摘要：随着我国社会经济的快速发展以及城市化进程的加快，城市人口数量剧增，交通拥堵的情况在我国大部分城市都可以见到，而修建地铁对于改善城市交通环境起到了不可忽视的作用，这也意味着我国的地铁还有着很大的发展空间。
作为地铁重要组成部分的区间隧道若修在含水地层或透水地层中，则将受到地下水有害作用，高水位地下水往往引起地铁结构产生渗漏现象，尤其是作为防水薄弱环节的变形缝渗漏情况更为常见。如在设计中减少甚至取消变形缝，就能减少薄弱的一环。如在设计中减少甚至取消变形缝，就能减少防水薄弱一环。本文拟在设计角度合理设置变形缝，以达到有效的防水目的。
关键词：超长地铁明挖区间；变形缝；伸缩缝
1变形缝的作用与种类
由于温度变化、地基不均匀沉降或地震因素的影响，易使建筑发生变形或破坏，故在设计时应事先将结构划分成若干个独立部分，使各部分能自由独立的变化，这种将结构垂直分来的预留缝叫做变形缝。包括沉降缝、伸缩缝和防震缝。
在地铁结构中，由于受到地震因素的影响较小，变形缝通常指沉降缝和伸缩缝。
2《地铁设计规范》关于变形缝设置要求
考虑到行车平顺，在区间隧道与车站结构中不宜设置沉降缝。对于因结构、基础或荷载发生变化，可能产生较大的差异沉降时，宜通过地基处理，结构措施等方法，将结构的纵向沉降曲率和沉降差控制在无砟道床和地下结构的允许变形范围内，以此避免设置沉降缝。
对于伸缩缝，《地铁设计规范》（GB50157-2013）对主体结构伸缩缝缝的设置作了以下规定：伸缩缝形式和间距可根据施工工艺、使用要求、围岩条件以及运营期间地铁内部温度相对于结构施工时的变化等，参照类似工程的经验确定。
3加大伸缩缝间距产生问题
混凝土结构由于其材料特点，具有早期水化热产生降温收缩、使用期季节温度变化发生各种涨缩的现象，同时受到来自外部和内部的各种约束。外部约束如周边地层对结构表面的约束、先浇围护结构对内部结构的约束，以及现浇底板对后浇侧墙的约束等；内部约束如厚板承受非均匀受热或非均匀收缩，大体积混凝土的内表的温差变形等。混凝土体积变化受到约束制约，即在混凝土内部产生约束拉应力，当约束拉应力大于混凝土抗拉强度，混凝土结构即出现裂缝。
地铁结构经常采用现浇钢筋混凝土箱型结构，根据地下结构防水要求，加长地铁结构伸缩缝的间距，减小伸缩缝的道数，从源头上控制渗漏风险点的数量，一段箱型结构伸缩缝设置越少越好，甚至不设置伸缩缝。加大变形缝间距无疑增大了混凝土体积变化及约束力的大小，甚至可能导致严重的混凝土开裂现象，因此需针对地铁结构早期及使用期的体积变形特征进行分析研究。
4伸缩缝的合理间距讨论
按照现行国标《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版） ，处于土中的混凝土结构，现浇钢筋混凝土连续结构的伸缩缝间距为30m。按现行《地铁设计规范》GB50157-2013，伸缩缝分缝的长度并无具体规定，主要依靠工程经验。
按照通常做法，成都地铁明挖区间一般400m左右设置一道伸缩缝，根据大量的工程现场调查研究和变形观测，未产生明显的开裂现象。计算分析使用期间明挖矩形区间的伸缩缝间距，验证其合理性。
对于地下明挖区间结构来说，一般顶板覆土以2.5～3.5m为多，地下结构受外界温度变化影响较小，可以不考虑温度伸缩的影响。区间纵向强度和变形问题主要由混凝土结构收缩引起。
《铁路隧道设计规范》TB10003-2005中规定，混凝土收缩可按照降低结构温度来计算。对于整体浇筑的钢筋混凝土结构相当于降低温度15度；对于分段浇筑的钢筋混凝土结构混凝土收缩的影响相当于降低温度10度。
下面通过成都地区某一典型明挖区间为例，该区间断面图下图所示，区间隧道侧墙厚度为600，区间顶、底板厚700，混凝土等级C35，根据文献[1]的相关公式计算明挖区间纵向伸缩缝的间距：
式中：
；
；
，成都砂卵石地层该值可以取
；
自由变形率：
。
混凝土极限拉伸
则应考虑混凝土结构养护条件、施工质量及纵向配筋情况。
情况一：施工过程中混凝土结构养护良好，施工质量正常，结构纵向构造配筋率0.2%，此时考虑徐变影响的混凝土极限拉伸：
式中：
；
；
；
在此种情况下，自由温度变形小于混凝土的极限拉伸，温度应力与温差成正比，小于极限拉伸的温度变形应当使[L]趋于无穷，所以，在此情况下，任意长度可以不留伸缩缝。
故在计算中：
时，取
，
。
情况二；施工过程中，混凝土结构养护很差，施工质量较差，结构纵向配筋率较低，不计其影响，根据文献[1]相关资料，在此种情况下，混凝土结构极限拉伸较低，
值约为
。
m
由此可见，当施工条件不良，养护很差，即便是按照《混凝土结构设计规范》每隔30m设置一道伸缩缝，结构依然会开裂。
5加大伸缩缝间距需采取的措施
由文献[1]伸缩缝间距
公式可知，影响伸缩缝间距的主要因素是温差
，混凝土的极限拉伸
，比例系数等。通过各个影响因素分析，加大地铁明挖区间伸缩缝间距需采取如下措施：
（1）增大混凝土的极限拉伸
。加强施工过程控制，保证结构混凝土强度；结构构造配筋保证一定的构造配筋率（不小0.2%），采用密而小钢筋的配筋形式，均可以增加混凝土的极限拉伸值。
（2）减小混凝土结构的温差
，即减小混凝土结构的收缩。施工中混凝土结构应分段浇筑，应严格控制施工缝的间距（15～25m），加强混凝土的养护等措施均可以减小混凝土结构的收缩。
（3）减小地基对结构的比例系数
。地铁明挖区间结构设置的全包防水材料有利于减小比例系数
，增大伸缩缝的间距。相反，如果区间结构底板设置了许多抗拔桩，则大大的加强了
值，增加了水平应力，减小伸缩缝的间距，所以设置了抗拔桩的明挖区间应详细进行伸缩缝长度的计算，避免后期结构产生明显的裂缝。
6结论
通过以上的理论计算分析和比较，可以知道在在合适的施工方法、施工措施和结构构造措施情况下，成都地铁明挖区间变形缝间距设置情况是合理的，有利于减小防水薄弱环节，达到有效防水目的，给工程带来良好的社会、经济效应。
参考文献：
[1]王梦铁.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.
论文作者:刘青松
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：伸缩缝论文; 结构论文; 区间论文; 间距论文; 混凝土论文; 地铁论文; 混凝土结构论文; 《基层建设》2019年第25期论文;