隧道路面混凝土硫酸鹽腐蝕分析與處治研究

陳柚州 趙益鑫 張逸 周雄 楊斌

（1、重慶高速集團有限公司東南分公司，重慶 401147 2、招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 401147）

近年來，我國高速公路隧道運營里程逐年增長，路面作為隧道土建結構的重要組成部分，其路面在長期的運營過程中受到交通荷載和圍巖結構等作用下，病害問題日益突出[1]。尤其在特殊地質區(qū)域和施工期間存在明顯質量缺陷的隧道，路面病害嚴重且其發(fā)展速度快，直接影響隧道結構整體的穩(wěn)定性，極端情況下甚至會造成隧道整體失穩(wěn)，對建設期及運營期的行車安全存在較大威脅[2-5]。為了保證隧道內的行車安全性和提高舒適性，也為了積極響應國家及交通運輸部加強公路隧道養(yǎng)護水平的號召，對隧道路面的病害處治顯得十分重要。

本文以重慶市某高速公路隧道路面病害為例，通過路面外觀檢測、路面地質雷達檢測、水樣檢測、混凝體成分檢測等方式，分析了該隧道路面病害的原因并進行了工程處治措施，并得出相應的結論，對以后公路隧道路面腐蝕病害處治有較好地指導和借鑒作用。

1 工程概況

本文依托項目為重慶某雙洞雙向四車道的特長隧道，隧道為左右幅分離式雙洞雙向四車道特長隧道。該隧道運營過程中局部混凝土出現(xiàn)腐蝕、開裂破壞的現(xiàn)象，其中5 號橫洞腐蝕嚴重段落混凝土右明顯外鼓翻渣掉落現(xiàn)象，已嚴重影響到隧道運營安全。典型病害圖片如圖1 所示。

圖1 路面沉陷、混凝土腐蝕

隧道路面出現(xiàn)嚴重開裂后，養(yǎng)護人員在路面裂縫處進行開孔檢測，發(fā)現(xiàn)仰供強度喪失，且孔中泛水，水樣送檢，發(fā)現(xiàn)SO42-含量偏高，且具有弱腐蝕性。水質分析成果表如表1 所示。

表1 水質分析成果表

2 雷達檢測結果及病害原因分析

2.1 地質雷達檢測結果

根據業(yè)主要求分別在路面左、中、右沿隧道縱向布置3條測線(見圖2)進行地質雷達檢測，每條測線采用兩種頻率天線（100MHz 和200MHz）分別進行檢測；提供路面厚度、仰拱情況、仰拱填充層密實情況。根據檢測報告，結論如下：

圖2 地質雷達測線布置圖

厚度檢測結果：檢測段混凝土總體厚度偏薄，且波動較大，且多處路面結構層內部或者底部存在離縫，離縫深度多在35～45cm 之間。

密實性檢測結果：檢測段內3 條縱向測線，經高頻、中高頻天線連續(xù)掃面，在測線附近有效探測深度（0～10m）范圍內，共發(fā)現(xiàn)217 處混凝土內部離縫、回填層不密實、封底混凝土基底不密實、仰拱底部不密實、圍巖內溶腔、空洞不密實段落。

2.2 路面腐蝕病害原因分析

2.2.1 水文因素。從送檢水樣成果分析表中可以看出SO42-含量顯著偏高，根據《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》(JIGT B07-01-2006)條文3.0.4 表明，環(huán)境作用等級評定為嚴重的腐蝕程度。加之隧道仰拱不成形，澆筑不密實，為SO42-進入混凝土提供了通道，連同車輛荷載一起加速SO42-與混凝土的水化物反應，生成石膏和鈣釩石等具有一定膨脹性的產物，加速隧道混凝土襯砌的腐蝕破壞。

2.2.2 前期勘察考慮不全。目前地質勘察手段從技術本身上來說就無法較為準確、全面的得到隧道周邊地質情況，且由于該隧道埋深較大，地質勘察難度更大，地質勘察的準確性更低。加上施工中沒有對圍巖支護參數(shù)進行及時變更增強，使得局部段落是實際支護參數(shù)偏弱，在后期圍巖變形壓力作用下，隧道出現(xiàn)裂縫，為地下水進入提供了通道，加速混凝土腐蝕破壞。

2.2.3 施工因素。仰拱結構回填混凝土防腐蝕微膨脹效果達不到設計要求等級，混凝土在水浸和水腐雙重作用下，使腐蝕水沿混凝土內部毛細水型式延伸至其內部，進一步腐蝕混凝土內部結構，致使隧道底部結構強度減弱，隧道底部承載能力下降，混凝土結構的腐蝕膨脹、細集料損失軟化，將導致隧道路面出現(xiàn)局部開裂、隆起、沉陷等病害。

2.2.4 其他因素。在長期公路隧道運營過程中，在行車車輛反復作用、自然環(huán)境、汽車尾氣等因素影響情況下，尤其是一些特殊的路線隧道內經常會有重車甚至有超重車輛行駛。隧道路面在重車尤其是一些超重大車的動荷載的作用下，會加速隧道路面病害的發(fā)生。

3 注漿處治措施研究及結果分析

3.1 新型聚合物注漿處治

由于該隧道隧址區(qū)特殊的水文地質情況，如含高SO42-的地下水對隧道混凝結構具有微腐蝕、弱腐蝕性，其加速了隧道路面病害的發(fā)展。分界梁隧道巴東地層地下水就對混凝土具有一定的腐蝕性，對路面下混凝土和邊墻混凝土都表現(xiàn)出來明顯腐蝕性；基于此注漿材料應具有防水、耐腐蝕性、初始粘度低、流動性好、早強、耐老化、環(huán)保、與地基較好結合等基本特征，現(xiàn)對展開高聚物注漿材料、水泥基注漿材料、地聚物注漿材料、水玻璃注漿材料進行調研，并選出與本項目最為匹配的注漿材料。

3.1.1 對于段落一長度50m 處治方案采用路面面層以上（10cm 瀝青層及24cm 面層）拆換及底部鉆孔注漿“雙組份疏水性聚氨酯注漿材料，高滲透改性環(huán)氧樹脂注漿料及注漿母料”材料注漿。工序流程：拆除路面瀝青層、混凝土面層→注漿路段定位→標注注漿孔位置→注漿前檢測→鉆孔→下注漿管→安裝注射帽→注漿→注漿后檢測→封孔→恢復路面層。

3.1.2 對于段落一長度75m 處治方案采用路面瀝青層拆換及底部鉆孔注漿“雙組份疏水性聚氨酯注漿材料，高滲透改性環(huán)氧樹脂注漿料及注漿母料”材料注漿。先對隧道路面瀝青層進行拆除。在路面底部及邊墻布孔，路面按1.5m（環(huán)）×0.75m（縱）梅花型布置，布設時離中心水溝中線1.5 米；邊墻兩側布置各3 排鉆孔，環(huán)向間距0.6m，縱向間距0.75m。最后恢復路面10cm 瀝青層?，F(xiàn)場工作如圖3 所示。

圖3 試驗段一現(xiàn)場注漿照片實況

3.2 處治效果分析

3.2.1 地質雷達檢測法。根據注漿前后地質雷達檢測結果分析，可知，在未注漿前，左右側仰拱處底部存在不同程度的不密實情況以及脫空情況。注漿后并未發(fā)現(xiàn)明顯脫空或不密實處?？梢?，采用注漿加固，隧道左、右側仰拱處以及兩側墻處結構得到了有效的加固處理，注漿取得明顯效果（圖4-5）。

圖4 注漿前雷達回波圖

3.2.2 鉆芯取樣法。取芯過程中，可以看到被鉆頭磨碎的高聚物碎片隨著水流出。根據鉆芯取樣試樣顯示，路面及仰拱混凝土結構厚度約為0.6～1.1m，下為破碎巖塊，夾雜水泥漿固結體及聚氨酯材料，底部為基巖。芯樣中存在新型聚合物注漿材料，且微型攝像機檢測發(fā)現(xiàn)孔壁上有裂縫的位置都有高聚物材料，一定程度上證明高聚物注漿效果，證明此次高聚物注漿對道路路基的縫隙填充是有效可行的（圖6）。

圖5 注漿后雷達回波圖

圖6 K103+321 水鉆鉆孔、排水

4 結論

4.1 本文通過現(xiàn)場調查、水樣檢測及雷達專項檢測結果對該隧道路面腐蝕病害原因進行了綜合分析，包括隧道水文地質條件中SO42-含量偏高、設計時由于勘察資料不周全導致部分段落支護參數(shù)較弱，施工過程中未及時變更、施工質量欠缺、后期車輛反復作用的影響。為類似地質情況隧道路面病害處治提供了參考價值。

4.2 該項目采用的注漿材料具有新型聚合物材料擁有可泵性好、提高承載能力、施工效率高、填充性能好、凝結時間可調、質量低、導熱系數(shù)低、耐化學腐蝕性強、良好的韌性和黏性、短期內可通車等優(yōu)點，且通過注漿后的雷達檢測結果發(fā)現(xiàn)注漿后隧道路面底鼓、裂縫等病害得到明顯改善。