地鐵隧道結構無損檢測方法與病害實例處理分析

范偉

[摘要]本文對地鐵運行過程中的常見病害進行分析，并且對地鐵隧道結構的無損檢測方式進行探討，提出對地鐵工程常見病害的處理對策，旨在提高地鐵運行安全性。

[關鍵詞]地鐵隧道；無損檢測；病害處理

1.地鐵隧道病害實例

為了方便人們的生活出行，當前越來越多城市開始加強地鐵工程建設，北京、上海、廣州、深圳等大城市的地鐵工程相對于其他城市的地鐵工程，建設較早，地鐵線路復雜，以北京地鐵系統為例，1965年北京地鐵一期工程開始施工，到現在為止，已經有十幾條線路，而且隨著地鐵隧道施工質量越來越高，也開通了自己的地鐵隧道。我國早期的地鐵隧道施工受到設計、施工等方面的限制，加上多年使用，導致一些隧道結構已經出現了不同程度的破損，通過調查分析，當前我國地鐵隧道最常見的病害是滲漏、混凝土劣化、鋼筋腐蝕等，這些病害極大地降低了隧道結構的安全性與可靠性，對地鐵運營安全產生很大的影響。

某城市地鐵隧道運營已經有三十年時間，此前開始進行“南延北伸”工程項目，該項目除了要對原來的線路進行南北方向的延伸之外，還要對既有的車站進行拆除、重建，但是對原有的車站區間進行保留。經過現場勘查發現，該地鐵項目經過長時間運營，已經出現了不同程度的損害，相關部門對該線路進行結構耐久性試驗，主要包括隧道結構損傷檢查、對混凝土強度進行測試、對隧道混凝土碳化深度以及保護層的厚度進行測試、對堿含量進行測試、對堿活性骨料進行分析、對鋼筋的銹蝕程度進行測試等內容，經過檢查發現，某個站點的站前半段大約150m的區間，外包防水層已經失效，而且在其他區間也存在滲漏點，有的位置滲漏十分嚴重，已經導致結構變形。隧道結構中的側墻、中柱角部等位置也出現較多問題，例如蜂窩、麻面等問題，導致隧道支護的穩定性不足，影響地鐵運行安全。鋼筋檢查是隧道檢查的主要內容，經過檢查發現，鋼筋銹蝕比較嚴重，而且是整個地鐵隧道普遍存在的問題，由于滲漏問題嚴重，滲漏的水中含有較多氯離子，長期滲漏對鋼筋造成嚴重的腐蝕，使得鋼筋的承載能力下降。另外，在對混凝土進行檢測的時候發現混凝土襯砌裂縫比較嚴重，局部混凝土的密實性較差，而且出現嚴重的碳化，導致混凝土保護層開裂。在檢查過程中還發現很多其他問題，對隧道結構的安全性和穩定性產生嚴重影響。

2.地鐵隧道無損檢測項目及方法

無損檢測是地鐵隧道檢修過程中的常用方法，近年來關于無損檢測、健康診斷的研究越來越多，無損檢測指的是在地鐵運行過程中加強對地鐵隧道結構病害的檢查，完成檢測目的，同時不對地鐵的運行產生任何影響。上述某城市地鐵隧道結構檢測過程中也采用無損檢測的方式。無損檢測的內容主要有以下內容。

2.1對地鐵隧道結構的尺寸進行檢測

地鐵隧道結構的尺寸檢查是了解地鐵隧道基本情況的途徑，在隧道結構的尺寸測量過程中，通常采用的儀器有兩種，一種是激光隧道斷面儀，另一種是全站儀，這兩種儀器在隧道結構尺寸的檢測過程中比較常用，可以對隧道地鐵端面的凈空狀態進行檢測，從而對地鐵隧道的具體情況進行了解。

2.2對裂縫進行觀測

地鐵運行過程中其周圍的隧道支護結構可能會出現裂縫，對于混凝土襯砌上的裂縫，通常采用目測方式進行測量，同時，為了對裂縫的寬度進行準確地測量，則還需要采用裂縫測寬儀，對裂縫的寬度測量誤差進行控制，在測量結束之后要將裂縫的各種參數綜合起來，并且繪制成圖，在整個地鐵隧道線路上清晰地展示出裂縫的具體隋況，有助于及時進行維護。

2.3密實度無損檢測

對隧道結構的密實度進行檢測也是隧道檢測過程中的一個重要內容，檢測過程中采用的主要工具是地質雷達，通過雷達信號傳輸可以對地鐵隧道結構的襯砌厚度、襯砌背后的空洞分布情況等進行檢測，從而對隧道密實度進行判斷。

2.4強度檢測

對地鐵隧道結構的強度進行測試采用的儀器是結構回彈儀，這種儀器主要用于對隧道結構混凝土表面的強度進行測量，同時還能反映出混凝土表面的硬度，從而對隧道結構的具體情況進行分析，有助于及時對隧道強度不足問題進行解決。

2.5鋼筋銹蝕受力檢測

鋼筋是隧道結構中的主要承力構件，鋼筋長期使用過程中會出現腐蝕現象，導致其承載能力下降，在隧道結構檢測過程中對鋼筋進行檢測時主要是通過對鋼筋銹蝕之后的電位值情況進行檢測。

3.地鐵隧道常見的病害原因分析

在地鐵隧道運行過程中常出現的病害有裂縫、滲漏、鋼筋腐蝕等，產生各種問題的原因如下。

3.1隧道結構裂縫的成因

在地鐵隧道運行過程中裂縫可能發生在很多部位，例如道床、邊墻、頂板等，上文中某城市的地鐵線路邊墻出現嚴重裂縫，出現裂縫的原因主要有幾個方面：第一，由于設計不合理帶來的差異沉降。在地鐵隧道結構設計過程中，由于設計的方案不合理，從而導致隧道結構的地基加固效果不好，因此在地鐵長期運行過程中可能出現地基沉降，而且地基的沉降數值大于標準允許范圍，從而出現結構性裂縫。此外，在隧道結構裂縫設計過程中，設計人員可能對隧道結構的圍巖情況判斷不準確，從而在對隧道的襯砌結構進行設計的時候其厚度不足，出現裂縫；第二，變形縫的設置問題。變形縫是隧道結構設計中的重要內容，包括沉降縫、伸縮縫兩種。對于地鐵而言，一般不設置沉降縫，但是在一些地基條件不好的地區，例如軟土地基較多的地區，一般也不會設置太多的伸縮縫，以提高地鐵結構的縱向剛度。由于沉降縫和伸縮縫的設置不當，當地基出現沉降問題的時候，沉降結構應力可能會集中在某一個部位，隨著應力不斷增大，會導致結構裂縫越來越嚴重；第三，結構強度不高。結構強度是地鐵隧道設計過程中的重要指標，由于隧道結構設計過程中的設計方案不規范，或者混凝土壁后回填土的壓實不夠，導致隧道結構的混凝土質量不能滿足要求，進而會產生裂縫。另外，列車運行過程中的振動會導致地基出現較大的縱向沉降，混凝土的各種收縮反應會使得混凝土結構內部產生更加集中的應力，最終導致結構裂縫出現。

3.2滲漏水問題成因

由于地鐵結構處于地下，因此滲漏水問題時有發生，滲漏水對地鐵隧道結構的危害十分嚴重，會導致混凝土結構出現襯砌風化、剝蝕等問題，這些問題都會對混凝土襯砌結構的穩定性造成破壞，由于滲漏過程長期存在，還可能導致圍巖不斷變軟，尤其是當深入隧道的水體中含有腐蝕性物質的時候，很容易對混凝土的砂漿結構造成破壞。例如上述例子中滲漏水中含有氯離子，對鋼筋造成腐蝕，導致地鐵隧道的承載能力下降。地鐵隧道結構出現滲漏水問題一般有兩個原因，一個是裂縫比較嚴重，已經貫穿整個混凝土結構層；另一個是隧道的防水層已經損壞，不能達到防水的目的。結構裂縫、防水工程質量問題、圍護結構是滲漏問題的主要原因。

4.地鐵隧道結構病害的防治策略

在地鐵隧道維護過程中，對于常見的病害必須要及時處理，對癥下藥，找到問題的成因，采取相應的方法對故障進行解除。

4.1表面封閉

對地鐵隧道的滲漏問題進行治理時，從美觀角度來講，可以采用表面封閉的方法，對滲漏處理后的表面進行進一步處理，這種方法適用于裂縫結構在允許范圍之內的情況，當在裂縫內注漿或者在壁后注漿之后，可以對裂縫表面進行封閉。對于滲漏比較輕微的現象，則應該要將裂縫按照要求剔成一定深度和寬度的V形槽，并且在槽內用速凝材料進行填壓，確保裂縫處理之后的密實性，防止再次滲水。

4.2注漿

注漿是對裂縫和滲漏問題進行處理的常見措施，包括縫內注漿和壁后注漿兩種類型，其中縫內注漿用于裂縫比較大、出現相對比較嚴重的滲漏情況，還有一些已經經過處理但依舊有滲漏現象的裂縫。注漿材料通常為混凝土材料。壁后注漿是用壓力泵將止水漿液注入混凝土的背面，從而在混凝土背面形成保護面的方式，可以將裂縫的滲漏水通道徹底截斷。

4.3素噴或網噴混凝土

隧道混凝土襯砌很容易出現嚴重裂縫，在裂縫問題的處理過程中，可以采用素噴混凝土或者網噴混凝土對裂縫進行處理，對混凝土結構進行加固，從而不斷提高混凝土襯砌的強度。同時，還可以加強對鋼筋網絡的布設，使得混凝土鋼筋的穩定性、抗剪強度、牢固性不斷提升。

4.4對施工縫進行修補

在地鐵隧道的裂縫處理過程中一般采用施工縫修補的方式，注漿防水與嵌縫和抹面保護相結合，首先將裂縫內的原嵌填材料進行清除，然后沿著縫隙鑿縫，形成施工縫，并且對施工縫進行清潔，如果滲漏現象十分嚴重，則必須要在隧道中埋設引水管，將積水及時排出，如果滲漏不嚴重，則可以采用快凝材料對各種裂縫進行封堵，并且在裂縫中填充高質量的防水材料，再在表面抹水泥砂漿。常見的堵水材料有無機堵漏材料、有機堵漏材料、快速堵漏劑等，不同材料的適用范圍不相同，要根據實際情況選擇合適的材料進行修補。

5.結語

綜上所述，隨著地鐵建設不斷加快，地鐵隧道結構的安全問題也越來越多，在長期運行過程中地鐵隧道的損壞逐漸加劇，對地鐵運行帶來嚴重的安全危害。在地鐵運行過程中應該要積極加強病害檢測，采用無損檢測方式，對地鐵隧道結構的滲漏、裂縫等問題進行檢測，并且根據檢測結果采取相應的措施進行防治，重視地鐵結構的設計、施工質量管理以及運行過程中的監管，不斷提高地鐵運行過程中的安全性。