地铁隧道结构无损检测方法与病害实例处理分析

范伟

[摘要]本文对地铁运行过程中的常见病害进行分析，并且对地铁隧道结构的无损检测方式进行探讨，提出对地铁工程常见病害的处理对策，旨在提高地铁运行安全性。

[关键词]地铁隧道；无损检测；病害处理

1.地铁隧道病害实例

为了方便人们的生活出行，当前越来越多城市开始加强地铁工程建设，北京、上海、广州、深圳等大城市的地铁工程相对于其他城市的地铁工程，建设较早，地铁线路复杂，以北京地铁系统为例，1965年北京地铁一期工程开始施工，到现在为止，已经有十几条线路，而且随着地铁隧道施工质量越来越高，也开通了自己的地铁隧道。我国早期的地鐵隧道施工受到设计、施工等方面的限制，加上多年使用，导致一些隧道结构已经出现了不同程度的破损，通过调查分析，当前我国地铁隧道最常见的病害是渗漏、混凝土劣化、钢筋腐蚀等，这些病害极大地降低了隧道结构的安全性与可靠性，对地铁运营安全产生很大的影响。

某城市地铁隧道运营已经有三十年时间，此前开始进行“南延北伸”工程项目，该项目除了要对原来的线路进行南北方向的延伸之外，还要对既有的车站进行拆除、重建，但是对原有的车站区间进行保留。经过现场勘查发现，该地铁项目经过长时间运营，已经出现了不同程度的损害，相关部门对该线路进行结构耐久性试验，主要包括隧道结构损伤检查、对混凝土强度进行测试、对隧道混凝土碳化深度以及保护层的厚度进行测试、对碱含量进行测试、对碱活性骨料进行分析、对钢筋的锈蚀程度进行测试等内容，经过检查发现，某个站点的站前半段大约150m的区间，外包防水层已经失效，而且在其他区间也存在渗漏点，有的位置渗漏十分严重，已经导致结构变形。隧道结构中的侧墙、中柱角部等位置也出现较多问题，例如蜂窝、麻面等问题，导致隧道支护的稳定性不足，影响地铁运行安全。钢筋检查是隧道检查的主要内容，经过检查发现，钢筋锈蚀比较严重，而且是整个地铁隧道普遍存在的问题，由于渗漏问题严重，渗漏的水中含有较多氯离子，长期渗漏对钢筋造成严重的腐蚀，使得钢筋的承载能力下降。另外，在对混凝土进行检测的时候发现混凝土衬砌裂缝比较严重，局部混凝土的密实性较差，而且出现严重的碳化，导致混凝土保护层开裂。在检查过程中还发现很多其他问题，对隧道结构的安全性和稳定性产生严重影响。

2.地铁隧道无损检测项目及方法

无损检测是地铁隧道检修过程中的常用方法，近年来关于无损检测、健康诊断的研究越来越多，无损检测指的是在地铁运行过程中加强对地铁隧道结构病害的检查，完成检测目的，同时不对地铁的运行产生任何影响。上述某城市地铁隧道结构检测过程中也采用无损检测的方式。无损检测的内容主要有以下内容。

2.1对地铁隧道结构的尺寸进行检测

地铁隧道结构的尺寸检查是了解地铁隧道基本情况的途径，在隧道结构的尺寸测量过程中，通常采用的仪器有两种，一种是激光隧道断面仪，另一种是全站仪，这两种仪器在隧道结构尺寸的检测过程中比较常用，可以对隧道地铁端面的净空状态进行检测，从而对地铁隧道的具体情况进行了解。

2.2对裂缝进行观测

地铁运行过程中其周围的隧道支护结构可能会出现裂缝，对于混凝土衬砌上的裂缝，通常采用目测方式进行测量，同时，为了对裂缝的宽度进行准确地测量，则还需要采用裂缝测宽仪，对裂缝的宽度测量误差进行控制，在测量结束之后要将裂缝的各种参数综合起来，并且绘制成图，在整个地铁隧道线路上清晰地展示出裂缝的具体隋况，有助于及时进行维护。

2.3密实度无损检测

对隧道结构的密实度进行检测也是隧道检测过程中的一个重要内容，检测过程中采用的主要工具是地质雷达，通过雷达信号传输可以对地铁隧道结构的衬砌厚度、衬砌背后的空洞分布情况等进行检测，从而对隧道密实度进行判断。

2.4强度检测

对地铁隧道结构的强度进行测试采用的仪器是结构回弹仪，这种仪器主要用于对隧道结构混凝土表面的强度进行测量，同时还能反映出混凝土表面的硬度，从而对隧道结构的具体情况进行分析，有助于及时对隧道强度不足问题进行解决。

2.5钢筋锈蚀受力检测

钢筋是隧道结构中的主要承力构件，钢筋长期使用过程中会出现腐蚀现象，导致其承载能力下降，在隧道结构检测过程中对钢筋进行检测时主要是通过对钢筋锈蚀之后的电位值情况进行检测。

3.地铁隧道常见的病害原因分析

在地铁隧道运行过程中常出现的病害有裂缝、渗漏、钢筋腐蚀等，产生各种问题的原因如下。

3.1隧道结构裂缝的成因

在地铁隧道运行过程中裂缝可能发生在很多部位，例如道床、边墙、顶板等，上文中某城市的地铁线路边墙出现严重裂缝，出现裂缝的原因主要有几个方面：第一，由于设计不合理带来的差异沉降。在地铁隧道结构设计过程中，由于设计的方案不合理，从而导致隧道结构的地基加固效果不好，因此在地铁长期运行过程中可能出现地基沉降，而且地基的沉降数值大于标准允许范围，从而出现结构性裂缝。此外，在隧道结构裂缝设计过程中，设计人员可能对隧道结构的围岩情况判断不准确，从而在对隧道的衬砌结构进行设计的时候其厚度不足，出现裂缝；第二，变形缝的设置问题。变形缝是隧道结构设计中的重要内容，包括沉降缝、伸缩缝两种。对于地铁而言，一般不设置沉降缝，但是在一些地基条件不好的地区，例如软土地基较多的地区，一般也不会设置太多的伸缩缝，以提高地铁结构的纵向刚度。由于沉降缝和伸缩缝的设置不当，当地基出现沉降问题的时候，沉降结构应力可能会集中在某一个部位，随着应力不断增大，会导致结构裂缝越来越严重；第三，结构强度不高。结构强度是地铁隧道设计过程中的重要指标，由于隧道结构设计过程中的设计方案不规范，或者混凝土壁后回填土的压实不够，导致隧道结构的混凝土质量不能满足要求，进而会产生裂缝。另外，列车运行过程中的振动会导致地基出现较大的纵向沉降，混凝土的各种收缩反应会使得混凝土结构内部产生更加集中的应力，最终导致结构裂缝出现。

3.2渗漏水问题成因

由于地铁结构处于地下，因此渗漏水问题时有发生，渗漏水对地铁隧道结构的危害十分严重，会导致混凝土结构出现衬砌风化、剥蚀等问题，这些问题都会对混凝土衬砌结构的稳定性造成破坏，由于渗漏过程长期存在，还可能导致围岩不断变软，尤其是当深入隧道的水体中含有腐蚀性物质的时候，很容易对混凝土的砂浆结构造成破坏。例如上述例子中渗漏水中含有氯离子，对钢筋造成腐蚀，导致地铁隧道的承载能力下降。地铁隧道结构出现渗漏水问题一般有两个原因，一个是裂缝比较严重，已经贯穿整个混凝土结构层；另一个是隧道的防水层已经损坏，不能达到防水的目的。结构裂缝、防水工程质量问题、围护结构是渗漏问题的主要原因。

4.地铁隧道结构病害的防治策略

在地铁隧道维护过程中，对于常见的病害必须要及时处理，对症下药，找到问题的成因，采取相应的方法对故障进行解除。

4.1表面封闭

对地铁隧道的渗漏问题进行治理时，从美观角度来讲，可以采用表面封闭的方法，对渗漏处理后的表面进行进一步处理，这种方法适用于裂缝结构在允许范围之内的情况，当在裂缝内注浆或者在壁后注浆之后，可以对裂缝表面进行封闭。对于渗漏比较轻微的现象，则应该要将裂缝按照要求剔成一定深度和宽度的V形槽，并且在槽内用速凝材料进行填压，确保裂缝处理之后的密实性，防止再次渗水。

4.2注浆

注浆是对裂缝和渗漏问题进行处理的常见措施，包括缝内注浆和壁后注浆两种类型，其中缝内注浆用于裂缝比较大、出现相对比较严重的渗漏情况，还有一些已经经过处理但依旧有渗漏现象的裂缝。注浆材料通常为混凝土材料。壁后注浆是用压力泵将止水浆液注入混凝土的背面，从而在混凝土背面形成保护面的方式，可以将裂缝的渗漏水通道彻底截断。

4.3素喷或网喷混凝土

隧道混凝土衬砌很容易出现严重裂缝，在裂缝问题的处理过程中，可以采用素喷混凝土或者网喷混凝土对裂缝进行处理，对混凝土结构进行加固，从而不断提高混凝土衬砌的强度。同时，还可以加强对钢筋网络的布设，使得混凝土钢筋的稳定性、抗剪强度、牢固性不断提升。

4.4对施工缝进行修补

在地铁隧道的裂缝处理过程中一般采用施工缝修补的方式，注浆防水与嵌缝和抹面保护相结合，首先将裂缝内的原嵌填材料进行清除，然后沿着缝隙凿缝，形成施工缝，并且对施工缝进行清洁，如果渗漏现象十分严重，则必须要在隧道中埋设引水管，将积水及时排出，如果渗漏不严重，则可以采用快凝材料对各种裂缝进行封堵，并且在裂缝中填充高质量的防水材料，再在表面抹水泥砂浆。常见的堵水材料有无机堵漏材料、有机堵漏材料、快速堵漏剂等，不同材料的适用范围不相同，要根据实际情况选择合适的材料进行修补。

5.结语

综上所述，随着地铁建设不断加快，地铁隧道结构的安全问题也越来越多，在长期运行过程中地铁隧道的损坏逐渐加剧，对地铁运行带来严重的安全危害。在地铁运行过程中应该要积极加强病害检测，采用无损检测方式，对地铁隧道结构的渗漏、裂缝等问题进行檢测，并且根据检测结果采取相应的措施进行防治，重视地铁结构的设计、施工质量管理以及运行过程中的监管，不断提高地铁运行过程中的安全性。