地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害原因分析及對策探究

劉 杰

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511458）

由于我國地鐵的建設(shè)和發(fā)展較晚，在研究方面還存在著些許不足之處，出現(xiàn)了大量的工程結(jié)構(gòu)病害問題，造成工程部分建筑使用功能的降低。同時(shí)，國內(nèi)的大部分地鐵實(shí)際運(yùn)行時(shí)間在達(dá)到10 年期限時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)病害問題，對工程項(xiàng)目的質(zhì)量以及居民的人身財(cái)產(chǎn)安全造成了十分嚴(yán)重的影響。

1 地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生的原因

1.1 滲漏裂縫出現(xiàn)的主要原因

滲漏裂縫出現(xiàn)的主要原因是外界荷載較大影響隧道巖體構(gòu)造應(yīng)力場，使得結(jié)構(gòu)自身難以對此荷載進(jìn)行承受，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自身的應(yīng)力超過標(biāo)準(zhǔn)值而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變形，進(jìn)而形成裂縫，造成滲漏。由此可見，導(dǎo)致滲透裂縫出現(xiàn)的主要原因就是非變形荷載直接影響造成的。正常情況下，地鐵運(yùn)行時(shí)經(jīng)常由于荷載壓力的存在，使得經(jīng)過此結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)不確定形式的振動(dòng)效果，在長時(shí)間的影響和振動(dòng)效果下就會(huì)相應(yīng)地出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫現(xiàn)象。伴隨著相關(guān)結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間較長，混凝土的碳化程度也隨之增加，這就導(dǎo)致混凝土自身的緊密程度與堅(jiān)固性顯著降低，進(jìn)而使得鋼筋部分在巨大的壓力下出現(xiàn)腐蝕和斷裂，嚴(yán)重者會(huì)直接導(dǎo)致混凝土開裂，從而出現(xiàn)裂縫。此外，在預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)下部埋設(shè)的部分水管管道由于外界壓力也會(huì)出現(xiàn)一定的老化和裂縫，這就使得結(jié)構(gòu)在正常使用的過程中出現(xiàn)下部漏水的狀況，這也會(huì)對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大的安全隱患和威脅。

1.2 混凝土劣化出現(xiàn)的原因

導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)劣化的原因有很多，例如在地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體性施工的過程中，其使用的混凝土的強(qiáng)度以及韌性參數(shù)較低，就會(huì)在后續(xù)工程投入使用的過程中出現(xiàn)劣化的問題。同時(shí)，在施工過程中混凝土的攪拌不充分，會(huì)使各原料無法在混合的過程中發(fā)揮出自身的作用，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)麻面和氣泡。此外，還需要注意堿-骨料反應(yīng)，即堿硅、堿碳酸鹽反應(yīng)所造成的混凝土膨脹和開裂，出現(xiàn)這一現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致混凝土墻面在不良環(huán)境的條件下更容易遭受腐蝕的干擾和影響。在建設(shè)過程中，各原材料都具有自身的使用期限，這就使得地鐵在建成和投入使用之后，部分結(jié)構(gòu)的防水構(gòu)造和材料因長時(shí)間的使用而出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致整體防水效果出現(xiàn)問題，而過于潮濕的環(huán)境會(huì)直接對隧道的結(jié)構(gòu)造成不良影響，進(jìn)而對混凝土的穩(wěn)定性造成影響，促進(jìn)其劣化。

1.3 鋼筋出現(xiàn)腐蝕情況的主要原因

造成鋼筋腐蝕的主要因素是地下水。鋼筋在潮濕的環(huán)境下結(jié)合氧氣與水，最終形成電化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕情況。這是因?yàn)樗乃釅A度對于鋼筋腐蝕的速度是有影響的，比如在堿性溶液中鋼筋表面很容易出現(xiàn)一層氧化膜，使得氧氣與水被隔絕在外，減小下一步腐蝕的可能性；然而與此相對，在酸性環(huán)境下鋼筋腐蝕情況會(huì)加快，就算是在堿性環(huán)境下形成的氧化膜，也會(huì)被迅速分解。作為氯離子含量豐富的地下水源，很容易使表層氧化膜與氯離子反應(yīng)，從而對鋼筋造成破壞。鋼筋銹濁體積膨脹率為2 ～4，會(huì)使混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)增大的情況，進(jìn)而產(chǎn)生拉力和大量的復(fù)雜應(yīng)力。一旦在受力方面出現(xiàn)問題就可能對混凝土的強(qiáng)度及耐久性產(chǎn)生影響，尤其可能出現(xiàn)混凝土裂縫，導(dǎo)致地下水進(jìn)一步滲入，加快鋼筋的腐蝕速度，最終可能造成坍塌，從而影響到整個(gè)地下隧道。

2 修復(fù)原則

隧道的實(shí)際修復(fù)方式較為多樣，只有在對當(dāng)前隧道的施工內(nèi)容和方式進(jìn)行充分了解后，才能夠制定出合理的修復(fù)方案。從宏觀上來說，火、凍、地震和滲透水都會(huì)影響其修復(fù)效果，而加固方法則有襯砌、套拱、注漿、換拱和隧道襯砌裂縫處治及抗腐蝕處理。無論是怎樣的修復(fù)都有一定的原則：（1）在進(jìn)行病害結(jié)構(gòu)修復(fù)后，不可影響通車；（2）一般對于結(jié)構(gòu)病害的修復(fù)都是在隧道的表面等部位進(jìn)行；（3）進(jìn)行特殊部位特殊修復(fù)時(shí)，應(yīng)以不同的修復(fù)手段進(jìn)行不同區(qū)域的修復(fù)。（4）盡可能以低成本進(jìn)行高質(zhì)量修復(fù)，在節(jié)約成本的情況下達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

3 應(yīng)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害的主要措施

一般狀況下進(jìn)行維護(hù)操作主要是從已經(jīng)出現(xiàn)病害的問題部位開始修復(fù)，首先進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)層處的維護(hù)工作，然后在加強(qiáng)整體維修效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)措施的整合，以此有效地對地鐵隧道進(jìn)行保護(hù)與完善。

3.1 對混凝土內(nèi)部鋼筋進(jìn)行防腐蝕修復(fù)

由于被腐蝕的鋼筋位于混凝土的內(nèi)部，因此打開混凝土表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)就顯得尤為必要。進(jìn)行內(nèi)部修復(fù)之前，需要先進(jìn)行表面的清潔，并對現(xiàn)有的裂縫進(jìn)行及時(shí)處理。針對混凝土中尚未出現(xiàn)裂縫，但是自身存在松動(dòng)的位置進(jìn)行修復(fù)時(shí)，就要先對此部分進(jìn)行及時(shí)性的處理，并將鋼筋由于腐蝕而出現(xiàn)在鋼筋表面的鐵銹等物質(zhì)進(jìn)行清除，之后再用相應(yīng)的材料進(jìn)行腐蝕位置的填充，以此來達(dá)到整體性修復(fù)的效果。再者，就是要將能夠防止鋼筋繼續(xù)腐蝕的材料直接涂抹在鋼筋上部的混凝土位置，以此來加強(qiáng)對鋼筋的保護(hù)，防止在后續(xù)修復(fù)操作完成后，再次出現(xiàn)腐蝕問題和狀況。在對混凝土表層進(jìn)行干燥處理之后，必須對腐蝕部位和尚未腐蝕部位的鋼筋進(jìn)行油基漆和樹脂基漆類防腐蝕材料的涂抹。在涂抹的過程中要注意控制材料的涂抹量，一般為0.1 ～0.2kg，反復(fù)3 次涂抹方可達(dá)到較好的效果，實(shí)際的用量要控制在0.3 ～0.6kg/m2。

3.2 裂縫部位的修復(fù)

（1）針對裂縫部分的修復(fù)就是要將裂縫處的雜物和污染物進(jìn)行及時(shí)清除，以此來保障后續(xù)修復(fù)的效果。修復(fù)混凝土裂縫可以采取表面涂層封閉、低壓慢速修補(bǔ)、壓力注漿、填充密封法等方式。（2）由于地下隧道溫度較為恒定，出現(xiàn)的裂縫也多為靜止而不會(huì)過大，因此多采用低壓慢速修補(bǔ)的方式，而在該過程中較為重要的是壓漿嘴的使用。在使用壓漿嘴時(shí)，應(yīng)及時(shí)將裂縫部分密封，在壓漿嘴的布置過程中要注意每隔30cm 放置一個(gè)壓漿嘴。（3）利用密封膠對裂縫處及時(shí)進(jìn)行密封處理，防止由于后續(xù)修復(fù)操作的不確定性使得其裂縫位置擴(kuò)大。（4）在進(jìn)行灌膠的過程中，要使?jié){液能夠在完全流動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行密封和修復(fù)，這樣才能保持整體修復(fù)過程的穩(wěn)定進(jìn)行，防止由于膠體過于黏稠對灌膠過程造成影響。灌注結(jié)構(gòu)膠的時(shí)候還要注意對壓力的控制，注意將終壓保持在0.2 ～0.5MPa，并將此壓力范圍內(nèi)的灌膠持續(xù)3min，施工要從裂縫低洼處到高處進(jìn)行施工，這樣才能較好地達(dá)到整體的實(shí)踐效果。待到裂縫部分的修復(fù)工程完善之后，需要及時(shí)將壓漿嘴進(jìn)行關(guān)閉，這樣才能在結(jié)構(gòu)膠完全干透之后，將表面多余的膠體部分清除，并對裂縫部分進(jìn)行打磨，有效保障后續(xù)操作和施工的進(jìn)行。

3.3 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)修復(fù)

一般來說，對于結(jié)構(gòu)的加固主要是從頂墻和側(cè)墻部分進(jìn)行修復(fù)加工，因此具體分為頂部補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)加固和側(cè)墻部補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。（1）對于頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)的方法。首先，采用對混凝土內(nèi)部的鋼筋進(jìn)行修復(fù)的方法，對混凝土表面進(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)部填充，進(jìn)行底膠FL-2000 的調(diào)配，在填充材料方面可以使用土與環(huán)氧樹脂，盡量使其表面光滑。其次，進(jìn)行芳綸纖維布裁剪圖的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行裁剪，對混凝土表面進(jìn)行基準(zhǔn)線的繪畫粘貼，8h 左右涂膠干燥，在洗干凈的情況下再次進(jìn)行表面作業(yè)，尤其要注意粘貼芳綸纖維布時(shí)，要求經(jīng)過無氣泡的處理，并進(jìn)行少量材料和水泥的涂抹處理。（2）對側(cè)墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)的方法。對側(cè)墻進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，一定要注重對鋼筋銹蝕部分進(jìn)行處理。除此之外，可以在表面進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)，并在墻體內(nèi)進(jìn)行不漏水模板的處理設(shè)置，尤其在進(jìn)行灌漿處理時(shí)，要注重灌漿手法和灌溉過程中模板的情況，這樣才能保障結(jié)構(gòu)完全符合標(biāo)準(zhǔn)施工條件和內(nèi)容。每次灌漿工作完成之后，要在半小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)和修復(fù)工作。此養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于半個(gè)月，即以15d 為一個(gè)養(yǎng)護(hù)周期。灌漿的原料必須在進(jìn)行灌漿操作之后達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間，方可對其進(jìn)行模板結(jié)構(gòu)的拆除，這樣才能有效保障最終的結(jié)構(gòu)和效果。

3.4 堿-骨料反應(yīng)預(yù)防

目前，對于堿-骨料反應(yīng)進(jìn)行修復(fù)的主要手段尚沒有被研究出來，唯一有效的也只是美國所研究出的反應(yīng)抑制劑。然而，從其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和帶來的效益方面來看，該試劑并不值得在我國推廣。因此，對于該反應(yīng)僅建議采取防水的方式進(jìn)行預(yù)防，尤其在發(fā)生各種情況后，要對未發(fā)生病害的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，這是目前最為有效的處理方法。

4 結(jié)束語

地鐵隧道建設(shè)是我國城市基礎(chǔ)性工程項(xiàng)目建設(shè)中十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。但由于我國發(fā)展?fàn)顩r的影響，在地鐵隧道方案設(shè)計(jì)以及實(shí)際的施工過程方面都與現(xiàn)場巖土應(yīng)力有差別，這就導(dǎo)致工程項(xiàng)目會(huì)出現(xiàn)諸多的結(jié)構(gòu)病害和安全質(zhì)量隱患。例如，鋼筋的腐蝕、混凝土的結(jié)構(gòu)劣化以及土質(zhì)層滲漏等問題，都會(huì)對地鐵隧道工程的建設(shè)產(chǎn)生十分重要的影響。為了能夠有效加強(qiáng)地鐵隧道項(xiàng)目的正常運(yùn)行，就需要對地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害的產(chǎn)生原因進(jìn)行深入的分析和總結(jié)，并提出相應(yīng)的解決措施，以此保障地鐵隧道工程建設(shè)與發(fā)展，為我國建筑行業(yè)的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。