地鐵隧道結構裂縫產(chǎn)生的原因及滲漏的整治措施

龔 敏，羅川萍

（武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430034）

0 引言

我國經(jīng)濟的快速發(fā)展加速了城市化建設，北京、廣州、武漢等城市已有多條地鐵線路建成投入運營，這些隧道因受技術水平的限制及運營期隧道結構的變形等而存在不同程度的病害。滲漏、鋼筋銹蝕、堿骨料反應和酸堿侵蝕等使得隧道結構的耐久性和安全可靠度降低，給軌道交通的安全運營帶來嚴重威脅。

1 地鐵隧道工程

武漢市總的地勢是東南高、西北低，以丘陵與平原相間的波狀起伏地形為主。堆積平原地形區(qū)內(nèi)廣布，主要有三級階地、二級階地、一級階地、河漫灘、長江河床等地貌。地鐵隧道線路主要走行于長江一級階地，飽和含水沙層、地下承壓水與長江存在互動關系，工程及水文地質(zhì)情況不良。

武漢地鐵部分隧道采用明挖法施工，采用明挖法施工時，區(qū)間隧道一般采用鋼筋混凝土矩形框架的結構型式。根據(jù)線路設置條件，單線隧道一般為單孔鋼筋混凝土矩形斷面，雙線隧道一般采用雙孔鋼筋混凝土矩形斷面，中間設隔墻分開，以利于區(qū)間隧道通風；部分隧道采用礦山法施工，如聯(lián)絡通道是復合式襯砌結構，采用全封閉塑料防水板防水層，并結合混凝土自防水；部分隧道采用盾構法，如越江區(qū)間長3300m，采用6.2m直徑單洞單線盾構施工。車站以及人行通道滿足一級防水要求，區(qū)間及其他輔助隧道（含通風道）滿足二級防水要求。結構自防水要求初支噴射混凝土抗?jié)B等級為P6，二襯混凝土的抗?jié)B等級為P10。

經(jīng)過現(xiàn)場勘察，發(fā)現(xiàn)既有線路區(qū)間結構頂板、側墻部位均有不同程度的滲漏水，道床混凝土橫向裂縫也有不同程度的滲漏水，另外結構墻體局部裂縫處、混凝土局部出現(xiàn)酥松處以及預埋鐵件位置等均出現(xiàn)了不同程度的滲漏。

2 隧道結構裂縫產(chǎn)生原因分析

由于混凝土結構自身組成材料抗拉強度較低，在使用條件下容易出現(xiàn)結構性裂縫與非結構性裂縫兩大類。結構性裂縫是由外荷載的直接應力引起的裂縫和在外荷載作用下結構次應力引起的裂縫。非結構性裂縫是溫差，干縮濕脹和不均勻沉降等因素引起的裂縫。綜合以上，造成隧道結構裂縫的主要因素有下列幾點。

2.1 化學作用

鋼筋銹蝕、堿骨料反應和酸堿侵蝕是造成混凝土劣化的主要原因。混凝土劣化的直觀表現(xiàn)是結構出現(xiàn)裂縫、疏松及剝落等。由于混凝土的劣化，失去對鋼筋的保護，導致鋼筋銹蝕、結構失去承載力，因此控制裂縫的發(fā)生和發(fā)展是保證結構安全運營的關鍵[1]。

鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，從而最終生產(chǎn)氫氧化鐵銹蝕物，其體積比原來增大2～4倍，對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。堿骨料反應是混凝土組成中的水泥外加劑、摻合料或拌合物的可溶堿（鉀、鈉）溶于混凝土孔隙液中，與骨料中能與堿反應的活性成分在混凝土硬化后逐漸發(fā)生的一種化學反應。反應物吸水后會產(chǎn)生較大的體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部應力的增大，使得混凝土開裂甚至結構破壞?；炷敛牧蠈λ岬牡挚鼓芰^弱，長時間接觸高濃度堿性物質(zhì)也會使混凝土材料破壞。碳酸對混凝土有較大的腐蝕性，如碳酸與氫氧化鈣反應形成可溶性的碳酸氫鈣[2]。

2.2 物理作用

物理作用是因為收縮、凍脹、溫度、變形及約束等各種因素，導致混凝土內(nèi)部或表面產(chǎn)生應力和應力變化，同時與混凝土增長中的強度之間不相適應而產(chǎn)生和發(fā)育的。

混凝土在終凝前或剛終凝時幾乎沒有強度，因受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，導致毛細管中產(chǎn)生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，易產(chǎn)生龜裂[3]。

當混凝土處于飽水狀態(tài)受凍時，其毛細孔壁同時承受毛細孔冰晶膨脹壓和凝膠孔滲透壓兩種壓力，當兩種壓力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會開裂，導致強度逐漸降低，直至完全喪失使用性能。

因水泥水化熱、氣溫、太陽輻射作用使混凝土在高溫下硬化，產(chǎn)生較大的溫度應力而使混凝土結構貫穿開裂。此種裂縫一般冬季較寬、夏季較窄，裂縫的出現(xiàn)會造成鋼筋的銹蝕。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律。

結構地基土質(zhì)不勻、回填土不實、浸水或模板剛度不足、模板支撐間距過大等導致沉陷而產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深度或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關。一般沿地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展。較大的沉陷裂縫往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系[4]。

除了上述原因，地鐵在運營期間受機械振動，使整個隧道發(fā)生不均勻沉降，從而導致混凝土襯砌產(chǎn)生裂縫。局部混凝土的密實度較差，碳化嚴重，導致鋼筋銹蝕，也會引起混凝土保護層的開裂。

3 隧道結構滲漏整治

3.1 區(qū)間隧道病害整治原則

對于地鐵結構裂縫病害，整治方法有多種，其選擇要考慮裂損原因、裂損程度、隧道凈空、滲漏情況、腐蝕程度、對運營干擾限度、整治費用等因素[5]。其綜合整治原則如下：

（1）以堵、防為主，必要時與引排相結合，因地制宜、綜合治理。

（2）立足于徹底整治，不留后患，不得降低隧道結構的安全度，不破壞原結構。

（3）先堵大漏后堵小漏，先高處后低處的治理順序，涌水部位先排后堵，應把永久防水和補強加固統(tǒng)一考慮。

（4）既有區(qū)間結構修復后不能影響列車通行，施工與運營相互不干擾。

（5）在保證既有區(qū)間結構修復達到預定目標的前提下，盡量降低修復費用，節(jié)約資金。

3.2 裂縫滲漏整治

清理裂縫表面異物→鑿除松動破損混凝土→高壓水沖洗界面，若有銹蝕鋼筋，先要進行除銹處理→預埋1～2個壓漿嘴→用封堵材料進行封堵→待封堵材料達到一定強度后，壓力灌注結構膠，壓漿過程中力求漿液充滿縫隙并分布均勻，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa→等封堵材料硬化后達0.2～0.6MPa→壓漿完畢→待膠固化后，割斷壓漿嘴及封閉密封膠→養(yǎng)護。

3.3 鋼筋銹蝕整治

徹底剔除松動混凝土保護層→除去油污，清除干凈，并將表面潤濕或噴涂一層黏結劑，用鋼刷打磨銹蝕鋼筋表面進行除銹→刷涂阻銹劑，為鋼筋做除銹阻銹處理→將阻銹劑涂刷在所需保護的混凝土表面→待混凝土表面干燥后涂刷第二遍，一般不可少于6h→待混凝土表面干燥后涂刷第三遍，一般不可少于6h→將強度高、黏結好、收縮率小的結構修補劑噴射進去→養(yǎng)護。

3.4 補強修復

頂板補強修復：清理界面，打磨處理使之平整→刷抹底膠于混凝土表面→刮膩子、砂紙磨平→粘貼芳綸纖維布→確定底膠干燥、干凈→刷涂芳綸專用膠→養(yǎng)護。

側墻補強修復：清除裂縫表面的灰塵、油污→若有銹蝕鋼筋，先要進行除銹處理→根據(jù)實際需要鋪設鋼筋網(wǎng)→接縫處采用快干型封縫膠，沿裂縫表面涂刮→安裝灌漿器，待封縫膠凝固后，將灌漿樹脂注入→樹脂固化后，拆除灌漿器，敲掉堵頭，清理表面封縫膠→養(yǎng)護。

道床混凝土裂縫修復：清除裂縫表面→沿裂縫鑿除混凝土道床，深度至底板→從裂縫側面打斜孔→埋管、清孔→注漿使裂縫充滿漿液→待漿液材料固化后，將注漿嘴敲掉→封孔→養(yǎng)護。

4 結語

本文對地鐵隧道結構裂縫產(chǎn)生的原因進行了分析，并對滲漏提出合理的整治方法，有效控制了地鐵隧道結構裂縫的發(fā)生、發(fā)展，提高了地鐵隧道的耐久性。隨著城市的發(fā)展，越來越多的地鐵建成投入使用，地鐵隧道養(yǎng)護工作也越來越受到重視，滲漏的整治方法也將會得到更充分、更廣泛的發(fā)展和應用。

參考文獻：

[1]龔洛書，柳春圃.混凝土的耐久性及其防護修補[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990:1-5.

[2]趙學榮.堿-集料反應對混凝土結構耐久性影響研究[D].天津：天津大學，2008.

[3]何建紅，鐘良紅.混凝土裂縫的成因、預防及處理[J].人民長江，2005，36（6）：33-35.

[4]趙中舉.橋梁施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預防措施[J].交通世界，2010（12）：155-157.

[5]李云.既有隧道襯砌病害評估與治理決策[D].長沙：中南大學，2010.