地铁隧道地下水的腐蚀分析及措施

地铁隧道地下水的腐蚀分析及措施

摘要：近年来地铁建设一次性投入的资金巨大,对工程的耐久抗腐性提出了更高的要求。特别是沿海地区，盐水水位较高，容易造成地下结构的侵蚀。地下工程是不可逆转的,维修、改建或拆除都很困难,因此，做好抗腐的研究工作具有非常重要的现实意义。本文对地铁地下水进行分析，提出腐蚀防治措施。

关键词：地铁隧道;腐蚀;地下水成份分析;措施

引言

地铁是在离地面20米左右的地下运行的，作为沿海地区的深圳，其地下结构由于长期受CT盐、SO2-4盐腐蚀的地下水的侵蚀，虽然在总体上可以保证使用功能和安全储备。国内相关对地铁结构抗腐蚀的研究内容涉及较少，各类文献资料讨论甚少，如何进行腐蚀防治，使结构使用年限更得到保证，是专家们一直都在关注的问题。

一、地铁隧道地下水腐蚀特征分析

沿海地区的深圳地铁，由于长期浸水其中，地下水长期以来对混凝土结构具有硫酸盐腐蚀、弱盐类结晶型腐蚀，对钢结构具有中等腐蚀性的影响，由于地下水水位较高，地下水为盐水的总矿化度为29. 1 g/L。长期以来由于海水影响，地下水成分见表1,表2。

海水中含有的可溶性盐类,最主要的是NaCl、Na2SO4、MgSO4,按照离子浓度计为Na+10000~12000mg/L, Cl-19000~20000mg/L，SO2-42 800~3000mg/L,Mg2+ 1800~2000mg/L。

JTJ275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中,对“海水环境”的定义是:海港和受海水影响的河口港所处的环境。

该地铁混凝土结构地下水进行海水中的主要离子成分对比，认为地铁受港口所处环境的海水影响。因为地铁本身的使用年限较该规范规定的使用年限长，故地铁车站结构的腐蚀防治可以参考海港工程混凝土结构的防腐设计方法。

二、地铁结构特征

地铁车站混凝土结构因处于地下,与桥梁基础、港口工程有一些不同之处。

1设计使用年限长

根据《地铁设计规范》规定,车站结构的设计使用年限为100年,且应根据环境类别,按设计使用年限100年的要求进行耐久性设计。

2带裂缝工作状态

在典型的双层地铁车站箱形结构中,一般顶板覆土厚度不小于3.0m,同时结构还需要承受各方向的水压力作用,车站箱形结构各主要构件支座、跨中的弯矩大。因大幅度提高抗裂标准,必然增大地铁造价,故规范中规定:裂缝等级为三级、迎水面裂缝宽度不大于0.2mm。在混凝土及钢筋的协同工作条件下,受拉区混凝土应力增加,最终达到拉力极限值,混凝土开裂。结构弯矩大,必然使混凝土处于带裂缝工作状态。

3无法替换

地铁结构位于地下,结构主要受力构件与土体直接接触,承受水、土压力。在100年的设计使用年限中,这些构件难以替换,仅能进行维修。

4干湿交替状态

地铁车站为长期处于地下水浸泡的结构。一般认为,这类结构处于“水中环境”,但是由于地铁结构本身的特殊性,与海港工程中的桩、墩、台等并不完全一样,混凝土长期处于结构外侧与水接触,结构内侧为空气的条件。因空调使用、列车通过等原因,车站混凝土内表面的含水量下降,地下水不断向内补充。通过这种渗透作用,水中含有的各种可溶性盐,将会因为混凝土内表面水不断蒸发而沉积,这样对混凝土、钢筋有腐蚀作用的离子浓度将会迅速增加,最终导致对混凝土、钢筋的腐蚀。因此,地铁结构应该属于干湿交替条件的混凝土结构。

三、地铁结构防腐蚀措施

混凝土防腐蚀指防止和减慢腐蚀性地下水对混凝土、钢筋的侵蚀作用。其目标的实现可从设计、施工各个环节加以控制进行实现。

针对沿海地区,CT、SO2-4盐对混凝土和钢筋有中等腐蚀、强腐蚀的地下水情况,参考国内外对海港工程、桥梁的处理方式,进行结构混凝土设计,保证结构的安全性和耐久性。

1提高混凝土自身密实性

混凝土自身密实性的高低直接影响到地下水渗入的量，极大程度减慢腐蚀性地下水的侵入和腐蚀作用。首先降低混凝土的孔隙率，堵塞渗水通道；其次，减少混凝土拌和用水；再次需要采取措施,补偿混凝土后期的收缩作用。可以综

合考虑以下方式进行，以确保目标的实现。

1.1严格按要求配制混凝土

1)水泥品种选择和水泥用量

正确选择水泥品种,可以降低水化热的产生,减少水泥中的成分与腐蚀物质发生反应的可能性。根据地下水的特性,应尽量选择水化产物中Ca(OH)2少、水化铝酸盐少的水泥。根据这个原则,应选择C3A含量不超过6%的中热、低热硅酸盐大坝水泥或普通硅酸盐大坝水泥。

地铁的混凝土结构，掺有掺合料时,水泥(含掺合料)最小用量不得小于280 kg/m3，水泥强度等级不应低于32.5MPa; 水泥用量不得小于320 kg/m3。

2)粗、细骨料的选择

骨料的选择应满足:质地坚硬、清洁、级配良好,同时,粗骨料中不得含有活性SiO2,防止碱—骨料反应。根据《地下工程防水技术规范》规定,每立方米混凝土中各类材料的总碱量(Na2O当量)不得大于3kg。

3)掺合料

硅粉、磨细矿渣、粉煤灰保证一定掺量掺入到混凝土拌和料中，可以很大程度提高混凝土内部结构实密性，减少腐蚀性地下水对混凝土的腐蚀。

4)拌和用水

应采用pH为6~7的洁净水。同时,用水量应严格控制,最大水胶比应不大于0. 5(其中胶料成分包括水泥及掺入的硅粉、粉煤灰和磨细矿渣等)。

1.2外加剂

混凝土加入外加剂,可以改善混凝土的性质。为保证混凝土的密实性,需要将减水剂、引气剂、膨胀剂、缓凝剂等联合使用,才能满足地铁车站混凝土结构抗腐蚀要求。

1.3其他掺合物

为保持混凝土的密实性,也可以加入适量的纤维(钢纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等),使混凝土成为纤维增强混凝土,可以改善混凝土结构的韧性,混凝土抗裂得到明显改善。但是,这类掺合物的成本高,现仅用在少数需要特殊加强的部位,如开孔较大、较多的板、墙等可能出现较多裂缝的位置。

2增加混凝土保护层厚度