地铁隧道结构裂缝产生的原因及渗漏的整治措施

龚 敏，罗川萍

（武汉地铁运营有限公司，湖北 武汉 430034）

0 引言

我国经济的快速发展加速了城市化建设，北京、广州、武汉等城市已有多条地铁线路建成投入运营，这些隧道因受技术水平的限制及运营期隧道结构的变形等而存在不同程度的病害。渗漏、钢筋锈蚀、碱骨料反应和酸碱侵蚀等使得隧道结构的耐久性和安全可靠度降低，给轨道交通的安全运营带来严重威胁。

1 地铁隧道工程

武汉市总的地势是东南高、西北低，以丘陵与平原相间的波状起伏地形为主。堆积平原地形区内广布，主要有三级阶地、二级阶地、一级阶地、河漫滩、长江河床等地貌。地铁隧道线路主要走行于长江一级阶地，饱和含水沙层、地下承压水与长江存在互动关系，工程及水文地质情况不良。

武汉地铁部分隧道采用明挖法施工，采用明挖法施工时，区间隧道一般采用钢筋混凝土矩形框架的结构型式。根据线路设置条件，单线隧道一般为单孔钢筋混凝土矩形断面，双线隧道一般采用双孔钢筋混凝土矩形断面，中间设隔墙分开，以利于区间隧道通风；部分隧道采用矿山法施工，如联络通道是复合式衬砌结构，采用全封闭塑料防水板防水层，并结合混凝土自防水；部分隧道采用盾构法，如越江区间长3300m，采用6.2m直径单洞单线盾构施工。车站以及人行通道满足一级防水要求，区间及其他辅助隧道（含通风道）满足二级防水要求。结构自防水要求初支喷射混凝土抗渗等级为P6，二衬混凝土的抗渗等级为P10。

经过现场勘察，发现既有线路区间结构顶板、侧墙部位均有不同程度的渗漏水，道床混凝土横向裂缝也有不同程度的渗漏水，另外结构墙体局部裂缝处、混凝土局部出现酥松处以及预埋铁件位置等均出现了不同程度的渗漏。

2 隧道结构裂缝产生原因分析

由于混凝土结构自身组成材料抗拉强度较低，在使用条件下容易出现结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。结构性裂缝是由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。非结构性裂缝是温差，干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝。综合以上，造成隧道结构裂缝的主要因素有下列几点。

2.1 化学作用

钢筋锈蚀、碱骨料反应和酸碱侵蚀是造成混凝土劣化的主要原因。混凝土劣化的直观表现是结构出现裂缝、疏松及剥落等。由于混凝土的劣化，失去对钢筋的保护，导致钢筋锈蚀、结构失去承载力，因此控制裂缝的发生和发展是保证结构安全运营的关键[1]。

钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而最终生产氢氧化铁锈蚀物，其体积比原来增大2～4倍，对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。碱骨料反应是混凝土组成中的水泥外加剂、掺合料或拌合物的可溶碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙液中，与骨料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种化学反应。反应物吸水后会产生较大的体积膨胀，引起混凝土内部应力的增大，使得混凝土开裂甚至结构破坏。混凝土材料对酸的抵抗能力较弱，长时间接触高浓度碱性物质也会使混凝土材料破坏。碳酸对混凝土有较大的腐蚀性，如碳酸与氢氧化钙反应形成可溶性的碳酸氢钙[2]。

2.2 物理作用

物理作用是因为收缩、冻胀、温度、变形及约束等各种因素，导致混凝土内部或表面产生应力和应力变化，同时与混凝土增长中的强度之间不相适应而产生和发育的。

混凝土在终凝前或刚终凝时几乎没有强度，因受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，导致毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，易产生龟裂[3]。

当混凝土处于饱水状态受冻时，其毛细孔壁同时承受毛细孔冰晶膨胀压和凝胶孔渗透压两种压力，当两种压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂，导致强度逐渐降低，直至完全丧失使用性能。

因水泥水化热、气温、太阳辐射作用使混凝土在高温下硬化，产生较大的温度应力而使混凝土结构贯穿开裂。此种裂缝一般冬季较宽、夏季较窄，裂缝的出现会造成钢筋的锈蚀。温度裂缝的走向通常无一定规律。

结构地基土质不匀、回填土不实、浸水或模板刚度不足、模板支撑间距过大等导致沉陷而产生裂缝。此类裂缝多为深度或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关。一般沿地面垂直或呈30°～45°角方向发展。较大的沉陷裂缝往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系[4]。

除了上述原因，地铁在运营期间受机械振动，使整个隧道发生不均匀沉降，从而导致混凝土衬砌产生裂缝。局部混凝土的密实度较差，碳化严重，导致钢筋锈蚀，也会引起混凝土保护层的开裂。

3 隧道结构渗漏整治

3.1 区间隧道病害整治原则

对于地铁结构裂缝病害，整治方法有多种，其选择要考虑裂损原因、裂损程度、隧道净空、渗漏情况、腐蚀程度、对运营干扰限度、整治费用等因素[5]。其综合整治原则如下：

（1）以堵、防为主，必要时与引排相结合，因地制宜、综合治理。

（2）立足于彻底整治，不留后患，不得降低隧道结构的安全度，不破坏原结构。

（3）先堵大漏后堵小漏，先高处后低处的治理顺序，涌水部位先排后堵，应把永久防水和补强加固统一考虑。

（4）既有区间结构修复后不能影响列车通行，施工与运营相互不干扰。

（5）在保证既有区间结构修复达到预定目标的前提下，尽量降低修复费用，节约资金。

3.2 裂缝渗漏整治

清理裂缝表面异物→凿除松动破损混凝土→高压水冲洗界面，若有锈蚀钢筋，先要进行除锈处理→预埋1～2个压浆嘴→用封堵材料进行封堵→待封堵材料达到一定强度后，压力灌注结构胶，压浆过程中力求浆液充满缝隙并分布均匀，注浆压力控制在0.3～0.4MPa→等封堵材料硬化后达0.2～0.6MPa→压浆完毕→待胶固化后，割断压浆嘴及封闭密封胶→养护。

3.3 钢筋锈蚀整治

彻底剔除松动混凝土保护层→除去油污，清除干净，并将表面润湿或喷涂一层黏结剂，用钢刷打磨锈蚀钢筋表面进行除锈→刷涂阻锈剂，为钢筋做除锈阻锈处理→将阻锈剂涂刷在所需保护的混凝土表面→待混凝土表面干燥后涂刷第二遍，一般不可少于6h→待混凝土表面干燥后涂刷第三遍，一般不可少于6h→将强度高、黏结好、收缩率小的结构修补剂喷射进去→养护。

3.4 补强修复

顶板补强修复：清理界面，打磨处理使之平整→刷抹底胶于混凝土表面→刮腻子、砂纸磨平→粘贴芳纶纤维布→确定底胶干燥、干净→刷涂芳纶专用胶→养护。

侧墙补强修复：清除裂缝表面的灰尘、油污→若有锈蚀钢筋，先要进行除锈处理→根据实际需要铺设钢筋网→接缝处采用快干型封缝胶，沿裂缝表面涂刮→安装灌浆器，待封缝胶凝固后，将灌浆树脂注入→树脂固化后，拆除灌浆器，敲掉堵头，清理表面封缝胶→养护。

道床混凝土裂缝修复：清除裂缝表面→沿裂缝凿除混凝土道床，深度至底板→从裂缝侧面打斜孔→埋管、清孔→注浆使裂缝充满浆液→待浆液材料固化后，将注浆嘴敲掉→封孔→养护。

4 结语

本文对地铁隧道结构裂缝产生的原因进行了分析，并对渗漏提出合理的整治方法，有效控制了地铁隧道结构裂缝的发生、发展，提高了地铁隧道的耐久性。随着城市的发展，越来越多的地铁建成投入使用，地铁隧道养护工作也越来越受到重视，渗漏的整治方法也将会得到更充分、更广泛的发展和应用。

参考文献：

[1]龚洛书，柳春圃.混凝土的耐久性及其防护修补[M].北京：中国建筑工业出版社，1990:1-5.

[2]赵学荣.碱-集料反应对混凝土结构耐久性影响研究[D].天津：天津大学，2008.

[3]何建红，钟良红.混凝土裂缝的成因、预防及处理[J].人民长江，2005，36（6）：33-35.

[4]赵中举.桥梁施工中混凝土裂缝产生的原因及预防措施[J].交通世界，2010（12）：155-157.

[5]李云.既有隧道衬砌病害评估与治理决策[D].长沙：中南大学，2010.