地鐵隧道結(jié)構(gòu)無損檢測方法與病害實(shí)例處理分析

范偉

[摘要]本文對(duì)地鐵運(yùn)行過程中的常見病害進(jìn)行分析，并且對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的無損檢測方式進(jìn)行探討，提出對(duì)地鐵工程常見病害的處理對(duì)策，旨在提高地鐵運(yùn)行安全性。

[關(guān)鍵詞]地鐵隧道；無損檢測；病害處理

1.地鐵隧道病害實(shí)例

為了方便人們的生活出行，當(dāng)前越來越多城市開始加強(qiáng)地鐵工程建設(shè)，北京、上海、廣州、深圳等大城市的地鐵工程相對(duì)于其他城市的地鐵工程，建設(shè)較早，地鐵線路復(fù)雜，以北京地鐵系統(tǒng)為例，1965年北京地鐵一期工程開始施工，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有十幾條線路，而且隨著地鐵隧道施工質(zhì)量越來越高，也開通了自己的地鐵隧道。我國早期的地鐵隧道施工受到設(shè)計(jì)、施工等方面的限制，加上多年使用，導(dǎo)致一些隧道結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的破損，通過調(diào)查分析，當(dāng)前我國地鐵隧道最常見的病害是滲漏、混凝土劣化、鋼筋腐蝕等，這些病害極大地降低了隧道結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，對(duì)地鐵運(yùn)營安全產(chǎn)生很大的影響。

某城市地鐵隧道運(yùn)營已經(jīng)有三十年時(shí)間，此前開始進(jìn)行“南延北伸”工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目除了要對(duì)原來的線路進(jìn)行南北方向的延伸之外，還要對(duì)既有的車站進(jìn)行拆除、重建，但是對(duì)原有的車站區(qū)間進(jìn)行保留。經(jīng)過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，該地鐵項(xiàng)目經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)營，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損害，相關(guān)部門對(duì)該線路進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)，主要包括隧道結(jié)構(gòu)損傷檢查、對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測試、對(duì)隧道混凝土碳化深度以及保護(hù)層的厚度進(jìn)行測試、對(duì)堿含量進(jìn)行測試、對(duì)堿活性骨料進(jìn)行分析、對(duì)鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行測試等內(nèi)容，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，某個(gè)站點(diǎn)的站前半段大約150m的區(qū)間，外包防水層已經(jīng)失效，而且在其他區(qū)間也存在滲漏點(diǎn)，有的位置滲漏十分嚴(yán)重，已經(jīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。隧道結(jié)構(gòu)中的側(cè)墻、中柱角部等位置也出現(xiàn)較多問題，例如蜂窩、麻面等問題，導(dǎo)致隧道支護(hù)的穩(wěn)定性不足，影響地鐵運(yùn)行安全。鋼筋檢查是隧道檢查的主要內(nèi)容，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，鋼筋銹蝕比較嚴(yán)重，而且是整個(gè)地鐵隧道普遍存在的問題，由于滲漏問題嚴(yán)重，滲漏的水中含有較多氯離子，長期滲漏對(duì)鋼筋造成嚴(yán)重的腐蝕，使得鋼筋的承載能力下降。另外，在對(duì)混凝土進(jìn)行檢測的時(shí)候發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌裂縫比較嚴(yán)重，局部混凝土的密實(shí)性較差，而且出現(xiàn)嚴(yán)重的碳化，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂。在檢查過程中還發(fā)現(xiàn)很多其他問題，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.地鐵隧道無損檢測項(xiàng)目及方法

無損檢測是地鐵隧道檢修過程中的常用方法，近年來關(guān)于無損檢測、健康診斷的研究越來越多，無損檢測指的是在地鐵運(yùn)行過程中加強(qiáng)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害的檢查，完成檢測目的，同時(shí)不對(duì)地鐵的運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。上述某城市地鐵隧道結(jié)構(gòu)檢測過程中也采用無損檢測的方式。無損檢測的內(nèi)容主要有以下內(nèi)容。

2.1對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行檢測

地鐵隧道結(jié)構(gòu)的尺寸檢查是了解地鐵隧道基本情況的途徑，在隧道結(jié)構(gòu)的尺寸測量過程中，通常采用的儀器有兩種，一種是激光隧道斷面儀，另一種是全站儀，這兩種儀器在隧道結(jié)構(gòu)尺寸的檢測過程中比較常用，可以對(duì)隧道地鐵端面的凈空狀態(tài)進(jìn)行檢測，從而對(duì)地鐵隧道的具體情況進(jìn)行了解。

2.2對(duì)裂縫進(jìn)行觀測

地鐵運(yùn)行過程中其周圍的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，對(duì)于混凝土襯砌上的裂縫，通常采用目測方式進(jìn)行測量，同時(shí)，為了對(duì)裂縫的寬度進(jìn)行準(zhǔn)確地測量，則還需要采用裂縫測寬儀，對(duì)裂縫的寬度測量誤差進(jìn)行控制，在測量結(jié)束之后要將裂縫的各種參數(shù)綜合起來，并且繪制成圖，在整個(gè)地鐵隧道線路上清晰地展示出裂縫的具體隋況，有助于及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。

2.3密實(shí)度無損檢測

對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的密實(shí)度進(jìn)行檢測也是隧道檢測過程中的一個(gè)重要內(nèi)容，檢測過程中采用的主要工具是地質(zhì)雷達(dá)，通過雷達(dá)信號(hào)傳輸可以對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的襯砌厚度、襯砌背后的空洞分布情況等進(jìn)行檢測，從而對(duì)隧道密實(shí)度進(jìn)行判斷。

2.4強(qiáng)度檢測

對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行測試采用的儀器是結(jié)構(gòu)回彈儀，這種儀器主要用于對(duì)隧道結(jié)構(gòu)混凝土表面的強(qiáng)度進(jìn)行測量，同時(shí)還能反映出混凝土表面的硬度，從而對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的具體情況進(jìn)行分析，有助于及時(shí)對(duì)隧道強(qiáng)度不足問題進(jìn)行解決。

2.5鋼筋銹蝕受力檢測

鋼筋是隧道結(jié)構(gòu)中的主要承力構(gòu)件，鋼筋長期使用過程中會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致其承載能力下降，在隧道結(jié)構(gòu)檢測過程中對(duì)鋼筋進(jìn)行檢測時(shí)主要是通過對(duì)鋼筋銹蝕之后的電位值情況進(jìn)行檢測。

3.地鐵隧道常見的病害原因分析

在地鐵隧道運(yùn)行過程中常出現(xiàn)的病害有裂縫、滲漏、鋼筋腐蝕等，產(chǎn)生各種問題的原因如下。

3.1隧道結(jié)構(gòu)裂縫的成因

在地鐵隧道運(yùn)行過程中裂縫可能發(fā)生在很多部位，例如道床、邊墻、頂板等，上文中某城市的地鐵線路邊墻出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，出現(xiàn)裂縫的原因主要有幾個(gè)方面：第一，由于設(shè)計(jì)不合理帶來的差異沉降。在地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)的方案不合理，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的地基加固效果不好，因此在地鐵長期運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)地基沉降，而且地基的沉降數(shù)值大于標(biāo)準(zhǔn)允許范圍，從而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。此外，在隧道結(jié)構(gòu)裂縫設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可能對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的圍巖情況判斷不準(zhǔn)確，從而在對(duì)隧道的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候其厚度不足，出現(xiàn)裂縫；第二，變形縫的設(shè)置問題。變形縫是隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，包括沉降縫、伸縮縫兩種。對(duì)于地鐵而言，一般不設(shè)置沉降縫，但是在一些地基條件不好的地區(qū)，例如軟土地基較多的地區(qū)，一般也不會(huì)設(shè)置太多的伸縮縫，以提高地鐵結(jié)構(gòu)的縱向剛度。由于沉降縫和伸縮縫的設(shè)置不當(dāng)，當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)沉降問題的時(shí)候，沉降結(jié)構(gòu)應(yīng)力可能會(huì)集中在某一個(gè)部位，隨著應(yīng)力不斷增大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫越來越嚴(yán)重；第三，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是地鐵隧道設(shè)計(jì)過程中的重要指標(biāo)，由于隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)方案不規(guī)范，或者混凝土壁后回填土的壓實(shí)不夠，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量不能滿足要求，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生裂縫。另外，列車運(yùn)行過程中的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致地基出現(xiàn)較大的縱向沉降，混凝土的各種收縮反應(yīng)會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生更加集中的應(yīng)力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)。

3.2滲漏水問題成因

由于地鐵結(jié)構(gòu)處于地下，因此滲漏水問題時(shí)有發(fā)生，滲漏水對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的危害十分嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)襯砌風(fēng)化、剝蝕等問題，這些問題都會(huì)對(duì)混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成破壞，由于滲漏過程長期存在，還可能導(dǎo)致圍巖不斷變軟，尤其是當(dāng)深入隧道的水體中含有腐蝕性物質(zhì)的時(shí)候，很容易對(duì)混凝土的砂漿結(jié)構(gòu)造成破壞。例如上述例子中滲漏水中含有氯離子，對(duì)鋼筋造成腐蝕，導(dǎo)致地鐵隧道的承載能力下降。地鐵隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水問題一般有兩個(gè)原因，一個(gè)是裂縫比較嚴(yán)重，已經(jīng)貫穿整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)層；另一個(gè)是隧道的防水層已經(jīng)損壞，不能達(dá)到防水的目的。結(jié)構(gòu)裂縫、防水工程質(zhì)量問題、圍護(hù)結(jié)構(gòu)是滲漏問題的主要原因。

4.地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害的防治策略

在地鐵隧道維護(hù)過程中，對(duì)于常見的病害必須要及時(shí)處理，對(duì)癥下藥，找到問題的成因，采取相應(yīng)的方法對(duì)故障進(jìn)行解除。

4.1表面封閉

對(duì)地鐵隧道的滲漏問題進(jìn)行治理時(shí)，從美觀角度來講，可以采用表面封閉的方法，對(duì)滲漏處理后的表面進(jìn)行進(jìn)一步處理，這種方法適用于裂縫結(jié)構(gòu)在允許范圍之內(nèi)的情況，當(dāng)在裂縫內(nèi)注漿或者在壁后注漿之后，可以對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉。對(duì)于滲漏比較輕微的現(xiàn)象，則應(yīng)該要將裂縫按照要求剔成一定深度和寬度的V形槽，并且在槽內(nèi)用速凝材料進(jìn)行填壓，確保裂縫處理之后的密實(shí)性，防止再次滲水。

4.2注漿

注漿是對(duì)裂縫和滲漏問題進(jìn)行處理的常見措施，包括縫內(nèi)注漿和壁后注漿兩種類型，其中縫內(nèi)注漿用于裂縫比較大、出現(xiàn)相對(duì)比較嚴(yán)重的滲漏情況，還有一些已經(jīng)經(jīng)過處理但依舊有滲漏現(xiàn)象的裂縫。注漿材料通常為混凝土材料。壁后注漿是用壓力泵將止水漿液注入混凝土的背面，從而在混凝土背面形成保護(hù)面的方式，可以將裂縫的滲漏水通道徹底截?cái)唷?/p>

4.3素噴或網(wǎng)噴混凝土

隧道混凝土襯砌很容易出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，在裂縫問題的處理過程中，可以采用素噴混凝土或者網(wǎng)噴混凝土對(duì)裂縫進(jìn)行處理，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，從而不斷提高混凝土襯砌的強(qiáng)度。同時(shí)，還可以加強(qiáng)對(duì)鋼筋網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)，使得混凝土鋼筋的穩(wěn)定性、抗剪強(qiáng)度、牢固性不斷提升。

4.4對(duì)施工縫進(jìn)行修補(bǔ)

在地鐵隧道的裂縫處理過程中一般采用施工縫修補(bǔ)的方式，注漿防水與嵌縫和抹面保護(hù)相結(jié)合，首先將裂縫內(nèi)的原嵌填材料進(jìn)行清除，然后沿著縫隙鑿縫，形成施工縫，并且對(duì)施工縫進(jìn)行清潔，如果滲漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重，則必須要在隧道中埋設(shè)引水管，將積水及時(shí)排出，如果滲漏不嚴(yán)重，則可以采用快凝材料對(duì)各種裂縫進(jìn)行封堵，并且在裂縫中填充高質(zhì)量的防水材料，再在表面抹水泥砂漿。常見的堵水材料有無機(jī)堵漏材料、有機(jī)堵漏材料、快速堵漏劑等，不同材料的適用范圍不相同，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料進(jìn)行修補(bǔ)。

5.結(jié)語

綜上所述，隨著地鐵建設(shè)不斷加快，地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全問題也越來越多，在長期運(yùn)行過程中地鐵隧道的損壞逐漸加劇，對(duì)地鐵運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全危害。在地鐵運(yùn)行過程中應(yīng)該要積極加強(qiáng)病害檢測，采用無損檢測方式，對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的滲漏、裂縫等問題進(jìn)行檢測，并且根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的措施進(jìn)行防治，重視地鐵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量管理以及運(yùn)行過程中的監(jiān)管，不斷提高地鐵運(yùn)行過程中的安全性。