隧道路面混凝土硫酸盐腐蚀分析与处治研究

陈柚州 赵益鑫 张逸 周雄 杨斌

（1、重庆高速集团有限公司东南分公司，重庆 401147 2、招商局重庆公路工程检测中心有限公司，重庆 401147）

近年来，我国高速公路隧道运营里程逐年增长，路面作为隧道土建结构的重要组成部分，其路面在长期的运营过程中受到交通荷载和围岩结构等作用下，病害问题日益突出[1]。尤其在特殊地质区域和施工期间存在明显质量缺陷的隧道，路面病害严重且其发展速度快，直接影响隧道结构整体的稳定性，极端情况下甚至会造成隧道整体失稳，对建设期及运营期的行车安全存在较大威胁[2-5]。为了保证隧道内的行车安全性和提高舒适性，也为了积极响应国家及交通运输部加强公路隧道养护水平的号召，对隧道路面的病害处治显得十分重要。

本文以重庆市某高速公路隧道路面病害为例，通过路面外观检测、路面地质雷达检测、水样检测、混凝体成分检测等方式，分析了该隧道路面病害的原因并进行了工程处治措施，并得出相应的结论，对以后公路隧道路面腐蚀病害处治有较好地指导和借鉴作用。

1 工程概况

本文依托项目为重庆某双洞双向四车道的特长隧道，隧道为左右幅分离式双洞双向四车道特长隧道。该隧道运营过程中局部混凝土出现腐蚀、开裂破坏的现象，其中5 号横洞腐蚀严重段落混凝土右明显外鼓翻渣掉落现象，已严重影响到隧道运营安全。典型病害图片如图1 所示。

图1 路面沉陷、混凝土腐蚀

隧道路面出现严重开裂后，养护人员在路面裂缝处进行开孔检测，发现仰供强度丧失，且孔中泛水，水样送检，发现SO42-含量偏高，且具有弱腐蚀性。水质分析成果表如表1 所示。

表1 水质分析成果表

2 雷达检测结果及病害原因分析

2.1 地质雷达检测结果

根据业主要求分别在路面左、中、右沿隧道纵向布置3条测线(见图2)进行地质雷达检测，每条测线采用两种频率天线（100MHz 和200MHz）分别进行检测；提供路面厚度、仰拱情况、仰拱填充层密实情况。根据检测报告，结论如下：

图2 地质雷达测线布置图

厚度检测结果：检测段混凝土总体厚度偏薄，且波动较大，且多处路面结构层内部或者底部存在离缝，离缝深度多在35～45cm 之间。

密实性检测结果：检测段内3 条纵向测线，经高频、中高频天线连续扫面，在测线附近有效探测深度（0～10m）范围内，共发现217 处混凝土内部离缝、回填层不密实、封底混凝土基底不密实、仰拱底部不密实、围岩内溶腔、空洞不密实段落。

2.2 路面腐蚀病害原因分析

2.2.1 水文因素。从送检水样成果分析表中可以看出SO42-含量显著偏高，根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JIGT B07-01-2006)条文3.0.4 表明，环境作用等级评定为严重的腐蚀程度。加之隧道仰拱不成形，浇筑不密实，为SO42-进入混凝土提供了通道，连同车辆荷载一起加速SO42-与混凝土的水化物反应，生成石膏和钙钒石等具有一定膨胀性的产物，加速隧道混凝土衬砌的腐蚀破坏。

2.2.2 前期勘察考虑不全。目前地质勘察手段从技术本身上来说就无法较为准确、全面的得到隧道周边地质情况，且由于该隧道埋深较大，地质勘察难度更大，地质勘察的准确性更低。加上施工中没有对围岩支护参数进行及时变更增强，使得局部段落是实际支护参数偏弱，在后期围岩变形压力作用下，隧道出现裂缝，为地下水进入提供了通道，加速混凝土腐蚀破坏。

2.2.3 施工因素。仰拱结构回填混凝土防腐蚀微膨胀效果达不到设计要求等级，混凝土在水浸和水腐双重作用下，使腐蚀水沿混凝土内部毛细水型式延伸至其内部，进一步腐蚀混凝土内部结构，致使隧道底部结构强度减弱，隧道底部承载能力下降，混凝土结构的腐蚀膨胀、细集料损失软化，将导致隧道路面出现局部开裂、隆起、沉陷等病害。

2.2.4 其他因素。在长期公路隧道运营过程中，在行车车辆反复作用、自然环境、汽车尾气等因素影响情况下，尤其是一些特殊的路线隧道内经常会有重车甚至有超重车辆行驶。隧道路面在重车尤其是一些超重大车的动荷载的作用下，会加速隧道路面病害的发生。

3 注浆处治措施研究及结果分析

3.1 新型聚合物注浆处治

由于该隧道隧址区特殊的水文地质情况，如含高SO42-的地下水对隧道混凝结构具有微腐蚀、弱腐蚀性，其加速了隧道路面病害的发展。分界梁隧道巴东地层地下水就对混凝土具有一定的腐蚀性，对路面下混凝土和边墙混凝土都表现出来明显腐蚀性；基于此注浆材料应具有防水、耐腐蚀性、初始粘度低、流动性好、早强、耐老化、环保、与地基较好结合等基本特征，现对展开高聚物注浆材料、水泥基注浆材料、地聚物注浆材料、水玻璃注浆材料进行调研，并选出与本项目最为匹配的注浆材料。

3.1.1 对于段落一长度50m 处治方案采用路面面层以上（10cm 沥青层及24cm 面层）拆换及底部钻孔注浆“双组份疏水性聚氨酯注浆材料，高渗透改性环氧树脂注浆料及注浆母料”材料注浆。工序流程：拆除路面沥青层、混凝土面层→注浆路段定位→标注注浆孔位置→注浆前检测→钻孔→下注浆管→安装注射帽→注浆→注浆后检测→封孔→恢复路面层。

3.1.2 对于段落一长度75m 处治方案采用路面沥青层拆换及底部钻孔注浆“双组份疏水性聚氨酯注浆材料，高渗透改性环氧树脂注浆料及注浆母料”材料注浆。先对隧道路面沥青层进行拆除。在路面底部及边墙布孔，路面按1.5m（环）×0.75m（纵）梅花型布置，布设时离中心水沟中线1.5 米；边墙两侧布置各3 排钻孔，环向间距0.6m，纵向间距0.75m。最后恢复路面10cm 沥青层。现场工作如图3 所示。

图3 试验段一现场注浆照片实况

3.2 处治效果分析

3.2.1 地质雷达检测法。根据注浆前后地质雷达检测结果分析，可知，在未注浆前，左右侧仰拱处底部存在不同程度的不密实情况以及脱空情况。注浆后并未发现明显脱空或不密实处。可见，采用注浆加固，隧道左、右侧仰拱处以及两侧墙处结构得到了有效的加固处理，注浆取得明显效果（图4-5）。

图4 注浆前雷达回波图

3.2.2 钻芯取样法。取芯过程中，可以看到被钻头磨碎的高聚物碎片随着水流出。根据钻芯取样试样显示，路面及仰拱混凝土结构厚度约为0.6～1.1m，下为破碎岩块，夹杂水泥浆固结体及聚氨酯材料，底部为基岩。芯样中存在新型聚合物注浆材料，且微型摄像机检测发现孔壁上有裂缝的位置都有高聚物材料，一定程度上证明高聚物注浆效果，证明此次高聚物注浆对道路路基的缝隙填充是有效可行的（图6）。

图5 注浆后雷达回波图

图6 K103+321 水钻钻孔、排水

4 结论

4.1 本文通过现场调查、水样检测及雷达专项检测结果对该隧道路面腐蚀病害原因进行了综合分析，包括隧道水文地质条件中SO42-含量偏高、设计时由于勘察资料不周全导致部分段落支护参数较弱，施工过程中未及时变更、施工质量欠缺、后期车辆反复作用的影响。为类似地质情况隧道路面病害处治提供了参考价值。

4.2 该项目采用的注浆材料具有新型聚合物材料拥有可泵性好、提高承载能力、施工效率高、填充性能好、凝结时间可调、质量低、导热系数低、耐化学腐蚀性强、良好的韧性和黏性、短期内可通车等优点，且通过注浆后的雷达检测结果发现注浆后隧道路面底鼓、裂缝等病害得到明显改善。