地鐵隧道襯砌混凝土及檢測(cè)試驗(yàn)研究

馬杏麗

摘 要：作為隧道永久支護(hù)結(jié)構(gòu)，地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)直接決定著隧道結(jié)構(gòu)的安全性。因施工完成后地鐵襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，通過多年運(yùn)營(yíng)，因混凝土腐蝕等因素將嚴(yán)重影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。因此，對(duì)地鐵隧道襯砌混凝土耐腐蝕及腐蝕檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行研究無疑具有重要意義。相比地上建筑，地鐵因其所處位置不同，導(dǎo)致其施工工藝、使用功能等也存有極大的區(qū)別。混凝土腐蝕是導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)過早損壞、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要原因，因此，本文通過具體檢測(cè)試驗(yàn)，對(duì)地鐵隧道襯砌混凝土的耐腐蝕性能相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；襯砌結(jié)構(gòu)；混凝土；耐腐蝕；檢測(cè)試驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.138

一般情況下，地鐵隧道工程的設(shè)計(jì)使用年限為100年，其具有投資高、耐久性強(qiáng)等要求。因地鐵隧道襯砌混凝土與外部環(huán)境可直接接觸，且地下具有極為特殊的環(huán)境影響因素，導(dǎo)致在潮濕環(huán)境、地下水滲透壓力影響下，地鐵隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)逐步出現(xiàn)各種損壞現(xiàn)象，其中混凝土被腐蝕現(xiàn)象最為嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)淺層地下水受腐蝕污染極為嚴(yán)重，而其介質(zhì)來源主要包括生活垃圾腐蝕變質(zhì)、生活污水等。特別是夏季多雨季節(jié)，我國(guó)大部分城市地鐵隧道都會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲漏水現(xiàn)象，在大量腐蝕雜質(zhì)的作用下，致使襯砌混凝土腐蝕損壞愈加嚴(yán)重，最終威脅到地鐵隧道的安全?；诖?，為有效提升地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全性，必須檢測(cè)襯砌混凝土裂損后的強(qiáng)度，這也是對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行衡量的主要指標(biāo)之一。目前常用的檢測(cè)方式主要分為2大類：破損、無損檢測(cè)。為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，無損檢測(cè)在地鐵混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，其優(yōu)點(diǎn)為便于操作、檢測(cè)精確度高、重復(fù)測(cè)試及不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞。為此，本文選取無損檢測(cè)方式檢測(cè)襯砌混凝土腐蝕后的強(qiáng)度，以期有效提升混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)材料。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，選取合理的試驗(yàn)材料。具體如下：

水泥：選取強(qiáng)度等級(jí)為42.5的C30＼C35普通硅酸鹽水泥；

細(xì)骨料：中砂，2.6為細(xì)度模數(shù)；

粗骨料：5—10mm粒徑的連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石；

水：一般自來水；

外加劑/摻合料：JC-2早強(qiáng)高效減水劑、粉煤灰、DM-F速凝劑；

化學(xué)試劑：MgCI2；

配合比設(shè)計(jì)：C30水泥：砂：石：水=312：889：964：180

C35水泥：砂：石：水=408：896：896：200

外加劑/摻合料設(shè)計(jì)：C30水泥添加5.90kg/m?JC-2減水劑、55 kg/m?粉煤灰；C35水泥添加16.32 kg/m?DM-F速凝劑。

（2）測(cè)試儀器。本文主要選取萬能壓力試驗(yàn)機(jī)、ZC3-A型回彈儀、NM-4A型非金屬超聲波檢測(cè)儀。

2 試驗(yàn)方式

（1）干濕交替加速腐蝕試驗(yàn)。本試驗(yàn)選取試件30組，共90塊，尺寸為100x100x100mm。成型后，可將試件在18到22℃的氫氧化鈣飽和溶液（不流動(dòng)）內(nèi)進(jìn)行放置及完成28天養(yǎng)護(hù)。隨后進(jìn)行干濕交替加速腐蝕試驗(yàn)，具體流程如下：。由此可見，一個(gè)干濕交替循環(huán)時(shí)間為2天。選取MgCI2溶液（濃度為15%）作為腐蝕溶液，需進(jìn)行36次循環(huán)試驗(yàn)，相隔4次將一組試件取出，隨后測(cè)試其抗壓強(qiáng)度。MgCI2腐蝕影響下，為更加清晰地看出干濕交替循環(huán)中隧道襯砌混凝土隨之產(chǎn)生的變化，可選取0、18、36次進(jìn)行觀測(cè)。1-2次循環(huán)后，試塊表面顏色所有加重，說明混凝土試件內(nèi)部已經(jīng)滲入Cl-、Mg?+，且和混凝土產(chǎn)生反應(yīng)；18次循環(huán)后，通過烘干箱作業(yè)后，表面逐步干燥，但試塊逐漸析出鹽結(jié)晶，且表面孔隙也越來越大；36次循環(huán)后，起砂問題產(chǎn)于混凝土表面，試件表面也不在具備光澤性、空洞也越來越大。但整體而言，試塊還基本具備良好的整體性，也沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的表皮脫落問題。

（2）試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度分析。通過試驗(yàn)得出，8次循環(huán)時(shí)試件強(qiáng)度變化小，基本無改變。其主要原因在于Mg?+和混凝土反應(yīng)，產(chǎn)生Mg（OH）2，其溶性較差。在混凝土表面經(jīng)該物質(zhì)作用，形成相應(yīng)保護(hù)膜，降低了MgCI2侵蝕混凝土的速度。在腐蝕持續(xù)增加的過程中，逐步腐蝕保護(hù)膜，最終消失，此時(shí)混凝土內(nèi)的水化硅酸鈣凝膠將Mg?+轉(zhuǎn)化為無黏結(jié)性能的M-S-H，這種情況下，到完成36次循環(huán)后，將大大降低混凝土強(qiáng)度，嚴(yán)重?fù)p壞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)，最后所有試件強(qiáng)度都大幅度減小，由此可見，于混凝土腐蝕而言，干濕交替腐蝕作用顯著，破壞性強(qiáng)。

（3）超聲—回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線。通過回歸結(jié)果得出，四種回歸公式相關(guān)值如下表1所示。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，必須在14%以內(nèi)控制地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，則12%以內(nèi)控制專用測(cè)強(qiáng)曲線相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。通過上表1可見，獲取的超聲-回彈規(guī)程中22.9%為其平均相對(duì)誤差，24.44%為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。相比規(guī)范規(guī)定值，該值多出許多，由此可見，隧道襯砌混凝土腐蝕后通過規(guī)范統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線檢測(cè)強(qiáng)度并不合理。通過數(shù)據(jù)獲取超聲，通過分析對(duì)比兩種方法，即：回彈綜合法回歸、單參量回歸，其中效果較佳的為綜合法回歸，其主要原因在于描述混凝土強(qiáng)度時(shí)，如選取單參量，即回彈值等，部分影響因素將出現(xiàn)過高、過低現(xiàn)象?；诖耍赏ㄟ^綜合法回歸公式補(bǔ)償單參量回歸公式的相關(guān)性、平均相對(duì)誤差等。理論研究表明，在測(cè)試精度方面，與單參量回歸相比，綜合法回歸精度更高，與此試驗(yàn)結(jié)果一致。通過硫酸鹽對(duì)隧道襯砌混凝土腐蝕的綜合回歸曲線可以得出，在高精度要求下，混凝土強(qiáng)度測(cè)試可選取多項(xiàng)式回歸；但在操作便捷角度分析，可選取線性回歸。

3 結(jié)論

總之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)也得到了極大發(fā)展。地鐵作為重要的交通方式之一，地鐵隧道襯砌混凝土的腐蝕程度、強(qiáng)度高低直接影響著地鐵工程的安全性，為此本文通過具體試驗(yàn)，對(duì)地鐵隧道襯砌混凝土腐蝕性、強(qiáng)度等內(nèi)容進(jìn)行了分析，通過上述試驗(yàn)論證可得出以下結(jié)論：

（1）MgCI2溶液內(nèi)地鐵隧道襯砌混凝土干濕交替腐蝕試驗(yàn)中，降低強(qiáng)度現(xiàn)象較為嚴(yán)重，并損壞了混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）在高精度要求下，可選取超聲—回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線。通過進(jìn)一步修正該公式，獲取滿足檢測(cè)地鐵隧道襯砌混凝土強(qiáng)度的公式，及被腐蝕混凝土后的回彈測(cè)強(qiáng)曲線。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁詠寧，袁迎曙.超聲波檢測(cè)受硫酸鹽腐蝕混凝土強(qiáng)度的研究[J].無損檢測(cè)，2011（09）.