地鐵隧道襯砌混凝土及檢測試驗研究

馬杏麗

摘 要：作為隧道永久支護結構，地鐵隧道襯砌結構直接決定著隧道結構的安全性。因施工完成后地鐵襯砌結構已經定型，通過多年運營，因混凝土腐蝕等因素將嚴重影響隧道襯砌結構的穩定性、安全性。因此，對地鐵隧道襯砌混凝土耐腐蝕及腐蝕檢測試驗進行研究無疑具有重要意義。相比地上建筑，地鐵因其所處位置不同，導致其施工工藝、使用功能等也存有極大的區別。混凝土腐蝕是導致襯砌結構過早損壞、結構失穩的主要原因，因此，本文通過具體檢測試驗，對地鐵隧道襯砌混凝土的耐腐蝕性能相關內容進行了探討。

關鍵詞：地鐵隧道；襯砌結構；混凝土；耐腐蝕；檢測試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.138

一般情況下，地鐵隧道工程的設計使用年限為100年，其具有投資高、耐久性強等要求。因地鐵隧道襯砌混凝土與外部環境可直接接觸，且地下具有極為特殊的環境影響因素，導致在潮濕環境、地下水滲透壓力影響下，地鐵隧道襯砌混凝土結構逐步出現各種損壞現象，其中混凝土被腐蝕現象最為嚴重。據相關數據顯示，我國淺層地下水受腐蝕污染極為嚴重，而其介質來源主要包括生活垃圾腐蝕變質、生活污水等。特別是夏季多雨季節，我國大部分城市地鐵隧道都會出現不同程度的滲漏水現象，在大量腐蝕雜質的作用下，致使襯砌混凝土腐蝕損壞愈加嚴重，最終威脅到地鐵隧道的安全。基于此，為有效提升地鐵隧道結構的安全性，必須檢測襯砌混凝土裂損后的強度，這也是對隧道結構安全性進行衡量的主要指標之一。目前常用的檢測方式主要分為2大類：破損、無損檢測。為滿足社會經濟發展需求，無損檢測在地鐵混凝土結構中的應用越來越多，其優點為便于操作、檢測精確度高、重復測試及不會對結構造成損壞。為此，本文選取無損檢測方式檢測襯砌混凝土腐蝕后的強度，以期有效提升混凝土結構強度。

1 試驗準備

（1）試驗材料。根據相關規范規定，選取合理的試驗材料。具體如下：

水泥：選取強度等級為42.5的C30＼C35普通硅酸鹽水泥；

細骨料：中砂，2.6為細度模數；

粗骨料：5—10mm粒徑的連續級配石灰巖碎石；

水：一般自來水；

外加劑/摻合料：JC-2早強高效減水劑、粉煤灰、DM-F速凝劑；

化學試劑：MgCI2；

配合比設計：C30水泥：砂：石：水=312：889：964：180

C35水泥：砂：石：水=408：896：896：200

外加劑/摻合料設計：C30水泥添加5.90kg/m?JC-2減水劑、55 kg/m?粉煤灰；C35水泥添加16.32 kg/m?DM-F速凝劑。

（2）測試儀器。本文主要選取萬能壓力試驗機、ZC3-A型回彈儀、NM-4A型非金屬超聲波檢測儀。

2 試驗方式

（1）干濕交替加速腐蝕試驗。本試驗選取試件30組，共90塊，尺寸為100x100x100mm。成型后，可將試件在18到22℃的氫氧化鈣飽和溶液（不流動）內進行放置及完成28天養護。隨后進行干濕交替加速腐蝕試驗，具體流程如下：。由此可見，一個干濕交替循環時間為2天。選取MgCI2溶液（濃度為15%）作為腐蝕溶液，需進行36次循環試驗，相隔4次將一組試件取出，隨后測試其抗壓強度。MgCI2腐蝕影響下，為更加清晰地看出干濕交替循環中隧道襯砌混凝土隨之產生的變化，可選取0、18、36次進行觀測。1-2次循環后，試塊表面顏色所有加重，說明混凝土試件內部已經滲入Cl-、Mg?+，且和混凝土產生反應；18次循環后，通過烘干箱作業后，表面逐步干燥，但試塊逐漸析出鹽結晶，且表面孔隙也越來越大；36次循環后，起砂問題產于混凝土表面，試件表面也不在具備光澤性、空洞也越來越大。但整體而言，試塊還基本具備良好的整體性，也沒有出現嚴重的表皮脫落問題。

（2）試驗抗壓強度分析。通過試驗得出，8次循環時試件強度變化小，基本無改變。其主要原因在于Mg?+和混凝土反應，產生Mg（OH）2，其溶性較差。在混凝土表面經該物質作用，形成相應保護膜，降低了MgCI2侵蝕混凝土的速度。在腐蝕持續增加的過程中，逐步腐蝕保護膜，最終消失，此時混凝土內的水化硅酸鈣凝膠將Mg?+轉化為無黏結性能的M-S-H，這種情況下，到完成36次循環后，將大大降低混凝土強度，嚴重損壞襯砌混凝土結構，最后所有試件強度都大幅度減小，由此可見，于混凝土腐蝕而言，干濕交替腐蝕作用顯著，破壞性強。

（3）超聲—回彈綜合法測強曲線。通過回歸結果得出，四種回歸公式相關值如下表1所示。

根據相關規程規定，必須在14%以內控制地區測強曲線平均相對標準差，則12%以內控制專用測強曲線相對標準差。通過上表1可見，獲取的超聲-回彈規程中22.9%為其平均相對誤差，24.44%為相對標準差。相比規范規定值，該值多出許多，由此可見，隧道襯砌混凝土腐蝕后通過規范統一測強曲線檢測強度并不合理。通過數據獲取超聲，通過分析對比兩種方法，即：回彈綜合法回歸、單參量回歸，其中效果較佳的為綜合法回歸，其主要原因在于描述混凝土強度時，如選取單參量，即回彈值等，部分影響因素將出現過高、過低現象。基于此，可通過綜合法回歸公式補償單參量回歸公式的相關性、平均相對誤差等。理論研究表明，在測試精度方面，與單參量回歸相比，綜合法回歸精度更高，與此試驗結果一致。通過硫酸鹽對隧道襯砌混凝土腐蝕的綜合回歸曲線可以得出，在高精度要求下，混凝土強度測試可選取多項式回歸；但在操作便捷角度分析，可選取線性回歸。

3 結論

總之，在社會經濟高速發展的今天，我國工程建設行業也得到了極大發展。地鐵作為重要的交通方式之一，地鐵隧道襯砌混凝土的腐蝕程度、強度高低直接影響著地鐵工程的安全性，為此本文通過具體試驗，對地鐵隧道襯砌混凝土腐蝕性、強度等內容進行了分析，通過上述試驗論證可得出以下結論：

（1）MgCI2溶液內地鐵隧道襯砌混凝土干濕交替腐蝕試驗中，降低強度現象較為嚴重，并損壞了混凝土結構。

（2）在高精度要求下，可選取超聲—回彈綜合法測強曲線。通過進一步修正該公式，獲取滿足檢測地鐵隧道襯砌混凝土強度的公式，及被腐蝕混凝土后的回彈測強曲線。

參考文獻：

[1]梁詠寧，袁迎曙.超聲波檢測受硫酸鹽腐蝕混凝土強度的研究[J].無損檢測，2011（09）.