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(jié)構(gòu)，地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)直接決定著隧道結(jié)構(gòu)的安全性。因施工完成后地鐵襯砌結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，通過多年運營，因混凝土腐蝕等因素將嚴(yán)重影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(dǎo)致其施工工藝、使用功能等也存有極大的區(qū)別。混凝土腐蝕是導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)過早損壞、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)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(guān)內(nèi)容進行了探討。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；襯砌結(jié)構(gòu)；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(shè)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(huán)境可直接接觸，且地下具有極為特殊的環(huán)境影響因素，導(dǎo)致在潮濕環(huán)境、地下水滲透壓力影響下，地鐵隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)逐步出現(xiàn)各種損壞現(xiàn)象，其中混凝土被腐蝕現(xiàn)象最為嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國淺層地下水受腐蝕污染極為嚴(yán)重，而其介質(zhì)來源主要包括生活垃圾腐蝕變質(zhì)、生活污水等。特別是夏季多雨季節(jié)，我國大部分城市地鐵隧道都會出現(xiàn)不同程度的滲漏水現(xiàn)象，在大量腐蝕雜質(zhì)的作用下，致使襯砌混凝土腐蝕損壞愈加嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全性進行衡量的主要指標(biāo)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(jīng)濟發(fā)展需求，無損檢測在地鐵混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，其優(yōu)點為便于操作、檢測精確度高、重復(fù)測試及不會對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強度。

1 試驗準(zhǔn)備

（1）試驗材料。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)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(shù)；

粗骨料：5—10mm粒徑的連續(xù)級配石灰?guī)r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(xué)試劑：MgCI2；

配合比設(shè)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(shè)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(nèi)進行放置及完成28天養(yǎng)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(huán)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(huán)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(huán)中隧道襯砌混凝土隨之產(chǎn)生的變化，可選取0、18、36次進行觀測。1-2次循環(huán)后，試塊表面顏色所有加重，說明混凝土試件內(nèi)部已經(jīng)滲入Cl-、Mg?+，且和混凝土產(chǎn)生反應(yīng)；18次循環(huán)后，通過烘干箱作業(yè)后，表面逐步干燥，但試塊逐漸析出鹽結(jié)晶，且表面孔隙也越來越大；36次循環(huán)后，起砂問題產(chǎn)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(xiàn)嚴(yán)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(huán)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(yīng)，產(chǎn)生Mg（OH）2，其溶性較差。在混凝土表面經(jīng)該物質(zhì)作用，形成相應(yīng)保護膜，降低了MgCI2侵蝕混凝土的速度。在腐蝕持續(xù)增加的過程中，逐步腐蝕保護膜，最終消失，此時混凝土內(nèi)的水化硅酸鈣凝膠將Mg?+轉(zhuǎn)化為無黏結(jié)性能的M-S-H，這種情況下，到完成36次循環(huán)后，將大大降低混凝土強度，嚴(yán)重損壞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)，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(jié)果得出，四種回歸公式相關(guān)值如下表1所示。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，必須在14%以內(nèi)控制地區(qū)測強曲線平均相對標(biāo)準(zhǔn)差，則12%以內(nèi)控制專用測強曲線相對標(biāo)準(zhǔn)差。通過上表1可見，獲取的超聲-回彈規(guī)程中22.9%為其平均相對誤差，24.44%為相對標(biāo)準(zhǔn)差。相比規(guī)范規(guī)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(guī)范統(tǒng)一測強曲線檢測強度并不合理。通過數(shù)據(jù)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(xiàn)過高、過低現(xiàn)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(guān)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(jié)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(jié)論

總之，在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，我國工程建設(shè)行業(yè)也得到了極大發(fā)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(nèi)容進行了分析，通過上述試驗論證可得出以下結(jié)論：

（1）MgCI2溶液內(nèi)地鐵隧道襯砌混凝土干濕交替腐蝕試驗中，降低強度現(xiàn)象較為嚴(yán)重，并損壞了混凝土結(jié)構(gòu)。

（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）.