海底隧道的防腐设计因素方法及程序

学涂

调查资料表明，地层中的碳化作用、细菌、硫酸盐侵蚀、(衬砌表面水泥的）集料的碱化反应、地层里偶然出现的间层和感应电流的侵蚀等，都是潜在的腐蚀因素。而氯化物对钢筋的腐蚀，对大海峡隧道衬砌是一个最严重的风险 　　面临地下水的氯化物严重和静水压力甚大的状况，至少要用高密度不渗透的预制混凝土管片。在这样不利的地层下施工，还要采取其他保护措施，包括高质量的环向注浆加固层和整环接缝的密封垫片。但对衬砌的进一步保护，仍然需要依靠混凝土管片自身耐用性的提高。 　　可选用的方法是增加钢筋保护层和混凝土施工掺合料，同时用镀锌和不锈钢钢筋以及阴极保护。阴极保护的现行技术还不能充分确保数千米长的隧道衬砌，反而会造成钢筋骨架分离。因而，用于阴极保护的设备装置还须进一步研制。 　　钢筋上涂环氧粘合料 　　对衬砌的两个保护系统进行了测试，发现大多数有效的防腐方法，是在管片的背面应用涂膜和使用涂在钢筋上的环氧粘合料(BECR)。在受控状态下，钢筋施受涂膜，并埋置在混凝土里。钢筋施受涂膜在隧道施工中具有不易损坏的优点，而管片上的涂膜易遭损坏。 　　基于最初调查研究的结论，招投标设计中已将两种方法作为比较方案。比较的结果是,采用在钢筋上涂膜的方案成本低，受益率高。富有成功经验的丹麦MT财团也选择了这个方案。这样斯多贝尔特大海峡东面航道隧道衬砌的防腐，就采用了在钢筋上涂上环氧粘合料的方法。 　　防腐机理研究 　　尽管斯多贝尔特大海峡隧道所处的地质环境条件很差，仍然要求隧道能使用10O年。设计者利用模型对防腐工艺进行了研究，认识到腐蚀通常有4种机理： 　　(1）钢筋锈蚀； 　　(2）碱一硅反应； 　　(3）化学反应（如：酸化）； 　　(4）冻融引起管片爆裂。 　　影响以上因素的最重要的两个参数是水和盐。对管片的具体不利影响因素有：隧道处于侵蚀性的地质环境中，地下水含有C1-19．000ppm、SO42-：1．900ppm，地下水的最高压力可达0．8Mpa。隧道衬砌内充满着温热、潮湿和有害气体（包含柴油烟）,随着压力和气体流动而受到侵蚀作用。 　　衬砌综合防腐措施 　　所有这些不利条件要求对隧道衬砌进行必要的防腐处理，基本对策如下所述： 　　(1）在隧道外侧形成环形注浆区，以阻止氯、酸的侵入； 　　(2）采用高强度、密实混凝土管片和接缝防水密封条，以保证隧道衬砌不漏水； 　　(3）对钢筋笼浸以环氧，形成环氧涂层； 　　(4）在管片中布置了测试腐蚀情况的传感器、根弦式应变传感器和振弦式孔隙水压计。 　　管片混凝土的水灰比只有0．35，在混凝土配方中加入粉煤灰、微硅和外加剂，以使混凝土具有较高的早期强度、高密实度和低渗透性。规定管片对氯化物的扩散系数为6×10-13'm/s，对水的渗透系数为0．25×10－13m/s。 　　钢筋笼的防腐程序是：采用喷气法对钢筋定除尘锈→将钢筋笼加温至200～240C→钢筋笼放在环氧池中浸4秒钟，以形成150～450μm厚的涂层。 　　钢筋笼与混凝土的保护层为3．5cm，含钢量为800N／m3室内系列试验表明，浸过环氧的钢筋笼在结构上没有明显的不利影响。 　　钢筋混凝土管片的养护方法是：先在45℃温度下养护3．5h以上，然后在20℃室温下养护3．5h以上，最后脱模放在堆场中自然养护240h，强度可达到70MPa。