程連續(xù)破壞程度進行合理控制,為地下工程發(fā)生連續(xù)破壞后功能合理保持及其可恢復性和易愈合性提供基礎和保證。

2.1.3 施工階段

施工階段的工程韌性提升體現在安全及質量2個方面。施工安全和施工質量是地下空間結構施工永恒的主題,施工質量是確保地下結構服役期正常工作的重要保障,施工過程應強化事前、事中、事后的全過程質量控制,選擇支護體系、確定開挖方法、控制圍巖變形是保證工程安全施工的3個關鍵因素。

通病防治是實現工程使用目標和確保工程結構耐久性的重要內容,地下工程質量控制是一個系統(tǒng)工程,貫穿于項目建設全過程。需堅持“質量至上”理念,掌握工程建設標準,創(chuàng)新工藝工法,推進智能建造應用及質量品質提升,實施全過程質量管理,制定有效措施并抓好落實,強化工前質量預防、工中質量控制和工后產品保護,從而確保工程質量。

2.1.4 運維階段

地下空間運維階段要具有基于“安全性”的智慧化地下空間運維韌性。城市地下空間從規(guī)劃、建設到交付使用,各個時期留存的諸如勘察設計不合理、施工質量缺陷和保護不到位等隱患,導致運營期間出現各種各樣的病害,加之重建設不重養(yǎng)護的傳統(tǒng)觀念,地下空間的安全性、耐久性和使用性受到威脅。因此,有效開展病害特征辨識和結構健康狀態(tài)評價、整治具有重要意義。

隨著科學技術的進步,無損檢測應運而生,在不傷害結構本身的前提下,使用相關儀器設備,根據結構內部異?；虼嬖谌毕菀鸬臒?、聲、光、電、磁等反應的變化,對病害進行辨識,為開展病害處治工作提供了一雙“眼睛”。通過病害機制分析,可使病害防治更具針對性、系統(tǒng)性,有效提升養(yǎng)護管理水平。

提升地下空間服役性能,確保運行安全,是地下空間運營維養(yǎng)的根本目標。地下空間的運維管理應從制度、技術、人才、設備等方面形成制度化、專業(yè)化、標準化、規(guī)范化的維養(yǎng)架構,如圖3所示。通過一系列智能化的工程技術手段,保障地下空間運營的最大效益。

圖3 地下空間維養(yǎng)的基本架構

2.2 地下工程韌性提升的方向

科學技術與社會進步歷來息息相關,人類社會的每一次進步與科學技術的進步有密切關系。城市地下空間工程韌性提升更是與地下工程相關建造理念與技術的進步密不可分。

2.2.1 城市更新技術

雷升祥[7]針對我國城市地下空間存在的規(guī)劃落后于城市建設實踐、連通性及系統(tǒng)性不足等問題,提出城市地下空間更新改造與網絡化拓建的理念和方式方法,如圖4所示。

圖4 城市更新與網絡化拓建

地下空間開發(fā)利用是城市更新的重要措施,我國城市地下基礎設施規(guī)模大,但開發(fā)碎片化,綜合功能弱,存在大量網絡化拓建的現實需求,以期消除安全隱患,擴大地下空間功能,實現城市地下空間的重構和接續(xù)建設。同時,城市地下空間面臨風險管控、多維拓建、微擾動控制3大技術難題,需要通過全要素的地質勘探、混凝土防腐防裂、圍巖-結構防水、智能監(jiān)控運維等技術加速地下空間開發(fā)建設,通過人工環(huán)境營造技術,提高地下空間的應用范圍和使用品質。

2.2.2 韌性耗能結構與材料

城市地下空間采用韌性耗能結構及材料,增強結構延性,提高結構抵抗沖擊荷載的能力,避免發(fā)生連續(xù)性破壞。在傳統(tǒng)的混凝土和鋼結構延性設計的基礎上,通過地下空間精細勘測,實現地下空間科學選址定位;研發(fā)新型耗能結構及材料,包括高預應力吸能錨桿、水泥基鋼纖維復合材料、泡沫鋁夾心層、蜂窩結構、新型耗能減震支座及耗能支撐等。高預應力吸能錨桿吸收圍巖變形釋放的能量,具有高恒阻力、高延伸性能;蜂窩結構是理想的輕質結構,具有良好的抗沖擊性能,適合做吸能材料和結構;泡沫鋁獨特的泡孔結構在受到沖擊時能夠吸收大量的能量,具有優(yōu)良的吸能效果以及抵抗爆炸的能力;高聚物注漿材料密度和剛度可控,具有很好的吸收動能的特性,能夠緩和沖擊,降低應力幅值。

2.2.3 智能建造

城市地下空間向規(guī)模大型化、空間多維化、結構復雜化、環(huán)境人性化方向發(fā)展。構建勘察、設計、施工、運維一體的全壽命周期/全價值鏈的數字管理平臺,提高智能建造水平。基于城市地下基礎設施運行綜合監(jiān)測,地下空間巡檢機器人,城市地下空間安全監(jiān)控與智能化管理平臺,精確傳感、遠程傳輸、專家知識庫深度學習、智能分析等技術,實現施工質量與施工安全的自主判斷、及時預警,能夠將預警事件及應急處置預案同步推送給監(jiān)測平臺和工程管理人員,確?？焖?、高效處理預警事件,為地下空間安全建造提供技術支撐。

2.2.4 智慧運維

開展工程數字交付,從源頭掌握基礎數據,滿足數據查詢與儲存、數字化監(jiān)管與控制、數字化運維與管理,制定國家級/行業(yè)級/企業(yè)級數字化交付標準,建設城市基礎設施數據庫。

構建智慧運維的運營監(jiān)測體系,自動化數據采集、傳輸,智能監(jiān)控預警,健康評估,智能治理,形成智慧監(jiān)測+智慧監(jiān)控運維管理。城市地下空間智慧運維需從結構安全智能監(jiān)測、機電系統(tǒng)健康監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能應急、科學維養(yǎng)管理及工程技術等方面開展相關研究及技術應用。

2.3 工程韌性提升關鍵建造技術

2.3.1 城市地下空間微擾動建造技術

城市地下空間資源緊張, 受既有建(構)筑物、管線(涵)等工程環(huán)境條件限制,對施工變形控制的要求高、難度大。既有工程作為控制性因素存在,形成后續(xù)空間開發(fā)的邊界約束,而較大的凈距導致許多新建地下工程無法實施,嚴重影響地下空間的開發(fā)利用。因此,城市地下空間施工要堅持以大剛度(控制變形)為核心,以地層和結構安全(強度和穩(wěn)定性)為保障的原則。

地下空間施工變形控制的關鍵環(huán)節(jié)包括微擾動開挖和大剛度支護,如圖5所示。通常采用減小毛洞縱橫跨的分部開挖和短進尺開挖以及靜態(tài)破巖等微擾動開挖技術;在大剛度支護方面,采用包括地層加固、高彈模材料和強剛支護等方法提高施工變形控制能力。

圖5 地下空間變形控制

2.3.2 連通接駁等效剛度加固

城市地下空間由于建造時空不連續(xù),連通性和系統(tǒng)性差,需要進行基于既有地下結構的拓建更新,實現不同區(qū)域和不同時期建造的地下設施互連互通,功能整合。新舊結構的連通接駁必然要解決既有結構開洞問題。工程實踐中常見“先開洞、后加固”的方式,利用了超靜定結構在正常使用狀態(tài)下的結構冗余度,但降低了結構的安全系數。

等效剛度法加固依據結構剛度控制應力分配路徑及大小的基本原理,通過剛度設計,構造明確、簡潔的內力傳遞路徑,在內力承擔方面,最大限度地實現新增結構對原有結構的力學功能替代;同時,既有結構的位移場盡量與開洞前保持一致,降低超靜定結構對位移的反應,確保洞周既有結構的內力不超過開洞前狀態(tài)[27]。

以常見的地下墻體開洞為例,原結構拆除的墻轉換為洞周加固的梁柱(環(huán)梁)結構,其受力狀態(tài)由墻的壓、彎、剪轉換為梁的扭、雙向彎剪和柱的壓、雙向彎剪,如圖6所示。加固設計首先根據等效剛度原理確定加固環(huán)梁(梁、柱)的截面,墻的壓(彎)剛度轉變?yōu)橹膲?彎)剛度,墻的抗彎(單向)剛度變?yōu)榱旱目箯?雙向)和抗扭剛度,即先進行剛度計算確定初始截面,再進行極限承載力和正常使用極限狀態(tài)的設計。

圖6 等效剛度加固

2.3.3 混凝土防腐防裂技術

混凝土因其成本低、可塑性強、耐久性高、密實性好等優(yōu)點非常適合用于地下工程。

鋼筋混凝土結構在地下工程中的作用體現在: 1)防漏、防水作用; 2)結構的安全儲備; 3)補強支護,約束圍巖變形,保障洞室圍巖穩(wěn)定性; 4)提高地下結構的耐久性,并延長結構的使用壽命; 5)有利于對地下空間內部設施進行保護,同時保證地下空間內的美觀。從工程實踐看,地下工程混凝土結構的質量缺陷和病害也最為嚴重,投入使用后,病害整治難度大,且難以整治徹底。因此,必須把觀念從重整治轉變到重預防上,建設“內實外美、安全可靠、經久耐用”的高品質地下工程。

為了提高結構韌性,應重視混凝土結構的耐久性問題?；炷恋哪途眯栽O計要考慮溫、濕作用以及二氧化碳、氧、鹽、酸等環(huán)境因素對結構的作用,混凝土腐蝕機制如表1所示。

表1 混凝土腐蝕機制

混凝土結構的裂縫是影響耐久性的另一個方面,尤其是超長超厚混凝土結構由于溫度變化和收縮而導致的有害裂縫危害較大。混凝土在硬化期間,由于水化過程中“熱漲”和硬化時“收縮”的特性相互作用,容易誘發(fā)結構出現裂縫。混凝土施工應著重采取控制混凝土溫升、延緩混凝土降溫速率、減少混凝土收縮、提高混凝土極限拉應變、改善約束、完善構造設計等措施。

水泥水化產物堵塞裂縫并將2個斷裂面膠接在一起的現象稱為混凝土的自愈合性能,一般混凝土的齡期越短,自愈合能力越強?；炷亮芽p的自愈合性能對鋼筋混凝土耐久性有重要意義,特別是對于地下空間結構,裂縫的自愈合性能會使原本滲漏水的裂縫愈合,恢復結構的使用功能?？衫没炷亮芽p自愈合技術使混凝土損傷部位中未水化和水化不充分的膠凝材料加速水化或進一步反應生成新的反應產物彌合裂縫,包括結晶沉淀、結晶滲透、聚合物固化、記憶合金、微生物和電解沉積技術等。

2.3.4 圍巖-結構防排水技術

城市地下空間結構滲漏水是運營期的“頑疾”,治理費用高且效果差,易出現反復,具有多樣性、系統(tǒng)性的特點,嚴重影響地下空間的使用品質,應從提高工程韌性的角度,提升城市地下空間的綜合防水能力。

地下空間結構滲漏水原因可總結為3個方面,即客觀原因、直接原因和其他原因,其構成如圖7所示。水的存在是地下空間結構滲漏水的前提和客觀條件,在富水地段,結構可能會承受較高的水壓,結構的任何缺陷和病害都可能成為滲漏水的通道,反過來,滲漏水又會加快結構病害的產生和發(fā)展,影響地下空間的使用品質和壽命。

地下空間防水層的耐久性是指防水層在特定環(huán)境下的長期服役性能。歐洲認證機構以老化試驗為依據的耐久年限證書以25年為限,30年耐久性報告以25年實際工程取樣試驗后確認,以此類推,更長的耐久年限報告均以實際工程取樣進行老化試驗后,獲得5年的耐久年限進階。從我國目前的防水材料及施工技術分析,地下空間外設防水層要與結構同壽命,從理論及實踐上均無法得到有效確認,要實現地下空間防水設計使用年限不低于工程結構設計使用年限的目標,需要從圍巖改良、混凝土結構自防水、輔助防水系統(tǒng)及后期運維方面綜合施策。

主要措施包括: 1)采用圍巖深-淺孔注漿降低滲透系數,提高圍巖承載力的同時,實現地下水有限排放; 2)初期支護噴漿密實、表面圓順,為防水層敷設提供基面; 3)提高混凝土的密實性,設置構造筋提高抗裂性能,提高結構自防水能力; 4)提高變形縫、施工縫、后澆帶及洞口等特殊部位接縫防水質量; 5)設置多道高性能防水層,實行分區(qū)防水,將反黏防水等有機防水材料與聚合物等無機防水材料相結合; 6)確?？v橫盲管(溝)、排水管、排水溝組成的排水系統(tǒng)暢通; 7)運維過程中,進行滲漏水監(jiān)測及缺陷、病害處理。

圖7 地下空間結構滲漏水成因

2.3.5 高耐久性錨固

在地下空間支護體系中,錨固技術是唯一從內部補強圍巖的手段,在復雜地下工程中發(fā)揮著重要作用。目前,錨固技術朝著大噸位、高應力的方向發(fā)展,其材料腐蝕及力學作用的耐久性已經成為決定工程正常使用和運行安全的重要因素。

錨固工程可采用2種不同防腐方式: 第1種為雙重防腐,即在錨筋外壁涂刷環(huán)氧樹脂涂層后進行試件灌漿成型;第2種為多重防腐(如圖8所示),它與第1種的區(qū)別在于水泥注漿層中設有高密度聚乙烯波紋管[28]。

(a) 錨固示意

(b) A-A剖面

(c) 實物剖面

鋼質錨桿桿體設置對中支架,能固定錨桿桿體與錨孔孔壁的位置關系,保證桿體外裹錨固材料的厚度,是鋼質桿體防腐的重要措施之一。圖9示出了錨桿對中支架實物照片,經優(yōu)化后的對中支架采用工程塑料,定制化生產,耐腐蝕性強、產品輕、價格低。

圖9 錨桿對中支架

對于預應力錨固來說,除了采用防腐措施提高錨固材料耐久性外,預應力損失的監(jiān)控和補償也是確保錨固服役耐久性的重要內容。

巖土工程具有隱蔽性,預應力損失問題在巖土工程中顯得更為突出。錨固結構工后檢測預應力損失,進而對錨固結構的工作狀況進行分析評估,利用預應力補償技術使預應力損失嚴重的錨索結構恢復到設計要求,維持結構的安全和使用年限。

2.3.6 非結構構件耗能減震

現階段,我國建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定了主體結構“小震不壞”“中震可修”“大震不倒”三水準的設防要求,但由于非結構構件的抗震研究起步晚,設計理念不夠清晰,往往破壞更為嚴重,這對建筑物使用功能的維持運轉造成了較大影響,無法滿足工程整體抗震韌性的要求。圖10示出了地面建筑非結構構件震害,可看出結構主體并未發(fā)生破壞,框架填充墻及吊頂、設備橋架等非結構構件破壞比較嚴重。

(a)

(b)

圖11示出了非結構構件受力特征。圖11(a)為框架結構常規(guī)填充墻構造,填充墻體與主體結構梁柱頂緊接觸。此種情況下,主體結構具有較大的附加側向剛度,存在增加結構地震作用、改變結構構件的受力特征及結構動力特性等問題,導致填充墻自身破壞嚴重、主體結構發(fā)生薄弱層倒塌或扭轉破壞、框架柱因窗間矮墻發(fā)生短柱破壞等震害。城市地下大空間多層多跨結構越來越多,應重視框架填充墻的震害問題。減輕填充墻震害的方法主要有: 1)增強填充墻抗震能力; 2)隔斷填充墻與結構構件間的傳力路徑; 3)基于消能減震技術原理對填充墻進行改造。

如圖11(b)所示,傳統(tǒng)樓梯由于梯板與梯梁固端連接,梯板平面內剛度可傳遞至其他樓梯構件,形成樓梯“K形”支撐效應。一方面,地震作用下,樓梯“K形”支撐效應使樓梯各構件的內力增加,樓梯構件極易出現嚴重損傷。另一方面,樓梯“K形”支撐效應對結構剛度水平分布的影響常在結構設計中被忽略,易導致結構(尤其是框架結構)在地震中發(fā)生因動力特性改變而扭轉破壞的現象。上述現象不僅導致震后樓梯通道功能中斷,震后恢復時間長,且阻礙主體結構系統(tǒng)抗震功能的實現。

(b) 樓梯

為降低“K形”支撐效應,可采用消能減震技術原理,在原一體化的梯梁(平臺板)與梯板交接處進行“切斷”,然后在“切斷”處設置水平剪切剛度低、耗能能力好的消能減震(隔震)樓梯支座。該方法可達到樓梯震中不破壞、功能不中斷,震后樓梯功能可恢復的韌性要求。消能減震(隔震)樓梯支座可選用黏彈性減震樓梯支座、摩擦減震樓梯支座、軟鋼減震樓梯支座或橡膠隔震支座。

2.3.7 運維期防災減災技術

城市地下空間運維期間應對水災、火災和爆炸等災害的能力是城市地下空間工程韌性的重要內容。地下工程的主體多為鋼(鋼筋或型鋼)-混凝土結構或型鋼結構,提高火災后結構構件的安全性至關重要,具體措施包括優(yōu)化防火分區(qū)、應用高性能耐火材料、開發(fā)耐火性結構監(jiān)測和材料性能監(jiān)測技術、對燒損程度進行科學評價以及合理加固修復等。地下空間水災后應防范來水通過排水系統(tǒng)或滲漏水通道進入外部,引起主體結構外部約束條件改變帶來危害,包括結構抗浮、承壓水上升、流砂掏空以及圍巖軟化等。城市地下公共空間的主要結構構件應具有抵抗爆炸荷載的能力和防連續(xù)倒塌的能力;對具有人防功能的地下空間,應從提高工程韌性的角度,研發(fā)高性能耗能結構及耗能材料,以提升防護能力。

3 結論與討論

目前,我國城市地下空間建造呈現規(guī)模大、發(fā)展快的特點,這對于實現“雙碳”目標,促進城市更新和破解“大城市病”具有重要作用,但同時面臨建造和運維風險管控的挑戰(zhàn),亟待提高工程韌性,增加防災減災的能力。論文從工程視角分析城市地下空間的工程韌性,得出如下結論:

1)城市地下空間工程韌性是指地下空間在遭遇自然或人為因素干擾后,所具有的安全保障能力,是發(fā)揮城市地下空間功能的基礎。

2)地下空間工程韌性提升貫穿規(guī)劃、勘察設計、施工、運維全生命周期,應從空間留白,通病防治,新技術、新材料應用等方面協(xié)同研究,解決地下空間工程韌性的全過程、全專業(yè)銜接問題。

3)城市更新技術、韌性結構及材料、智能建造和智慧運維是韌性提升的重要方向。通過城市地下空間的韌性提升,增強城市功能和防災減災能力。

4)城市地下空間工程韌性提升涉及方方面面,本文從微觀層面上列舉了變形控制、連通接駁加固、防水技術等7項在地下空間開發(fā)利用中問題相對較多,對工程韌性及安全有直接影響的關鍵建造技術,后續(xù)亟需從材料和技術方面開展研究和應用。