海底隧道二襯結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量控制研究

張瑞國

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院中鐵十八局一公司）

海底隧道二襯結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量控制研究

張瑞國

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院中鐵十八局一公司）

隨著修建水下隧道的長度、深度和難度的加大，人們開始著手從事海底隧道的研究，興建海底隧道已是世界各國海底交通發(fā)展的必然趨勢。在隧道修建階段開展二襯結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量控制技術(shù)研究，通過改善施工工藝和進(jìn)行工程質(zhì)量控制，提高二襯混凝土的質(zhì)量具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。

海底隧道；二襯混凝土施工技術(shù)；質(zhì)量控制技術(shù)

1　緒論

海底隧道最早的修建歷史可以追溯到19世紀(jì)中葉的英國泰晤士河水下隧道，該隧道也是首次采用盾構(gòu)工法施工，在隧道修建歷史上有里程碑的意義。后來修建的水下隧道不勝枚舉，隨著修建水下隧道的長度、深度和難度的加大，人們開始著手從事海底隧道的研究，興建海底隧道已是世界各國海底交通發(fā)展的必然趨勢。考慮到海底隧道在建設(shè)和運行中所處的外部環(huán)境，海水侵蝕、水壓增大都會對隧道的安全穩(wěn)定造成影響，其隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定對其建設(shè)過程有著重大影響。在隧道修建階段開展二襯結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量控制技術(shù)研究，通過改善施工工藝和進(jìn)行工程質(zhì)量控制，提高二襯混凝土的質(zhì)量具有重要意義，對隧道支護(hù)方案的安全論證具有積極作用。

2　混凝土建筑物的耐久性研究

混凝土建筑在耐久性上根據(jù)不同地區(qū)以及不同自然環(huán)境的影響，在數(shù)值上會有較大的差別。西方國家對混凝土建筑在耐久性上的表現(xiàn)做了長時間的研究，并根據(jù)其可能發(fā)生的隱患做了各種修繕和維護(hù)的技術(shù)方案。根據(jù)研究表明，混凝土建筑在耐久性上受到結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工法和管理手段多個因素的影響，而不同的施工工藝也對混凝土的耐久性起到重大影響，合適的材料比例和工法的選擇能夠提高其耐久數(shù)值，從維持建筑的穩(wěn)定性和安全性上來說，提高混凝土耐久性是一項具有積極意義的長期課題。

關(guān)于混凝土建筑物耐久性研究我國從上世紀(jì)中葉就已經(jīng)開始，結(jié)合我國工程實例中發(fā)生的建材銹蝕等問題，如何提升混凝土的耐久性一直是土木學(xué)界的關(guān)注話題之一。由國家科委組織以解決土木和水利工程中安全耐久問題為目的的基礎(chǔ)研究自1995年開始啟動，該項目由國內(nèi)眾多高等院校參與，多年來在理論取得了諸多突破，在工藝方法上的改進(jìn)也提升了混凝土建筑的穩(wěn)定性。

而相比地面建設(shè)的混凝土耐久研究，我國在地下，特別是海底建筑的研究還處于開創(chuàng)階段，由于海底隧道面臨的環(huán)境因素更為復(fù)雜，如何完全參照地面標(biāo)準(zhǔn)則會有很多指標(biāo)上的差異。因此，結(jié)合海底各項地質(zhì)指標(biāo)，加強海底建筑混凝土耐久性的研究，是當(dāng)前研究中較新的領(lǐng)域，隨著我國海底工程的日漸興起，值得在該方向上投入研究。

3　關(guān)于道路以及隧道混凝土結(jié)構(gòu)的防水研究

作為混凝土結(jié)構(gòu)中較為特殊的一類，地下建筑需要在防滲漏上花費較大的精力，如日本在海底隧道的建設(shè)中，對于防水問題就進(jìn)行了多種工藝上的創(chuàng)新，并在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)上做了很大的推動。在青函海底隧道的建設(shè)中，日本工程人員采用了復(fù)合防水技術(shù)對滲透問題做了預(yù)防，主要是采用襯砌防水膜的材料進(jìn)行防水防漏，同時還用異丁基橡膠止水板中間夾鋼片的形式來彌補混凝土縫隙漏水的問題，在該海底隧道施工還在混凝土模塊中預(yù)留了嵌縫槽以防止之后的漏水事故的發(fā)生，為隧道混凝土工程防水工藝提供了借鑒。美國、英國等在地下防水工程的工藝中主要采用了膨潤土修補的形式，或者采用膨潤土防水板，對混凝土滲漏狀況解決較好，該類復(fù)合防水技術(shù)方法對水下工程混凝土防水問題有比較好的針對。

在我國的公路以及隧道工程的建設(shè)中，主要采取地面建筑中防水工藝的經(jīng)驗，例如采用襯砌結(jié)構(gòu)自防水的方式，通過抗?jié)B混凝土襯砌，將兩種工藝混合使用來防止混凝土滲漏的問題發(fā)生。隨著我國地下以及水下工程的開展，防水技術(shù)也有了一定程度的提升，在90年代初，采用高分子材料構(gòu)成柔性防水層的工藝來填補初期支護(hù)之后的空缺，但是當(dāng)時卷材質(zhì)量很難得到保證，并且工藝上采用了有釘鋪設(shè)的方式，難以將高分子卷材有效運用。而隨著工藝水平的提升，我國在實際工程應(yīng)用中對于防水卷材的使用頻率開始提升，一方面工藝減少了焊縫，并且在焊接時采用了雙縫熱合方式，將公路隧道工程中的防水工藝有了很大程度上的提升。結(jié)合以前我國在混凝土施工中的防水工藝研究，涉及到二襯結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量的主要是混凝土的自防水，如何提高混凝土的自防水性能是本項目研究的一個主要內(nèi)容。

4　二襯混凝土的施工質(zhì)量控制

二襯是隧道主體結(jié)構(gòu)施工的最后一道工序，通過二襯的施作，實現(xiàn)隧道工程的安全實用與外部美觀。同時，因為隧道工程中有較多隱蔽工程，如錨桿、噴射混凝土等，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)的失效在運營階段很難直接體現(xiàn)出來，隧道病害的最終顯現(xiàn)會出現(xiàn)在二襯上，如二襯滲漏水、裂縫、掉塊等，其實質(zhì)除了二襯混凝土自身的強度和質(zhì)量問題外，較多的也是由襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害所引起的。然而，二襯混凝土自身質(zhì)量問題也常會導(dǎo)致病害的加速實現(xiàn)。同時，海底隧道處在復(fù)雜的環(huán)境中，其隱蔽性支護(hù)手段的質(zhì)量控制問題以及其防腐蝕能力較差，使得二襯在保證結(jié)構(gòu)安全方面的作用尤為重要。二襯是否可以起到有效的支護(hù)作用，有足夠的耐久性，除了與設(shè)計水平有關(guān)外，更重要的還有施工水平的發(fā)揮，施工是保證襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵。

混凝土結(jié)構(gòu)隨時間劣化有多種形式和途徑，最常見的混凝土中的鋼筋銹蝕，其他包括凍融破壞、腐蝕離子的侵蝕破壞，以及混凝土成分的內(nèi)部膨脹導(dǎo)致的破壞等。總結(jié)起來，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是有混凝土、鋼筋材料本身特性、所處的使用環(huán)境的侵蝕性以及設(shè)計、施工管理因素三方面共同決定的。海底隧道襯砌結(jié)構(gòu)外部需要承受圍巖壓力和水壓力等荷載，二次襯砌內(nèi)部還要承受長時間的碳化和氯離子侵蝕等。介于前面分析的各種影響因素，二次襯砌耐久性設(shè)計要從配合比設(shè)計、溫控與混凝土防開裂、抗?jié)B透性、防腐蝕性以及鋼筋保護(hù)層等角度出發(fā)，提出符合二次襯砌耐久性要求的各種參數(shù)。最后，結(jié)合氯離子擴散計算Duracrete模型的修正模型進(jìn)行翔安海底隧道服役壽命的預(yù)測，基本步驟如下：

（1）選擇合理的配合比是保證混凝土耐久性的第一步。提倡采用摻和料為“粉煤灰+礦渣粉”。

（2）制定溫控標(biāo)準(zhǔn)，采取相對應(yīng)的溫控措施，防止混凝土開裂。

（3）此外，影響混凝土強度和耐久性因素還有澆注過程混凝土振搗，振搗是為了獲得更密實的混凝土，排除氣泡，降低混凝土的內(nèi)部孔隙。

（4）按照Duracrete修正模型進(jìn)行計算，得知滿足海底隧道工程服役耐久性的要求。

總之，根據(jù)設(shè)計要求，合理選擇配合比，優(yōu)化施工，對由原材料到成品混凝土構(gòu)件采取施工前、施工中、施工后的嚴(yán)格控制、精心組織，嚴(yán)密施工、謹(jǐn)慎養(yǎng)護(hù)，才能確保二襯混凝土能夠體現(xiàn)其耐久性特征，保證工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

[1]陳肇元.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性[M].北京：中國建筑工程出版社，2003：174～181.

[2]張譽，等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概述[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[3]阿部道彥.耐久性能—建筑構(gòu)造物.コンクソミト工學(xué)，2001（1）：47～49.

[4]中國工程院土木建筑學(xué)部工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性設(shè)計與施工指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

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2015-10-9