论海底隧道的耐久性

摘要：我国对于海底隧道这种重大建设项目的使用年限一般都规定为一百年，这就需要对耐久性进行极为严格的保证。而如何对海底隧道的耐久性进行保证，确保可以达到规定的使用年限，是每个海底隧道施工单位所必须要考虑到的问题。

关键词：耐久性 海底隧道 支护结构 二次衬砌

海底隧道其优点有很多，一方面跟跨海大桥相比，不会受到浓雾以及台风等不良条件的影响，在抗震能力和运行能力方面都保持了较高的稳定性，同时还不会对海面上的船只航行造成影响。此外海底隧道在维修费用上相对较低，可以实现多用性作用的体现，因此，目前在跨海交通方面一般最优选择海底隧道，国际上在上个实际三十年代就开始就进行对海底隧道的尝试，目前已经有超过百座海底隧道。

我国虽然在海底隧道的设计和建设方面发展较晚，但是目前在发展势头上较为迅速。我国在去年11月5日建成了国内第一座海底隧道――厦门翔安隧道，目前已经建成通车，而青岛胶州湾随到正在施工的过程中，同时大连海底隧道以及港珠澳大桥工程项目也都开始着手前期准备。为了保证大型工程的使用价值，对于工程的使用年限一般都提出了要求，我国对于海底隧道这种重大建设项目的使用年限一般都规定为一百年，这就需要对耐久性进行极为严格的保证。而如何对海底隧道的耐久性进行保证，确保可以达到规定的使用年限，是每个海底隧道施工单位所必须要考虑到的问题。

一、海底隧道耐久性的分析

（一）初期支护结构的耐久性分析

对于海底隧道的初期支护结构而言，都是由喷射混凝土、钢筋网、拱架以及锚杆所构成中，而影响初期支护结构耐久性的主要因素就来自海水对结构中钢材的辐射，伴随着钢材腐蚀所出现的混凝土开裂、钢筋受力截面减小、混凝土和钢筋之间的粘结力破坏以及结构耐久性降低等一系列的不良后果。一般在当前的海底隧道的相关设计过程中，为了保持支护结构的耐久性通常采用的方式就是运用高性能抗渗混凝土，由于这种混凝土中的空隙较少，会减少海水对支护结构的腐蚀。

但是目前由于在海底隧道具体的施工过程中，很难对支护混凝土的密实进行保证，虽然在施工之前一般都会对混凝土的抗渗性进行检验，可从对喷射混凝土的检测上来说，都是对大板上的混凝土样品进行检验，这并不能代表支护结构中全部混凝土的抗渗性。因此很多隧道在支护结构上都出现了渗水的现象，导致初期支护中的混凝土。钢筋网以及钢拱架在很长时候都处于海水侵蚀的状态之中，所以在对耐久性的研究过程中还需要对浸泡在海水中的支护结构耐久性进行研究。此外需要说明的是，由于海水对于混凝土中的钢结构腐蚀属于电化学腐蚀的范畴，在腐蚀的过程中需要一定的氧气量，但是由于在初期支护结构的孔隙以及海底底层的氧气含量极为有限，所以对于混凝土中钢结构的腐蚀相对较轻。

（二）二次衬砌耐久性的分析

在二次衬砌混凝土施工方面，由于在施工的前期对于支护机构在渗水防护方面做了处理，再加上施工中对于防水板的利用，在二次衬砌的过程中所剩下的海水量实际上是比较少的，如果施工中采取了相应的排水措施，事实上在二次衬砌阶段海水量已经非常少，此外由于在海底隧道施工过程中二次衬砌作业环境与初期支护相比要好的多，可以对混凝土的密实度实现有效保证，同时再加上二次衬砌混凝土中缺少氧气，因此在二次衬砌的外侧以及中部的海水腐蚀都非常少，所以在外侧和中部的耐久性方面可以得到有效保证。但是在二次衬砌的内侧混凝土则是完全是暴露在较为潮湿的海底隧道海洋空气当中，其空气中的二氧化碳首先会导致混凝土出现钙化反应，同时空气中的氯离子会钢筋造成腐蚀，而汽车的尾气会导致这种腐蚀上的加剧，从这点上我们也可以看出，隧道内部的大气环境对于衬砌所造成的腐蚀不会小于海水对隧道外部的腐蚀，所以对于衬砌内部的耐久性保持也要给予足够的重视。

二、提高海底隧道耐久性的相关措施

（一）在初期支护结构方面

加强初期支护,让初期支护承担更多甚至全部荷载,二次衬砌作为安全储备。这样一方面可以加强早期支护,减少初期支护裂缝的产生,确保隧道施工安全,另一方面由于初期支护环境中氧气含量极少,结构不易腐蚀,可以有效提高结构的耐久性。

（二）在二次衬砌结构方面

针对隧道衬砌结构腐蚀的原因,参考海港工程防腐设计的经验,采用硅烷浸渍、环氧涂层钢筋、钢材阻锈剂等措施对衬砌钢筋进行防腐处理。同时要注重对混凝土进行饰面保护。根据以上的分析,隧道内侧大气环境中的钢筋混凝土较易腐蚀,尤其是钢筋保护层厚度不足和表面裂缝是混凝土施工质量通病的情况下,在钢筋混凝土衬砌表面喷射一定厚度的环氧涂层,封闭混凝土表面裂缝,减少表面孔隙,阻止氧气和有害气体的进入,不仅可以对内侧钢筋混凝土具有防腐作用,对外侧的支护结构也具有很好的防腐作用。这种措施比较有针对性,简单易行。

综上所述，由于海底隧道维修困难,维护费用高,应在建设阶段对耐久性给予足够的重视,在技术经济比较的基础上采取一切可行的手段保证耐久性的实现,防腐蚀耐久性设计应遵守保证混凝土结构在设计工作寿命期的安全、正常使用功能及可接受的外观,而不需支付过高维修费的原则。随着我国对海底隧道研究的不断推进,防腐研究也应列为重点研究课题之一。

参考文献：

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[3]刘伟,王命平,赵铁军,光.胶州湾海底隧道二次衬砌混凝土的耐久性设计[J].海岸工程,2008,(02).