地铁隧道结构病害原因分析及对策探究

刘 杰

（中铁隧道局集团有限公司，广东 广州 511458）

由于我国地铁的建设和发展较晚，在研究方面还存在着些许不足之处，出现了大量的工程结构病害问题，造成工程部分建筑使用功能的降低。同时，国内的大部分地铁实际运行时间在达到10 年期限时，都会出现不同程度的结构病害问题，对工程项目的质量以及居民的人身财产安全造成了十分严重的影响。

1 地铁隧道结构病害产生的原因

1.1 渗漏裂缝出现的主要原因

渗漏裂缝出现的主要原因是外界荷载较大影响隧道岩体构造应力场，使得结构自身难以对此荷载进行承受，导致结构自身的应力超过标准值而出现的结构变形，进而形成裂缝，造成渗漏。由此可见，导致渗透裂缝出现的主要原因就是非变形荷载直接影响造成的。正常情况下，地铁运行时经常由于荷载压力的存在，使得经过此结构时出现不确定形式的振动效果，在长时间的影响和振动效果下就会相应地出现混凝土结构的裂缝现象。伴随着相关结构的使用时间较长，混凝土的碳化程度也随之增加，这就导致混凝土自身的紧密程度与坚固性显著降低，进而使得钢筋部分在巨大的压力下出现腐蚀和断裂，严重者会直接导致混凝土开裂，从而出现裂缝。此外，在预设结构下部埋设的部分水管管道由于外界压力也会出现一定的老化和裂缝，这就使得结构在正常使用的过程中出现下部漏水的状况，这也会对整体结构产生极大的安全隐患和威胁。

1.2 混凝土劣化出现的原因

导致混凝土结构出现劣化的原因有很多，例如在地铁隧道结构整体性施工的过程中，其使用的混凝土的强度以及韧性参数较低，就会在后续工程投入使用的过程中出现劣化的问题。同时，在施工过程中混凝土的搅拌不充分，会使各原料无法在混合的过程中发挥出自身的作用，进而在结构部分出现麻面和气泡。此外，还需要注意碱-骨料反应，即碱硅、碱碳酸盐反应所造成的混凝土膨胀和开裂，出现这一现象会导致混凝土墙面在不良环境的条件下更容易遭受腐蚀的干扰和影响。在建设过程中，各原材料都具有自身的使用期限，这就使得地铁在建成和投入使用之后，部分结构的防水构造和材料因长时间的使用而出现损坏，导致整体防水效果出现问题，而过于潮湿的环境会直接对隧道的结构造成不良影响，进而对混凝土的稳定性造成影响，促进其劣化。

1.3 钢筋出现腐蚀情况的主要原因

造成钢筋腐蚀的主要因素是地下水。钢筋在潮湿的环境下结合氧气与水，最终形成电化学反应，出现腐蚀情况。这是因为水的酸碱度对于钢筋腐蚀的速度是有影响的，比如在碱性溶液中钢筋表面很容易出现一层氧化膜，使得氧气与水被隔绝在外，减小下一步腐蚀的可能性；然而与此相对，在酸性环境下钢筋腐蚀情况会加快，就算是在碱性环境下形成的氧化膜，也会被迅速分解。作为氯离子含量丰富的地下水源，很容易使表层氧化膜与氯离子反应，从而对钢筋造成破坏。钢筋锈浊体积膨胀率为2 ～4，会使混凝土出现结构增大的情况，进而产生拉力和大量的复杂应力。一旦在受力方面出现问题就可能对混凝土的强度及耐久性产生影响，尤其可能出现混凝土裂缝，导致地下水进一步渗入，加快钢筋的腐蚀速度，最终可能造成坍塌，从而影响到整个地下隧道。

2 修复原则

隧道的实际修复方式较为多样，只有在对当前隧道的施工内容和方式进行充分了解后，才能够制定出合理的修复方案。从宏观上来说，火、冻、地震和渗透水都会影响其修复效果，而加固方法则有衬砌、套拱、注浆、换拱和隧道衬砌裂缝处治及抗腐蚀处理。无论是怎样的修复都有一定的原则：（1）在进行病害结构修复后，不可影响通车；（2）一般对于结构病害的修复都是在隧道的表面等部位进行；（3）进行特殊部位特殊修复时，应以不同的修复手段进行不同区域的修复。（4）尽可能以低成本进行高质量修复，在节约成本的情况下达到修复目标。

3 应对地铁隧道结构病害的主要措施

一般状况下进行维护操作主要是从已经出现病害的问题部位开始修复，首先进行混凝土结构层处的维护工作，然后在加强整体维修效果的基础上进行相应保护措施的整合，以此有效地对地铁隧道进行保护与完善。

3.1 对混凝土内部钢筋进行防腐蚀修复

由于被腐蚀的钢筋位于混凝土的内部，因此打开混凝土表面结构进行修复就显得尤为必要。进行内部修复之前，需要先进行表面的清洁，并对现有的裂缝进行及时处理。针对混凝土中尚未出现裂缝，但是自身存在松动的位置进行修复时，就要先对此部分进行及时性的处理，并将钢筋由于腐蚀而出现在钢筋表面的铁锈等物质进行清除，之后再用相应的材料进行腐蚀位置的填充，以此来达到整体性修复的效果。再者，就是要将能够防止钢筋继续腐蚀的材料直接涂抹在钢筋上部的混凝土位置，以此来加强对钢筋的保护，防止在后续修复操作完成后，再次出现腐蚀问题和状况。在对混凝土表层进行干燥处理之后，必须对腐蚀部位和尚未腐蚀部位的钢筋进行油基漆和树脂基漆类防腐蚀材料的涂抹。在涂抹的过程中要注意控制材料的涂抹量，一般为0.1 ～0.2kg，反复3 次涂抹方可达到较好的效果，实际的用量要控制在0.3 ～0.6kg/m2。

3.2 裂缝部位的修复

（1）针对裂缝部分的修复就是要将裂缝处的杂物和污染物进行及时清除，以此来保障后续修复的效果。修复混凝土裂缝可以采取表面涂层封闭、低压慢速修补、压力注浆、填充密封法等方式。（2）由于地下隧道温度较为恒定，出现的裂缝也多为静止而不会过大，因此多采用低压慢速修补的方式，而在该过程中较为重要的是压浆嘴的使用。在使用压浆嘴时，应及时将裂缝部分密封，在压浆嘴的布置过程中要注意每隔30cm 放置一个压浆嘴。（3）利用密封胶对裂缝处及时进行密封处理，防止由于后续修复操作的不确定性使得其裂缝位置扩大。（4）在进行灌胶的过程中，要使浆液能够在完全流动的基础上进行密封和修复，这样才能保持整体修复过程的稳定进行，防止由于胶体过于黏稠对灌胶过程造成影响。灌注结构胶的时候还要注意对压力的控制，注意将终压保持在0.2 ～0.5MPa，并将此压力范围内的灌胶持续3min，施工要从裂缝低洼处到高处进行施工，这样才能较好地达到整体的实践效果。待到裂缝部分的修复工程完善之后，需要及时将压浆嘴进行关闭，这样才能在结构胶完全干透之后，将表面多余的胶体部分清除，并对裂缝部分进行打磨，有效保障后续操作和施工的进行。

3.3 补强结构修复

一般来说，对于结构的加固主要是从顶墙和侧墙部分进行修复加工，因此具体分为顶部补强修复加固和侧墙部补强修复。（1）对于顶板进行补强修复的方法。首先，采用对混凝土内部的钢筋进行修复的方法，对混凝土表面进行处理，在此基础上进行内部填充，进行底胶FL-2000 的调配，在填充材料方面可以使用土与环氧树脂，尽量使其表面光滑。其次，进行芳纶纤维布裁剪图的设计，在设计的基础上进行裁剪，对混凝土表面进行基准线的绘画粘贴，8h 左右涂胶干燥，在洗干净的情况下再次进行表面作业，尤其要注意粘贴芳纶纤维布时，要求经过无气泡的处理，并进行少量材料和水泥的涂抹处理。（2）对侧墙进行补强修复的方法。对侧墙进行修补时，一定要注重对钢筋锈蚀部分进行处理。除此之外，可以在表面进行钢筋网的铺设，并在墙体内进行不漏水模板的处理设置，尤其在进行灌浆处理时，要注重灌浆手法和灌溉过程中模板的情况，这样才能保障结构完全符合标准施工条件和内容。每次灌浆工作完成之后，要在半小时之内进行相应的养护和修复工作。此养护时间不能少于半个月，即以15d 为一个养护周期。灌浆的原料必须在进行灌浆操作之后达到预设的时间，方可对其进行模板结构的拆除，这样才能有效保障最终的结构和效果。

3.4 碱-骨料反应预防

目前，对于碱-骨料反应进行修复的主要手段尚没有被研究出来，唯一有效的也只是美国所研究出的反应抑制剂。然而，从其经济价值和带来的效益方面来看，该试剂并不值得在我国推广。因此，对于该反应仅建议采取防水的方式进行预防，尤其在发生各种情况后，要对未发生病害的区域进行保护，这是目前最为有效的处理方法。

4 结束语

地铁隧道建设是我国城市基础性工程项目建设中十分重要的一项内容。但由于我国发展状况的影响，在地铁隧道方案设计以及实际的施工过程方面都与现场岩土应力有差别，这就导致工程项目会出现诸多的结构病害和安全质量隐患。例如，钢筋的腐蚀、混凝土的结构劣化以及土质层渗漏等问题，都会对地铁隧道工程的建设产生十分重要的影响。为了能够有效加强地铁隧道项目的正常运行，就需要对地铁隧道结构病害的产生原因进行深入的分析和总结，并提出相应的解决措施，以此保障地铁隧道工程建设与发展，为我国建筑行业的提升奠定坚实的基础。