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1、2 0 0 4 年1 2 月铁道工程学报 第4 期( 总8 4 )J O U R N A L0 FR A I LW A YE N G I N E E R I N GS O C I E T Y D e c e m b e r2 0 0 4 N O 4 ( s e r 8 4 ) 文章编号：1 0 0 6 2 1 0 6 ( 2 0 0 4 ) 0 4 0 0 8 9 0 4 隧道支护混凝土的硫酸盐侵蚀与治理 孙玉波p 于贵穴2 王卉3 ( 1 广铁集团怀化铁路总公司，湖南怀化4 1 8 0 0 0 ；2 中南大学铁道科学技术研究院，湖南长沙4 1 0 0 7 5 ； 3 湖南省建材研究设计院，湖
2、南长沙4 1 0 0 1 1 ) 提要：通过湘黔铁路线上两座隧道的防腐堵漏施工，揭示我国南方地区较普遍存在的中低浓度硫酸盐对混凝 土结构的侵蚀破坏。采用“多点分布小探孔+ 少量扩孔揭露”的方法，较好地解决了隧道找水治水难题。模拟铁路 隧道内的高风速干燥环境，研制的防腐抗渗混凝土具备良好的体积稳定性，在施工中体现了其优良的防腐抗渗 功能。 关键词：隧道混凝土渗漏；硫酸盐侵蚀；防腐抗渗混凝土；防腐堵漏施工 中图分类号：U 4 5 7文献标识码：A 1 隧道的渗漏与腐蚀病害 我国南方地区的土体多呈酸性，且在地下水中较 普遍地存在中低浓度的硫酸盐。通常，这种含有中低 浓度硫酸盐的水对地下混凝土结构不会
3、造成明显的早 期损害，因而往往被人忽略，在结构使用1 0 一2 0 年以 后，才逐渐显露出其侵蚀破坏作用。本文介绍了地处湘 黔交界山区的铁路隧道营运现状及其防腐维修工程的 典型实例，希望能对隧道的设计与施工建设有所警示。 广铁集团怀化总公司管区内现有铁路隧道4 9 9 座，分布于湘黔及焦柳铁路线途经的湘黔交界山区。湘 黔铁路线建成于1 9 7 1 年( 后又于1 9 9 7 年新建成复 线) ，在2 0 0 2 年秋季设备大检查中统计，存在有严重 渗、漏水病害的隧道1 5 2 座，其中发生衬砌混凝土腐 蚀、掉块病害的4 4 座。这些隧道的渗漏与腐蚀病害已 严重威胁到行车安全，曾多次发生隧道内混
4、凝土掉块、 供电网设备跳闸和铁路设备的非正常使用。 2 0 0 3 年初，广铁集团怀化总公司邀请中南大学 铁科院，就其辖区内的隧道渗漏与腐蚀破坏进行了现 一 场勘察。经现场采集水样的化验分析，S O 。含量超过 5 0 0 m 以的约占1 3 ，其中，对大江口与新雪峰山两 一 座隧道进行的系统性采样化验表明，渗漏水中s o ： 含量的平均值为5 5 2 和6 1 7m g L ，最大值为12 8 9 和 l6 0 3m g L ，属中等腐蚀性；混凝土中钾钠含量( 钠当 量，试样为剔除了粗骨料后的水泥砂浆体) 的平均值 为1 1 3 和1 3 8 ，最大值为2 1 0 和2 6 1 ，S 0 3
5、 的平均值为2 0 9 和2 3 8 ，最大值为4 7 5 和5 3 2 。 两座隧道不同部位的混凝土中碱含量及S O ，含量均变 化波动很大( 相差3 5 倍) ，估计主要与混凝土的施工 质量控制有关( 正常情况下不可能这样大) 。在对隧道 混凝土中的骨料进行碱活性试验后，排除了碱骨料反 应而确定为硫酸盐侵蚀。 为制定隧道病害整治与维护工程的总体方案，广 铁怀化总公司依托中南大学铁科院、组织开展了相关 的试验研究；并于2 0 0 3 年1 0 月，对渗漏与腐蚀较严重 的大江口与新雪峰山两座隧道进行了支护混凝土的试 验性防腐堵漏施工。通过对支护混凝土的局部揭露，可 清楚地见到隧道建设中存在的问
6、题及其对渗漏与腐蚀 的影响作用。 大江口与新雪峰山两座隧道均处于湘黔铁路线途 经的雪峰山脉。大江口隧道建成于1 9 7 1 年，全长 5 2 3m ，为厚约5 0 0m m 的模筑混凝土单层支护；新雪 峰山隧道建成于1 9 9 7 年( 新建复线) ，全长38 0 9m ，为 厚约2 5 0m m 的模筑混凝土单层支护。新雪峰山隧道 虽为建成时间不长的新隧道，但其混凝土支护的渗漏 与腐蚀病害的发展速度明显高于七十年代建设的老隧 道；对地下出水地段的处理与施工马虎一超挖部位 米收稿日期：2 0 0 4 一0 3 一1 1 孙玉波高级工程师男1 9 6 5 年8 月出生 万方数据 铁道工程学报2
7、0 0 4 年1 2 月 未作回填，内置宽度仅3 0 0m m 的排水槽未完整覆盖 出水面积。支护混凝土的硫酸盐侵蚀与水渗漏密切相 关，在无渗水部位尚未发现混凝土遭受硫酸盐侵蚀的 迹象。目前，硫酸盐对混凝土的侵蚀主要集中在渗水区 域内的隧道支护内外表层及混凝土裂缝周边，混凝土 的侵蚀破坏深度一般为2 5c m 。 2 施工方案及防腐抗渗混凝土的试验 饼冤 各种有机无机材料中，水泥混凝土仍是廉价而耐 久的工程材料。既有的研究与实践都证实，采用较低铝 酸盐含量的水泥和较多矿物掺合料的混凝土，可获得 足够高的抗硫酸盐与抗渗性能。然而，在不影响列车正 常运行的前提下施工则需考虑隧道现场的各种影响因 素
8、：( 1 ) 在每天列车运行的维修天窗时间里( 约1h ) 进 行，施工时间短促；( 2 ) 隧道内列车运行所带起的风速 大，对新浇筑混凝土硬化期的干燥收缩及抗裂性能影 响显著，特别是新旧混凝土间的粘接。针对铁路隧道的 施工特点，我们进行了相应的施工方法及混凝土性能 研究。 2 1 施工方法研究 由于支护混凝土的硫酸盐侵蚀与水渗漏密切相 关，对隧道渗漏水的治理是防腐抗渗的基础。治理隧道 内的渗漏水，单纯用表面堵漏的方法并不能消除渗漏 水对混凝土的硫酸盐侵蚀作用。尽可能排出隧道支护 内的地下水，才能既通过降低水压而减少水的渗漏、同 时也减少水在隧道支护内表面的浸渍区域而避免因大 面积混凝土失效影
9、响支护结构的整体安全。要排出隧 道支护内的地下水，不设法寻找主要水源位置就难以 有效地构筑排水构造。 由于隧道基岩已被支护混凝土所复盖，仅凭表面 观察难以准确判明主要水源位置。若对渗水区域进行 全面积混凝土揭露，既不符合列车正常运行的前提要 求，也不是经济的施工方法。研究采用钻取小探孔的方 法以初步了解渗水的分布情况，再在少数重点部位有 选择地扩大探孔的揭露，被实践证明是经济而有效的 找水施工方法。大江口隧道的找水施工过程为2 5d ( 支 护厚度较大且为卵石骨料，进度较慢) ，大江口二号隧 道左边墙、右边墙渗漏腐蚀区域及探孔布置如图1 、图 2 所示；新雪峰山隧道的找水施工过程为1 8 ，d
10、 新雪峰 山隧道左边墙、右边墙渗漏腐蚀区域及探孔布置如图 3 、图4 所示。因施工期为秋季干旱无雨及两隧道埋深 的差异，新雪峰山隧道的找水施工过程显得更为典型。 当挫通探孔时( 见图2 ) ，支护内的水就象水库决 探查孔 c = 令扩孔，并设排水装置 图1大江口二号隧道左边墙渗漏腐蚀区域及探孔布置展开图 怀化十_ 株洲 探查孑L c 专扩孔，并设排水装置 圈2 大江口二号隧道右边墙渗一腐蚀区域及探孔布置展开图 K3 0 0 5 mK3 0 2 0 m 株洲+ _ 怀化 探查孔 冷扩孔，并设排水装置 圈3 新曩峰山隧道左边墙渗渭腐蚀区域及探孔布置展开图 株洲+ _ 怀化 K3 0 1 8 mK
11、3 0 2 8 m 探查孔 扩孔，并设排水装置 圈4 新峰山隧道右边壤渗漏腐蚀区域及探孔布置展开巨 口似的涌出高压水流；而在挫通探孔后，( 勤探孔的 水流就变为渗流。在挫通( | 埏虿) 探孔后，该渗水区域内 的原渗漏水大多消失或水量显著减少。这说明，该渗水 区域内的渗漏水源头在探孔位置。经在探孔位置 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 隧道支护混凝土的硫酸盐侵蚀与治理隧道支护混凝土的硫酸盐侵蚀与治理 作者：孙玉波， 于贵穴， 王卉 作者单位：孙玉波(广铁集团怀化铁路总公司,湖南,怀化,418000)， 于贵穴(中南大学铁道科学技术研 究院,湖南,长沙,410075)， 王卉(湖南省建材研
12、究设计院,湖南,长沙,410011) 刊名： 铁道工程学报 英文刊名：JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY 年，卷(期)：2004(4) 被引用次数：1次 参考文献(10条)参考文献(10条) 1.P K Mehta 混凝土的结构、性能与材料 1991(11) 2.过镇海 混凝土的强度和变形试验基础和本构关系 1997 3.买淑芳 混凝土聚合物复合材料及其应用 1996 4.张信鹏;王德森 耐腐蚀混凝土 1989 5.不同品种水泥(及粉煤灰掺量)的抗硫酸盐性能 1994(01) 6.F H Wittmann P Schwesinger 高性能混凝土-材料
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