地鐵隧道結構病害原因分析及對策探究

劉 杰

（中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511458）

由于我國地鐵的建設和發展較晚，在研究方面還存在著些許不足之處，出現了大量的工程結構病害問題，造成工程部分建筑使用功能的降低。同時，國內的大部分地鐵實際運行時間在達到10 年期限時，都會出現不同程度的結構病害問題，對工程項目的質量以及居民的人身財產安全造成了十分嚴重的影響。

1 地鐵隧道結構病害產生的原因

1.1 滲漏裂縫出現的主要原因

滲漏裂縫出現的主要原因是外界荷載較大影響隧道巖體構造應力場，使得結構自身難以對此荷載進行承受，導致結構自身的應力超過標準值而出現的結構變形，進而形成裂縫，造成滲漏。由此可見，導致滲透裂縫出現的主要原因就是非變形荷載直接影響造成的。正常情況下，地鐵運行時經常由于荷載壓力的存在，使得經過此結構時出現不確定形式的振動效果，在長時間的影響和振動效果下就會相應地出現混凝土結構的裂縫現象。伴隨著相關結構的使用時間較長，混凝土的碳化程度也隨之增加，這就導致混凝土自身的緊密程度與堅固性顯著降低，進而使得鋼筋部分在巨大的壓力下出現腐蝕和斷裂，嚴重者會直接導致混凝土開裂，從而出現裂縫。此外，在預設結構下部埋設的部分水管管道由于外界壓力也會出現一定的老化和裂縫，這就使得結構在正常使用的過程中出現下部漏水的狀況，這也會對整體結構產生極大的安全隱患和威脅。

1.2 混凝土劣化出現的原因

導致混凝土結構出現劣化的原因有很多，例如在地鐵隧道結構整體性施工的過程中，其使用的混凝土的強度以及韌性參數較低，就會在后續工程投入使用的過程中出現劣化的問題。同時，在施工過程中混凝土的攪拌不充分，會使各原料無法在混合的過程中發揮出自身的作用，進而在結構部分出現麻面和氣泡。此外，還需要注意堿-骨料反應，即堿硅、堿碳酸鹽反應所造成的混凝土膨脹和開裂，出現這一現象會導致混凝土墻面在不良環境的條件下更容易遭受腐蝕的干擾和影響。在建設過程中，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，部分結構的防水構造和材料因長時間的使用而出現損壞，導致整體防水效果出現問題，而過于潮濕的環境會直接對隧道的結構造成不良影響，進而對混凝土的穩定性造成影響，促進其劣化。

1.3 鋼筋出現腐蝕情況的主要原因

造成鋼筋腐蝕的主要因素是地下水。鋼筋在潮濕的環境下結合氧氣與水，最終形成電化學反應，出現腐蝕情況。這是因為水的酸堿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，在酸性環境下鋼筋腐蝕情況會加快，就算是在堿性環境下形成的氧化膜，也會被迅速分解。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，從而對鋼筋造成破壞。鋼筋銹濁體積膨脹率為2 ～4，會使混凝土出現結構增大的情況，進而產生拉力和大量的復雜應力。一旦在受力方面出現問題就可能對混凝土的強度及耐久性產生影響，尤其可能出現混凝土裂縫，導致地下水進一步滲入，加快鋼筋的腐蝕速度，最終可能造成坍塌，從而影響到整個地下隧道。

2 修復原則

隧道的實際修復方式較為多樣，只有在對當前隧道的施工內容和方式進行充分了解后，才能夠制定出合理的修復方案。從宏觀上來說，火、凍、地震和滲透水都會影響其修復效果，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。無論是怎樣的修復都有一定的原則：（1）在進行病害結構修復后，不可影響通車；（2）一般對于結構病害的修復都是在隧道的表面等部位進行；（3）進行特殊部位特殊修復時，應以不同的修復手段進行不同區域的修復。（4）盡可能以低成本進行高質量修復，在節約成本的情況下達到修復目標。

3 應對地鐵隧道結構病害的主要措施

一般狀況下進行維護操作主要是從已經出現病害的問題部位開始修復，首先進行混凝土結構層處的維護工作，然后在加強整體維修效果的基礎上進行相應保護措施的整合，以此有效地對地鐵隧道進行保護與完善。

3.1 對混凝土內部鋼筋進行防腐蝕修復

由于被腐蝕的鋼筋位于混凝土的內部，因此打開混凝土表面結構進行修復就顯得尤為必要。進行內部修復之前，需要先進行表面的清潔，并對現有的裂縫進行及時處理。針對混凝土中尚未出現裂縫，但是自身存在松動的位置進行修復時，就要先對此部分進行及時性的處理，并將鋼筋由于腐蝕而出現在鋼筋表面的鐵銹等物質進行清除，之后再用相應的材料進行腐蝕位置的填充，以此來達到整體性修復的效果。再者，就是要將能夠防止鋼筋繼續腐蝕的材料直接涂抹在鋼筋上部的混凝土位置，以此來加強對鋼筋的保護，防止在后續修復操作完成后，再次出現腐蝕問題和狀況。在對混凝土表層進行干燥處理之后，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3 次涂抹方可達到較好的效果，實際的用量要控制在0.3 ～0.6kg/m2。

3.2 裂縫部位的修復

（1）針對裂縫部分的修復就是要將裂縫處的雜物和污染物進行及時清除，以此來保障后續修復的效果。修復混凝土裂縫可以采取表面涂層封閉、低壓慢速修補、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，出現的裂縫也多為靜止而不會過大，因此多采用低壓慢速修補的方式，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，應及時將裂縫部分密封，在壓漿嘴的布置過程中要注意每隔30cm 放置一個壓漿嘴。（3）利用密封膠對裂縫處及時進行密封處理，防止由于后續修復操作的不確定性使得其裂縫位置擴大。（4）在進行灌膠的過程中，要使漿液能夠在完全流動的基礎上進行密封和修復，這樣才能保持整體修復過程的穩定進行，防止由于膠體過于黏稠對灌膠過程造成影響。灌注結構膠的時候還要注意對壓力的控制，注意將終壓保持在0.2 ～0.5MPa，并將此壓力范圍內的灌膠持續3min，施工要從裂縫低洼處到高處進行施工，這樣才能較好地達到整體的實踐效果。待到裂縫部分的修復工程完善之后，需要及時將壓漿嘴進行關閉，這樣才能在結構膠完全干透之后，將表面多余的膠體部分清除，并對裂縫部分進行打磨，有效保障后續操作和施工的進行。

3.3 補強結構修復

一般來說，對于結構的加固主要是從頂墻和側墻部分進行修復加工，因此具體分為頂部補強修復加固和側墻部補強修復。（1）對于頂板進行補強修復的方法。首先，采用對混凝土內部的鋼筋進行修復的方法，對混凝土表面進行處理，在此基礎上進行內部填充，進行底膠FL-2000 的調配，在填充材料方面可以使用土與環氧樹脂，盡量使其表面光滑。其次，進行芳綸纖維布裁剪圖的設計，在設計的基礎上進行裁剪，對混凝土表面進行基準線的繪畫粘貼，8h 左右涂膠干燥，在洗干凈的情況下再次進行表面作業，尤其要注意粘貼芳綸纖維布時，要求經過無氣泡的處理，并進行少量材料和水泥的涂抹處理。（2）對側墻進行補強修復的方法。對側墻進行修補時，一定要注重對鋼筋銹蝕部分進行處理。除此之外，可以在表面進行鋼筋網的鋪設，并在墻體內進行不漏水模板的處理設置，尤其在進行灌漿處理時，要注重灌漿手法和灌溉過程中模板的情況，這樣才能保障結構完全符合標準施工條件和內容。每次灌漿工作完成之后，要在半小時之內進行相應的養護和修復工作。此養護時間不能少于半個月，即以15d 為一個養護周期。灌漿的原料必須在進行灌漿操作之后達到預設的時間，方可對其進行模板結構的拆除，這樣才能有效保障最終的結構和效果。

3.4 堿-骨料反應預防

目前，對于堿-骨料反應進行修復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抑制劑。然而，從其經濟價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，對于該反應僅建議采取防水的方式進行預防，尤其在發生各種情況后，要對未發生病害的區域進行保護，這是目前最為有效的處理方法。

4 結束語

地鐵隧道建設是我國城市基礎性工程項目建設中十分重要的一項內容。但由于我國發展狀況的影響，在地鐵隧道方案設計以及實際的施工過程方面都與現場巖土應力有差別，這就導致工程項目會出現諸多的結構病害和安全質量隱患。例如，鋼筋的腐蝕、混凝土的結構劣化以及土質層滲漏等問題，都會對地鐵隧道工程的建設產生十分重要的影響。為了能夠有效加強地鐵隧道項目的正常運行，就需要對地鐵隧道結構病害的產生原因進行深入的分析和總結，并提出相應的解決措施，以此保障地鐵隧道工程建設與發展，為我國建筑行業的提升奠定堅實的基礎。