地铁隧道结构病害原因分析及修复方法

，
其余
严重
多处渗漏 ， 结构耐久性损伤严重， 影响正常使用
１ 工程 概况
某城 市 地铁 一 号 线既 有段 始 建 于 ２ Ｏ世 纪 ７ ０年 代 ， 共 ８站
７区间 ， 全长约 ７ ． ３ ｋ ｍ。既有 段 自 １ ９ ８ ４年投入 运营 ， 至今 已运 营 近３ Ｏ年 ， 结构建 成 已近 ４ ０年 。２ ０ ０ ０年 ５月 ， 市政 府批 准 了地铁
地 铁 隧 道 结 构 病 害 原 因 分 析 及 修 复 方 法
赵 旭
１ ０ ２ ２ ０ ９ ） （ 北京市地铁 运营有限公 司运营一分公 司， 北京
摘
wenku.baidu.com
要： 对城市地铁 隧道结构 中常见的病害类型及其产 生的原 因进行 了系统分 析 ， 进而探讨 了不 同病害 对隧道 结构安全稳 定性 的
第４ ０卷 第 ９期 ２ ０ １ ４年 ３月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮ ＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ ＥＣ Ｔ Ｕ ＲＥ
Ｖｏ １ ． ４０ Ｎｏ ． ９
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ４
・１ ８ ５・
文章 编号 ： １ ０ ０ ９ － ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４） ０ ９ － ０ １ ８ ５ － ０ ２
影响机制 ， 在 此基础 上 ， 结合工程 实例提 出了各类病害相应修复方法 ， 并提 出了修 复治理隧道混凝土结构病害的建议 ， 以供参考 。
关键词 ： 地铁 隧道 ， 混凝土 ， 结构病害 ， 裂缝 中图分类号 ： Ｕ ４ ５ ７ ． ２ 文献标识码 ： Ａ
地铁隧道是城 市交通 隧道 的 主要类 型 ， 自１ ９ ６ ５年 北京 地铁 ３ ． １ 渗 漏裂 缝 期 工程开工到现 在 已有 近 ５ ０年 。随着 隧道设 计理 念 、 施 工技 工程研究发现 ， 非荷载变形导致 ８ ０ ％ 以上的衬砌混凝 土结构 术 和检测水平 的不 断进 步 ， 地 铁 隧道 的质量 愈来愈 高 ， 更多 的城 裂缝 ， 剩余 的 ２ ０ ％的裂 缝 以荷 载为 主导原 因 ， 以及变形 变化 与荷
久性 检测 。检测 内容包 括外 观损 伤检 查 、 混凝 土强 度测 试 、 混凝 失 了一定 的防水 功能 ， 地层 不均 匀沉 降引起 的箱体 变形 ， 破 坏 了 土碳 化深 度及保护层厚度测 试 、 Ｃ ｌ 含量测 试 、 碱含量 测试 、 碱 活 原变形处 的防水结构 ， 地下水通过这些 地方渗 漏到结构 中。而且
国基本上运营期在 １ ０年 左右 的 隧道都需 进入 到整 治修 复 阶段 。
序 号 区间名称
表１ 区间病害情况一览表
病 害等级 主要病 害
本文将结合某地铁线路 的结构修 复工作 ， 对城市 地铁隧 道 中的常 见病 害作 出分析并提 出合理有效 的修 复治理方案。
Ａ站 ～ Ａ站后 多处 明流水 ， 外包防水层已局部失效 ， 结构 耐 ｌ 约１ ０ ０ｍ 特 别严重 久性损伤严重 Ｂ站 已不能正常使 用
踏勘 ， 发现既有 区间经过 近 ３ ０年 的运 营 ， 洞 体结构 出现 了不 同程 实 ， 混凝 土漏浆 、 离析及混凝土 和易性 较差导 致蜂窝 、 麻 面等 不密 度 的病 害。２ ０ ０ ４年 ８月 一１ ０月 ， 中冶集 团建筑研究 总院国家工业 实现象 。这些不密实地方增加 了混 凝土表面 积 ， 更 容易遭受 碳化 建筑 诊断 与改造 工程技 术研究 中心对 全线 ７区 间进 行 了结 构耐 及其他有害介质 的侵蚀 ， 加上外层 的防水卷材在长 期的使用 后丧
３ ． ３ 钢 筋腐 蚀
钢筋 的腐蚀 主要 由于在有水分 参与下发 生的 电化学腐蚀 ， 即
由于 电化学 反应使得钢 筋表 面的铁不 外包 防水层 已局部失效 ； 其余 区间也存 在个别渗 漏点和极 个别 的 在氧气和水 的共 同作用下 ， 从 而逐渐 被腐 蚀。当钢 筋所 处环 境 的 ｐ Ｈ 严重渗 漏变形缝。２ ） 侧墙 、 中柱 角部等 部位存 在较 多蜂 窝 、 麻 面 断失去 电子而溶 于水 ， 钢筋表 面会产 生氧 化膜 ， 阻止 钢筋 与水 和空气 的进 一步 等不 密实 现象 ， 混凝 土结 构 出现 了强度 降低 、 疏松 掉块 等劣 化现 较大时 ， 腐蚀速度会 明显变缓。而当环境 ｐ Ｈ较小 时， 氧化膜受 到破 象， 严重影响结构 的长期安全使用 。３ ） 既有 区间结构钢筋 锈蚀 比 接触 ， 腐蚀速度将会 急剧加 快。当混凝 土中含有 氯离子 时 ， 即使 ｐ Ｈ 较普遍 。渗漏 水 中含 有 氯离 子 ， 导 致 了部 分钢 筋 的锈 蚀 较 为严 坏 ， 氧化膜也 会被 破坏 ｊ 。监 测发现 渗漏水 中含 有氯 离子 ， 这 重 。４ ） Ａ站 ～Ｂ站 区间已局部发 生了碱一 硅反应 ； Ｆ站 ～Ｇ站 ～Ｈ 较大 ， 站 区间局 部碱 含量超过限值 ； 其余 区段碱 含量较 低。各 区间病害 也一定程度 的加 剧 了钢筋 的腐蚀 程度 。钢 筋混凝 土 中的钢 筋锈 对 周 围的混凝 土产 生拉应 力 ， 当拉 应力 超过 等级 归纳 见表 １ 。既有 区间结 构病 害及耐久性损伤 已严 重影响 区 蚀而使其体积膨胀 ， 间的正常使用和长 期稳定 性 ， 要保证 区间结构 能继续 使 用 ， 必须 了混凝土的极限抗 拉强 度 时， 混凝 土 开裂 ， 从 而 降低结 构 的强度 并进 一步引发更为严重的腐蚀 。 对现有 的病害 ， 包括渗漏裂缝 问题 、 混 凝土劣化 问题 、 钢筋锈 蚀 问 和耐久性 ，
一
２ ３ ４ ５ ６ ７
Ｂ站 ～ Ｃ站 Ｃ站 一 Ｄ站 Ｄ站 一Ｅ站 Ｅ站 ～１ ７ 站 Ｆ站 一 Ｇ站 Ｇ站 一 Ｈ站
一般 一般 一般 一般 较重 较重
个别渗漏， 钢筋锈蚀 个别渗漏， 钢筋锈蚀 个别渗漏， 钢筋锈蚀 个别渗漏， 钢筋锈蚀 个别渗 漏， 钢筋锈蚀 ， 碱含量超过限值 个别渗 漏， 钢筋锈蚀 ， 碱含量超过限值
性骨 料分析 、 钢筋 锈蚀 测试 、 混凝 土抗 渗性 检测及 地下 水腐 蚀性 渗漏 的部分地下水具有硫 酸盐侵蚀 作用 ， 致使混凝 土结构 出现 了 分析 。 强度降低 、 疏松掉块等劣化现象 ， 影 响结构 的长期安全使用 。
２ 病 害情 况
１ ） 渗漏 主要集中在 Ａ站 ～Ｂ站前半 段约 １ ０ ０ ｍ长 的区段 ， 其
一
市也 开始修建 自己的地 铁 隧道 。但是 在我 国早期 建成 的一 些地 载 的共 同作用 。因此 大部 分衬 砌混凝 土结 构裂缝 是非荷 载 裂缝 铁 隧道 ， 由于设计 、 施 工等 各方 面在其 修建 时期 受到科 技水 平 的 或是非荷载变形与荷载共 同作用 的结果 ｊ 。地铁行驶过程长期 的 限制 ， 再加上多 年的使 用及 地质作 用 ， 这些 隧道 结构都 出现 了不 机械振动导致混凝土衬砌产生裂缝并 发展裂缝 。局部混凝土 的密 同程 度的破损 。渗漏 、 混 凝土劣化和钢筋 的腐蚀 等病害很 大程度 实度较差 ， 碳化严重 ， 导致钢筋锈蚀 ， 引起混凝土保 护层开裂。 的降低了隧道结构 的安全可靠度 ， 威胁 到地铁 的安全运 营 。在我
号 线“ 南延北伸 ” 工程项 目， 该 项 目除将一 号线 两头 延伸外 ， 还
要求将 既有车站拆除重建 ， 但 保 留既有 区间 。既有 区间基本 采用 ３ ． ２ 混 凝 土 劣 化 明挖 法施 工 ， 除 岔线 区外 ， 区 间为双 跨矩形 框架 结构 。根据 现场 既有 区间混凝土原设计标 号较低 （ ２ ５ ０号 ） ， 施 工时振捣 不密