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1、胶州湾海底隧道衬砌混凝土 的环境条件与耐久性作者：赵铁军 等 报告人：姜福香 青岛理工大学 2007.11.7主要内容1、前言2、混凝土结构耐久性现状 3、胶州湾海底隧道环境条件分析 4、海底隧道衬砌结构耐久性综合保障措施 5、结束语1 1、前言、前言 海底隧道被公认为跨海峡交通的首选方式； 国外近百年来已建海底 隧道超过百座，我国起步 较晚，但发展势头很快。厦门翔安海底隧道大陆首条开工的海底隧道2005年5月开工，原预计2010年建成（全长8.695km，海域 段长度5.948km），总投资35亿元。2006年11月开工，原预计2009年底建成（全长6.17km，海域 段3.95km，陆域段
2、2.22km，另有引线段1.7km ），总投资 31.8亿元，设计服役寿命为100 a 。青岛胶州湾海底隧道预计大陆首条建成的海底隧道 衬砌混凝土材料是海底隧道建设中最大宗的建筑 材料，混凝土的质量和耐 久性能直接关系到整个海 底隧道工程的建设质量和 服役寿命长短，对隧道的 全寿命周期成本有着至关 重要的影响。2 2、混凝土结构耐久性现状、混凝土结构耐久性现状国外调查资料：国外调查资料：（1）当前，美国每年由于混凝土腐蚀所造成的经济损 失可占到 GDP 的4%（约4000亿美元），基础设施由于 腐蚀破坏所需花费的修复费需要2500亿美元。 （2）英国英格兰岛的中环线快车道上有11座高架桥， 总
3、造价2,800万英镑，到2004年修补费达1.2亿英镑， 接近造价的6倍。 （3）其它如加拿大、澳大利亚、印度、日本、韩国、 中东等许多国家和地区，都有以基础设施为主的混凝 土腐蚀问题。国内调查资料：国内调查资料：（1）我国钢筋混凝土工业建筑平均寿命约25-30年,处 于严酷环境下的建筑物使用寿命仅1520年，海洋工程的破坏情况则更为严重。 （2）交通部23万座桥梁有5000座危桥；海港码头等结构使用725年，大部分钢筋混凝土已严重锈蚀破坏， 不少建筑物经510年即需大修，一般寿命不足30年。 （3）我国因腐蚀造成直接经济损失为6000亿元/年， 其中钢筋混凝土腐蚀损失为1000亿元/年。 （
4、4）专家预计，我国不久将出现混凝土结构的维修高潮，每年所需的维修费用可能高达数千亿元。隧道工程耐久性现状：隧道工程耐久性现状：（1）由于设计缺陷和混凝土强度等级过低，隧道 衬砌的裂损、腐蚀和渗漏现象非常普遍。 （2）据统计，我国1998年铁路隧道结构受腐蚀裂损的共有734座，占隧道总数的13.2%。1990-1997 年铁道部隧道修补费用达到了3.556亿元左右。 （3）耗巨资建成的日本青函海底隧道，刚刚开通 10年，衬砌混凝土结构渗漏和腐蚀就已十分严重 ，日本政府每年需投入巨资对隧道进行维护和修 补。硫酸盐侵蚀美国某桥梁青岛北海船厂码头混凝土破坏情况-现奥运帆船基地某立交桥桥墩柱 北京艺术馆
5、横梁某滨海桥梁某滨海桥梁 钢筋锈蚀 氯离子引起 水 氧近海环境、除冰盐环境，氯离子侵入 海砂、防冻盐用于混凝土，氯离子拌入碳化引起 二氧化碳 水 氧n冻融破坏 饱和水混凝土损伤剥落 促进钢筋锈蚀n硫酸盐、碳酸、软水侵蚀n碱骨料反应 水3 3、胶州湾海底隧道环境条件分析、胶州湾海底隧道环境条件分析混凝土结构性能劣化原因混凝土结构性能劣化原因海边建 筑物海洋 气候 区浪溅区潮汐区水下区风夹带盐雾高潮低潮海床氯氯离离子子环环境境0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 飞溅浪尖浪谷浪溅区上水位区中水位区下水位区水下部分偶尔被海水溅 湿的区域，如 系船柱、使用 海水的消防栓冷/温寒、温
6、带的回 水区域湿热和干热湿、干热的回水区域冷/温湿热和干热236冷/温 湿热34912干热钢筋混凝土在不同海水环境下腐蚀破坏程度(等级)深（多）浅（少）冷-温-热严重严重国家的位置城市的位置建筑物周围 环境建筑物的形 状尺寸全球气候区域气候当地气候表面气候大气中氯离子浓度：与具体地形、地貌、 风向、风速等多种因素有关。胶州湾海底隧道位于青岛的市南区团岛和黄岛区薛家岛的窟窿 山之间，隧道两端洞口所在团岛及窟窿山陆域狭长，周围环绕 大面积海域。对于该隧道两端洞口，除考虑距海边的最小距离 外，还应考虑洞口周围三面环水所造成的叠加影响。海底隧道中Cl-来源： 渗漏水; 进入隧道的盐雾; 车辆高速通过隧
7、道时，带入含Cl-的粉尘、水汽等； 通风系统的风井靠近海岸，进风中含有Cl- 。总之，海底隧道中将有较高浓度的Cl-。冻融环境冻融环境 我国不同地区温度、湿度情况：3城市不同时期的月平均温度月份温度（） 可以看出： 青岛近100 a月平均温度有上升趋势，尤以17 月份显著，平均上升2 ； 近年的月平均最低气温为4.5 ，极端最低气 温为16.9 ； 日最低气温低于5的天数，累计年平均为 28d，最多58d，每年约有90d最低气温低于0 。所以，隧道口附近混凝土的冻融循环破坏不容忽 视。3城市不同时期的月平均湿度月份相对湿度 (%)干湿交替与碳化环境干湿交替与碳化环境 青岛月平均相对湿度为62%
8、86%，是混凝土碳化发展最快的湿度区间 在正常通车和排风条件下，隧道中或洞口处 的CO2浓度为大气中的56倍以上。 衬砌混凝土一侧接触水或含水土，另一侧则接触空气，是典型的干湿交替环境。 可见，碳化导致的钢筋锈蚀必须考虑。干湿循环盐雾 Cl-积水感应 电流ASRCO2尾气SO42-高压渗水Mg2+Mg(OH)2生 物高温围岩压力早期 开裂Cl-软水腐蚀Ca(OH)2北方 洞口 冻融其他环境条件其他环境条件混凝土结构耐久性不足的主要原因混凝土结构耐久性不足的主要原因（1 1）工程设计的耐久性标准过低工程设计的耐久性标准过低：重视安全性，：重视安全性，忽略耐久性；忽略耐久性； 技术规范中的要求是最
9、低要求！技术规范中的要求是最低要求！ （2 2）工程施工进度的不适当追求工程施工进度的不适当追求：养护不良，省：养护不良，省略必要检验，施工缝、连接缝和防水层质量问题；略必要检验，施工缝、连接缝和防水层质量问题； （3 3）缺乏正常检测与维修缺乏正常检测与维修：重新建、轻维修，缺：重新建、轻维修，缺乏全寿命经济分析与评价。乏全寿命经济分析与评价。4 4、海底隧道衬砌结构耐久性综合保障措施、海底隧道衬砌结构耐久性综合保障措施耐久性综合保障措施耐久性综合保障措施（1）对于本体衬砌混凝土，应在原材料选择与试验、配合比设计与研究、有关性能指标确定、构 造措施、施工质量控制与保障、验收标准等方面 严格把
10、关； （2）作为临时支护的喷射混凝土不含有害成分、质量满足要求、喷射平整；Relationship between carbonation depth and compressive strength水泥用量占胶凝材料比例对碳化深度影响（ W/C=0.32）Relationship between chloride ion diffusion coefficient and compressive strength（3）对某些环境特别恶劣的部位，应考虑采用表面防水处理技术，以提高混凝土的防水性、抗冻性 及抵抗其他有害离子的侵入；未防水处理和处理后 混凝土试块侵蚀28天后的氯离子含量我们建议对胶
11、州湾海底隧道出口处向隧道内部300米的混凝土表面进行防水处理。 （4）考虑使用渗透型模板，以提高混凝土的表面密实性和抗渗性； （5）送风系统的进风口应远离海面或采取措施过滤除去进风中有害物质与离子。 （6）防水板质量好、搭接密封、无破损。注浆防水系统充分，以防为主，以排为辅，排水系统流畅 并有足够余量。 （7）爆破开挖时最大限度地减小围岩破损与松动，一旦有情况用足锚杆和注浆。（8）对某些特别敏感的部位，应考虑预埋耐久性监测系统，以及时发现问题、处理和解决问题。注 意定期检测，及时维护、维修。针对胶州湾海底隧道的具体情况，我们建议在隧道喷射混凝土层、二衬混凝土外层及内层的不同 部位共放置72个阳
12、极梯（监测开始腐蚀的时刻）， 二衬混凝土中还需放置6个环形电极（监测混凝土内部湿度变化，用以反映收缩程度并预测裂缝的形 成）。Monitoring Anode ladder fixed on reinforcementMonitoring View of the anode ladder built in the formwork Monitoring Control readings after construction5、结 束 语 海底隧道工程科技含量高、投资大。一旦结构海底隧道工程科技含量高、投资大。一旦结构失效或破坏，带来的问题相当严重。衬砌混凝土失效或破坏，带来的问题相当严重。衬砌混凝土 的耐久性问题应该得到足够的重视。的耐久性问题应该得到足够的重视。 海底隧道工程服役条件十分严酷，为保证海底海底隧道工程服役条件十分严酷，为保证海底隧道工程的设计使用寿命，必须采取系统的综合隧道工程的设计使用寿命，必须采取系统的综合 保障措施。保障措施。 为了提高衬砌结构的耐久性需要所增加的费用为了提高衬砌结构的耐久性需要所增加的费用对于整个工程造价的影响并不大（对于整个工程造价的影响并不大（11%11%）。）。Thank you for your attention!
