第二章 厦门海底隧道初期支护现场调研.doc

-精品word文档 值得下载 值得拥有-第二章 厦门海底隧道初期支护施工阶段变异开裂与渗漏水是隧道常见的病害现象，但在海底隧道中，开裂和渗漏水对隧道结构和安全性的影响却要大得多。其主要原因就是腐蚀作用。海底隧道地下水的腐蚀作用很强，含有大量化学离子，能和混凝土、钢筋发生化学反应。而且海底隧道地下水水源补给丰富，这就带来了长期的腐蚀危害。初期支护开裂和渗漏水将影响隧道结构的长期安全性，本章要对厦门海底隧道已施工段初期支护的开裂和渗漏水进行调研统计，为研究海底隧道支护体系长期安全性提供基础资料。此外，还要进一步对初期支护混凝土、钢支撑的腐蚀情况进行现场调研，并渗入分析。2.1初期支护施工阶段开裂渗水调研内容与对象分级2.1.1初期支护施工阶段开裂渗水调研对象分级根据李海军的研究，为了方便进行现场调研和进一步研究，对初期支护的变异程度有一个定量或定性的评判标准，本文结合厦门海底隧道初期支护变异表观形态、特点及有关研究成果，分别对初期支护开裂程度、渗漏水情况进行了分级或分类。1初期支护开裂分级按初期支护开裂严重程度不同分为以下5个级别：A严重开裂：普遍的可见裂缝，裂缝较宽、较长，间距较小，或较长较宽的纵向裂缝。目测表现为平均间距小于35m的裂缝群，而裂缝群内裂缝平均间距小于13m，或宽度大于23mm、长度大于24m的纵向裂缝或裂缝群。这种类型的开裂多为围岩软弱，初期支护承载力不足，通常导致初期支护支和临时支护严重变形渗水，且严重影响结构的承载力。B局部严重开裂：局部有可见裂缝，裂缝较宽、较长；这种类型开裂相当于A类的一个裂缝群，开裂范围多小于510m的隧道纵向长度，而在开裂范围外较长距离基本没有裂缝，或者裂缝很少、且裂缝间距离很宽。可能会导致局部严重渗水，对结构整体的承载力有一定影响。C轻微开裂：有稀疏的偶尔可见裂缝，通常为不渗水的细小裂缝，不会对结构整体的承载力造成影响。 D无可见裂缝：没有肉眼可以观察到的裂缝，但可能有被掩盖的细小裂缝，多发生在翔安端过渡带和风化囊槽地段，由于水压过大，造成长期的初期支护渗水，结晶物覆盖了初期支护表面，可能存在细小但无法肉眼观察到的裂缝，但无比较宽的可见裂缝。E无开裂：没有裂缝。2初期支护渗漏水分级按初期支护渗漏水严重程度不同分为以下5个级别：A严重渗水：初期支护全部湿润，随处可见的线、股状或密集的点状渗水；B中等严重渗水：初期支护局部较大面积湿润，局部可见的线、股状或密集的点状渗水；C局部严重渗水：初期支护基本干燥，只有局部可见的点、线或股状渗水；D局部轻微渗水：初期支护基本干燥，只有局部可见初期支护湿润；E无渗水：基本无可见的初期支护湿润和渗水。需要特别说明的是，在翔安端过渡带砂层地段，由于围岩渗透性强，水压过大导致初期支护施工初期基本都有一个严重渗水渗水减弱干燥的过程。比如主洞浅埋地段的CRD法2、4部，过渡带级围岩区，海域、级围岩区，几乎整个服务隧道，在从掌子面到距离掌子面约100150m的初期支护范围都是全部湿润的，伴随着点、线或股状渗水，且离掌子面越近越严重。但随着远离掌子面，初期支护渗水情况逐步减弱，直到干燥。我们将这种情况叫做有严重渗水历史。2.1.2初期支护开裂和渗漏水调研统计施工阶段初期支护变形，常常引起一些地方初期支护开裂，而隧道处于地下水环境，必然导致地下水直接渗入初期支护混凝土内部，导致钢支撑直接浸泡在地下水中，加速海底隧道时间相关的材料变异，为此，本文对厦门海底隧道已施工区段初期支护开裂、渗水情况进行了现场调查。典型初期支护开裂与渗水见图2-14图2-15。图2-1 初期支护典型裂缝与渗水图2-2 有严重漏水历史的漏水带（环状平行盐渍）图2-3 YK10+200 现有漏水带图2-4 ZK7+400初期支护开裂与钢拱架锈蚀隧道衬砌开裂破坏了结构的完整性，会引起结构承载力受损，安全性降低，特别是结构的长期安全性；同时，裂缝也是结构渗漏水的通道。结构渗漏水将影响结构材料的耐久性，特别是海底隧道的特殊的水文、地质环境下，海水对隧道结构的腐蚀是不容忽视的，衬砌开裂与渗漏水都将严重影响隧道结构的寿命。为了弄清厦门海底隧道衬砌开裂与渗漏水状况，本文对已施工初期支护进行了现场调查。对于初期支护表面裂缝主要采用目测的方法，观察了裂缝的长度、宽度以及倾斜角度；对于渗漏水检查也主要是目测渗水方式和渗水量，部分裂缝调查结果见表2-5，开裂与渗水分级结果见表2-62-8。表2-5 部分海底隧道初期支护裂缝调查结果洞室桩号裂缝描述洞室桩号裂缝描述左洞ZK11+798纵向,长约0.5m，宽约10mm服务隧道N12+280环向，长约4m，宽约1mmZK11+717多条纵向裂缝，宽约1mmN12+277环向，长约4m，宽约0.6mmZK11+700纵向，长约10m，宽约1mmN12+266环向，长约3.5m，宽约1mmZK11+685纵向，长约6m ，宽约1mmN12+253斜向，长约2.5m，宽约1mmZK11+811环向，长约8m，宽约3.5mmN12+242斜向，长约2m，宽约0.5mmZK11+809环向，长约10m，宽约2mmN11+800环向，长约2m，宽约2mmZK11+808环向，长约10m，宽约3mmN11+300环向，长约2m，宽约5mmZK11+800环向，长约8m，宽约2mmNK10+500环向，长约1m，宽约3mmZK11+795环向，长约9m，宽约2mm右洞YK11+841纵向，长约18m，宽约2.5mmZK11+790环向，长约7m，宽约2mmYK11+810纵向，长约8m，宽约6mmZK11+255纵向，长约0.5m，宽约1mmYK11+817环向，长约8m，宽约4mmZK9+063环向，长约1m，宽约2mmYK11+814环向，长约7.5m，宽约3mmZK8+970环向，长约4m，宽约3mmYK11+794纵向，长约3m，宽约1.5mm服务隧道N12+305环向，长约4.5m，宽约1mmYK11+683环向，长约7m，宽约1mmN12+293环向，长约4.5m，宽1mmYK11+683纵向，长约3m，宽约1mmN12+292环向，长约1.5m，宽约0.7mmYK11+675斜向，长约0.5m，宽约1mmN12+289斜向，长约4.5m，宽约0.8mmYK11+680纵向，长约20m，宽约1.5mmN12+288斜向，长约5m，宽约0.7mmYK11+670环向，长约8m，宽约2.5mmYK11+600环向，长约0.5m，宽约2mm表2-6 海底隧道左线初期支护开裂与渗漏水调查分级结果段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度Z1ZK6+540ZK6+600AEEZ11ZK10+235ZK10+645C-Z2ZK6+600ZK7+110ABDZ12ZK10+645ZK10+755C-Z3ZK7+110ZK7+250ABDZ13ZK10+755ZK10+975C-Z4ZK7+250ZK7+500AADZ14ZK10+975ZK11+275CDAZ5ZK7+500ZK8+230CEEZ15ZK11+275ZK11+655CABZ6ZK8+230ZK8+330CDAZ16ZK11+655ZK12+175BAC/DZ7ZK8+330ZK8+850CEEZ17ZK12+175ZK12+325ACDZ8ZK8+850ZK9+000C-Z18ZK12+325ZK12+445AAC/DZ9ZK9+000ZK10+145C-Z19ZK12+445ZK12+485AEEZ10ZK10+145ZK10+235C-说明：表中渗水级别加粗表示有严重渗水历史。表2-7 海底隧道右线初期支护开裂与渗漏水调查分级结果段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度Y1YK6+559YK6+619A-Y10YK10+570YK10+700C-Y2YK6+619YK6+899A-Y11YK10+700YK10+920CDC/DY3YK6+899YK7+269ABDY12YK10+920YK11+550CDC/DY4YK7+269YK7+539ABDY13YK11+550YK11+700CDC/DY5YK7+539YK8+319CEEY14YK11+700YK12+280BABY6YK8+319YK8+549CDAY15YK12+280YK12+380ACDY7YK8+549YK8+929C-Y16YK12+380YK12+470AAC/DY8YK8+929YK9+029C-Y17YK12+470YK12+510AEEY9YK9+029YK10+570C-说明：表中渗水级别加粗表示有严重渗水历史。表2-8 海底隧道服务隧道初期支护开裂与渗漏水调查分级结果段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度段号起讫里程地下水类别开裂程度渗水程度N1NK6+542NK6+602A-N9NK10+610NK10+720C-N2NK6+602NK7+152ABCN10NK10+720NK10+970C-N3NK7+152NK7+722ABCN11NK10+970NK11+100CBCN4NK7+722NK8+272CEDN12NK11+100NK11+680CBCN5NK8+272NK8+402CBAN13YK11+680YK12+210BBCN6NK8+402NK8+892CEDN14YK12+210NK12+360ACDN7NK8+892NK9+012C-N15YK12+360NK12+450AAC/DN8YK9+012YK10+610C-N16NK12+450NK12+490A-说明：表中渗水级别加粗表示有严重渗水历史。综合上述分析，可得到如下结论。厦门海底隧道初期支护的开裂与初期支护渗漏水，可分别进行分级，见表2-9。表2-9 海底隧道施工阶段开裂、渗漏水统计变异种类和分级里程（左线/右线/服务洞）初期支护开裂严重开裂ZK7+250500、 11+27512+175、325445/ YK11+70012+280 、380470/NK12+360NK12+450局部严重开裂ZK6+600K7+250/YK6+6197+539/ NK6+6027+722、8+272402、10+97012+210局部轻微开裂ZK12+175325/YK12+280380/NK12+210360无可见裂缝ZK8+230330、10+97511+275/YK8+319549 、10+700700无开裂ZK6+540600、7+5008+230、330850 、12+445485/YK6+559619、7+5398+319、12+470510/ NK6+542602、7+7228+272、402892、12+45012+490初期支护渗漏水严重渗水ZK8+230330、10+97511+275/YK8+319549 /NK8+272402中等严重渗水ZK11+275655/ YK11+70012+280局部严重渗水ZK11+65512+175 、325445 /YK10+70011+700 12+380470/NK6+6027+722 、10+97012+210 360450局部轻微渗水ZK6+6007+500、12+175325/YK6+619539、12+280380/NK7+7228+272、402892、12+210360无渗水ZK6+540600、7+5008+230、330850、12+445485/YK7+5398+319、12+470510/NK6+542602、 12+4504902.1.3初期支护开裂、渗漏水规律与特点1 五通端裂缝分布及渗漏水规律与特点通过对主洞以及服务隧道初期支护裂缝的调查统计，发现五通端初期支护开裂和渗漏水具有以下规律和特点：1) 服务隧道初期支护开裂服务隧洞由于洞径相对较小，初期支护开裂的情况比较少，开裂主要以环向开裂为主，裂缝宽度一般比较小。2) 主隧道初期支护开裂主隧道由于洞径较大，且开挖工序复杂，以及施工工艺不足，初期支护开裂情况比较多，裂缝分布有以下规律。 受施工方法影响显著。在CRD工法中1部开裂最多，3部裂缝较少，2、4部几乎没有出现开裂情况；在双侧壁工法中，因没有横撑作用，左右导坑易出现环向开裂。 在钢支撑接头处易出现开裂现象。 在钢拱架两侧因喷射混凝土自身收缩变形和粘结强度不够，易出现环向裂缝。 在临时仰拱拱脚处易出现斜向和纵向开裂现象。 在不良地质段、大变形地段易产生开裂，且裂缝有多条，环向、斜向以及纵向裂缝易同时出现。3) 初期支护渗漏水。 初期支护开裂的地方，多会出现渗漏水。 地质条件富水段，初期支护渗水严重，多以线状出水为主。 出现渗漏水的地方多会有乳白色析出物。2 翔安端裂缝分布及渗漏水规律与特点通过对服务隧道以及主洞初期支护裂缝的调查统计，发现目前初期支护开裂具有以下规律和特点：1） 服务隧道(1) 服务隧道初期支护开裂服务隧道由于洞径相对较小，初期支护开裂的情况比较少，开裂主要以环向开裂为主，裂缝宽度一般比较小。(2) 服务隧道初期支护渗漏水 服务隧道由于位置较低，水压较大，到目前为止，整个服务隧道初期支护都出现了或出现过严重的渗漏水。 服务隧道初期支护渗漏水有着明显的空间特征，从掌子面开始，至离掌子面100200m范围，隧道衬砌渗漏水较为严重；离掌子面越近，渗漏水越严重；随着离掌子面距离的增加，初期支护渗水方式经过以下变化过程：股状(或线状)渗水线状(或点状)渗水湿润干硬。 服务隧道初期支护渗漏水有着明显的时间特征，随着隧道施工，掌子面前移，地下水位降低，衬砌渗水量逐渐减少。同一断面初期支护渗漏水随时间增加，多经过以下过程：股状(或线状)渗水线状(或点状)渗水湿润干硬。2） 主隧道(1) 主隧道初期支护开裂主隧道由于洞径较大，且开挖工序复杂，以及施工工艺不足，初期支护开裂情况比较多，裂缝分布有以下规律。 由于进口段围岩软弱，施工经验缺乏，初期支护总体上开裂严重； 翔安端陆域及浅滩过渡带开挖方法全部采用CRD法，在CRD工法中1部裂缝最多，同一断面3部裂缝相对较少，2部几乎没有出现开裂情况，而4部出现开裂很少，多为整环闭合不及时造成的初期支护局部突起型裂缝和混凝土剥落； 在钢支撑接头处易出现开裂现象，特别是纵向裂缝。 在初期支护钢拱架两侧与喷射混凝土连接处易出现环向裂缝，且一旦出现开裂，一般裂缝较长，多延伸至拱顶。 初期支护与临时仰拱结合处易出现斜向和纵向开裂现象，尤其是围岩软弱地段。 在不良地质段、大变形地段易产生开裂，且裂缝有多条，多为环向、斜向以及纵向裂缝同时出现。 拱顶多为环向裂缝，斜裂缝多出现在CRD1部拱腰。 发生过坍塌等事故地段，初期支护开裂严重，大量的环向、斜向、纵向裂缝会同时出现，且裂缝一般较长、较宽。(2) 主隧道初期支护渗漏水 初期支护开裂多伴随着渗漏水。 地质条件富水段，初期支护渗水严重，多以线状出水为主。 渗漏水情况受水文地质情况影响显著，对于渗水量较大的地段，初期支护没有可见裂缝也会出现渗水现象，初期支护开裂后渗水量加大。 渗漏水情况受水压大小影响很大，CRD1、3部初期支护多为伴随着裂缝的渗漏水；而由于水压较大，CRD2、4部初期支护无可见裂缝，也有着不同程度的渗漏水。 渗漏水处多伴随着有乳白色析出物。 海域段由于水压大，初期支护基本全部处于湿润状态，且存在点状股状不同程度渗水。2.1.4初期支护开裂和渗漏水原因分析.初期支护结构开裂原因拱顶下沉异常原因有10：1) 地质条件和围岩参数影响；2) 封闭距离和封闭时间影响；3) 整体下沉影响；4) 其他因素。在隧道开挖初期，由于施工经验的缺乏，使得进口段断面的变形比较大；5) 喷射混凝土偏薄，内保护层厚度不够；6) 钢拱架锈胀造成开裂。2初期支护结构渗水原因结合现场调查结果、工程地质。水文地质等情况，本文总结海底隧道初期支护出现渗漏水的原因：1) 水压过大，或降水不够。海域围岩较好地段，初期支护变形很小，有的地段拱顶下沉仅有几毫米，但还是存在着渗漏水。风化囊槽地段隧道处水压过大，地下水直接渗过初期支护，造成严重的股状、雨状漏水。2) 围岩渗透性。围岩富水段初期支护渗水严重，多以线状出水为主。比如翔安端过砂层地段围岩透水性好，在初期支护施作后很长时间地下水渗穿初期支护，形成大范围的白色渗出覆盖物。3) 初期支护变形异常、开裂，裂缝成为渗水通道。4) 材料的影响。比如在混凝土喷射早期，由于混凝土硬化未完成，造成的渗水；喷射混凝土抗渗性不够，比如翔安端主隧道进口段2、4部长期的大范围湿润性渗水。5) 施工工艺的影响，比如由于锚杆穿过初期支护，其中的空隙成为渗漏水通道。2.2厦门海底隧道初期支护喷射混凝土强度现场调研与分析2.2.1初期支护喷射混凝土强度现场调研统计厦门海底隧道长期承受高水压作用，而初期支护直接与围岩和地下水接触，所以初期支护喷射混凝土的腐蚀作用很严重，这也直接影响了混凝土的强度。从现场调研情况看，围岩条件好、地下水少的地段，初期支护混凝土强度保持的很好，没有明显的降低现象；而围岩条件差，地下水丰富漏水严重的地段，初期支护混凝土强度降低明显。因此，初期支护混凝土强度的调研对于清楚整个支护体系承载情况，以及对以后海底隧道维修养护也能提供依据。鉴于海底隧道里面的现场环境，初期支护混凝土强度测量采用回弹仪。回弹仪测量强度时，需要平整的测量面，而厦门海底隧道初期支护采用喷射混凝土，洞内表面凹凸不平。因此，每次测量之前需要将测点处刮平，此外，由于渗水的腐蚀原因，表层的混凝土粘结被破坏，被严重软化，强度大大降低，无法达到回弹仪的最小读数。所以，强度测量前，需要先刮去表层的腐蚀软化层。为了便于表达，这里提出一个新的定义：为了能更准确的用回弹仪测量内部混凝土的强度而刮去的初期支护表面的那层被海水腐蚀或泡软混凝土层，我们叫做表面软化层。从调研情况看，表面表面软化层厚度与初期支护混凝土强度有着明显的对应关系，表面软化层厚度越大，混凝土强度越低，反之则越高。 图2-5 回弹仪根据现场调研可以看出，水的腐蚀是初期支护强度最重要的因素。只有在渗漏水情况相类似的条件下，时间的因素才有对比意义。如果渗水严重，即使施工至调研时间较近，初期支护的强度也降低很多。所以本次调研主要的参照依据是渗漏水因素的影响。海底隧道初期支护喷射混凝土强度现场调研统计表见表2-102-12： 2-10 左线隧道初期支护混凝土强度调研表断面范围表面软化层厚度/mm强度均值/Mpa施作时间/月渗漏水等级ZK11+330ZK11+3200.527.310CZK11+255ZK11+240左侧：1.5右侧：0左侧15右侧33.48左侧A右侧EZK11+200ZK11+180124.47BZK11+160ZK11+150126.46CZK11+100ZK11+090125.53CZK11+065ZK11+0501.5201AZK11+040ZK11+020317.52AZK10+700ZK10+6853.514.74AZK10+680ZK10+6500.530.12DZK10+650ZK10+5500.530.51DZK10+550ZK10+530126.21CZK8+890ZK8+9002.522.19AZK9+010ZK9+020124.64BZK9+030ZK9+040124.85BZK9+050ZK9+060124.47B备注：由于调研时间问题，一些区段已经浇筑二次衬砌，还有一些区段尚未开挖，所以，表中所列只是部分调研区段统计表。2-11 服务隧道初期支护混凝土强度调研表断面范围表面软化层厚度/mm强度均值/Mpa施作时间/月渗漏水等级NK11+830NK11+8200.528.16CNK11+820NK11+73012622CNK11+250NK11+325123.618BNK11+300NK11+2901.519.818ANK10+960NK10+9801.519.317ANK11+000NK11+020120.216ANK10+730NK10+710417.59ANK10+690NK10+670418.55ANK10+640NK10+620左侧5右侧2左侧14.4右侧222左侧A右侧BNK9+300NK9+320125.57BNK9+900NK9+9200.530.13D备注：由于调研时间问题，一些区段已经浇筑二次衬砌，还有一些区段尚未开挖，所以，表中所列只是部分调研区段统计表。 2-12 右线隧道初期支护混凝土强度调研表断面范围表面软化层厚度/mm强度均值/Mpa施作时间/月渗漏水等级YK10+610YK10+590318.27AYK10+590YK10+5700.5306DYK10+570YK10+540124.67BYK10+450YK10+3001.519.56AYK10+250YK10+2001.519.74AYK10+150YK10+0000.526.83CYK10+000YK9+950122.32BYK8+410YK8+420617.43AYK8+520YK8+540036.53EYK8+550YK8+5700372EYK8+770YK8+790125.811CYK8+830YK8+9500.52710CYK8+980YK9+0000.526.810C备注：由于调研时间问题，一些区段已经浇筑二次衬砌，还有一些区段尚未开挖，所以，表中所列只是部分调研区段统计表。2.2.2初期支护喷射混凝土强度变化特点分析根据现场调研统计表2-102-12可知，厦门海底隧道初期支护喷射混凝土强度变化有以下特点：1)在无渗漏水或者局部轻微渗漏水（即渗漏水等级为D或E）的条件下，海底隧道初期支护喷射混凝土的强度都在30Mpa以上，变化非常小，表面软化层很小。2)即使在同一个断面上，左右两侧的渗漏水程度不同，海底隧道初期支护喷射混凝土强度也相差很大，漏水等级相差越大，强度相差也越大。如表2-13所示： 2-13 同一断面左右侧初期支护混凝土强度调研对比表断面范围部位表面软化层厚度/mm强度均值/Mpa施作时间/月渗漏水等级ZK11+255ZK11+240左侧1.5158A右侧033.4ENK10+640NK10+620左侧514.42A右侧222B3)渗漏水程度是初期支护喷射混凝土强度变化的主导因素。对于漏水严重的断面，即使施工时间离调研时间比较近，其混凝土强度依然很低。相反，对于漏水轻微甚至无漏水的断面，即使施工时间距调研时间已经很久，但混凝土强度几乎没有变化，依然有很高的强度。为了更好的反应渗漏水对初期支护混凝土强度的影响，我们将上面的调研统计表进行一下整理，把渗漏水不同的等级对应的断面强度取平均值，列表对比。如表2-14所示： 2-14 渗漏水等级与初期支护混凝土强度对应表渗漏水等级ABCDE对应所有断面混凝土强度平均值/Mpa19.524.426.630.235.6将表2-14用趋势图2-1表示 ： 图2-1 初期支护混凝土强度随渗漏水等级变化趋势图从图2-1中，我们可以很明显的看出，随着渗漏水情况越来越严重，初期支护混凝土强度呈明显下降趋势。2.2.3初期支护喷射混凝土强度时间变化模型混凝土强度是确定钢筋混凝土构件抗力最主要的参数，其随时间变化的规律是建立钢筋混凝土结构构件抗力概率模型的基础。混凝土性能的劣化，一般海洋环境下是指氯离子和硫酸盐侵蚀；另一方面，混凝土强度随时间也有所改变。强度变化可分为上升阶段和下降阶段，上升阶段大约为25-30年，混凝土的强度一般随水泥水化的继续发展而提高；下降阶段的下降速度非常缓慢，强度标准差随时间增大。钢筋混凝土结构的强度仍假定服从正态分布，但其平均值和标准差可表示为时间的函数。从理论上讲，该强度为一非平稳正态随机过程。根据以往研究提出混凝土强度的平均值函数和标准差函数的计算公式，在总结国内外混凝土暴露试验和经年建筑物实测结果基础上，分析了海洋环境下混凝土强度的经时变化规律，利用统计回归方法提出了海洋环境下混凝土强度平均值和标准差的经时数学模型： (3-7) (3-8)式中：、分别为混凝土28d立方体抗压强度平均值和标准差；、分别为服役t年后混凝土立方体抗压强度平均值和标准；t时间(a)。2.2.4海底隧道初期支护喷射混凝土强度变化原因分析1)结晶类腐蚀海域地下水及海水中含有大量SO42+、Mg2和CO2或HCO3-，而混凝土的多孔性，决定了它容易被有害气体和溶于水中的这些有害离子渗入，当混凝土孔隙系统被来自地下水、土壤、海水中的SO42+、Mg2和CO2或HCO3-浸入时，就会与混凝土水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，这些产物或者溶于水，导致混凝土材料的损失和削弱。或者产生体积膨胀，使混凝土成为一种易碎的，甚至松散的状态。SO42、Mg2和CO2或HCO3-进入混凝土内部后，分别会与混凝土的某些成分发生如下化学反应：Ca(OH)2+Mg SO4+2H2OCa SO4·2H2O（石膏）+Mg(OH)23CaO·Al2O3+3Ca SO4·2H2O+mH2O3CaO·Al2O3·3Ca SO4·nH2O（钙钒石）MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2（水镁石）CaCl2CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2CO2+Ca(OH)23CaO·Al2O3·CaSO4·18H2O3CaO·Al2O3·CaCO3·H2O+CaSO4·2H2O其中碳酸氢钙、石膏和CaCl2均溶于海水，而钙矾石在生成过程中体积膨胀造成混凝土的膨胀开裂、掉块。从现场初期支护调研情况可以看到，在施工时间比较早的漏水区段，混凝土表面都有不同成都的掉快现象，而且出现大量的盐析现象。2)碱骨料反应碱骨料反应(简称AAR)是指来自混凝土原材料中的水泥或环境中的碱性物质(Na2O或K2O等)与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应，造成混凝土体积膨胀，甚至开裂。由于骨料的广泛分布，混凝土一旦发生碱骨料反应，破坏将是整体性的。混凝土因碱骨料反应产生的裂缝，同样会有利于海水中的氯离子和氧向其内部侵入，造成甚至加速钢筋锈蚀破坏，进而导致混凝土工程使用寿命显著缩短，严重的可使混凝土完全丧失使用功能。但并非所有混凝土都发生碱骨料反应，只有具备一定条件时，才可能发生。其必要条件是：水泥及其他原材料（外加剂、掺合料等）的含碱量较高。骨料中含有一定量活性氧化硅成分。碱骨料反应主要类型有碱硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应。（1）碱硅酸反应（简称ASR）碱硅酸反应是指混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反应，生成碱硅酸类复盐：2NaOH+SiO2+nH2ONa2O·SiO2·nH2O碱硅酸类复盐呈白色凝胶固体，且具有强烈吸水膨胀的特征，反应后体积增加，最大时体积可增长3倍以上，这种反应一般发生在骨料与水泥石界面处，混凝土产生不均匀膨胀引起开裂，且界面状况的改变，也影响了混凝土的结构强度。碱硅酸反应是碱骨料反应的主要形式，能与碱发生反应的含有活性氧化硅矿物的岩石品种有多种，在火成岩、沉积岩和变质岩中都有存在。（2）碱碳酸盐反应（简称ACR）碱碳酸盐反应是指混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云岩骨料发生下列反应，进行所谓的去（脱）白云化作用：CaMg(CO3)2+2NaOHMg(OH)2+CaCO3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)22NaOH+CaCO3去白云化反应将持续进行，直到白云石被完全作用或碱的总量被持续发生的反应所消耗，使碱浓度降到足够低为止。碱碳酸盐反应的机理与碱硅酸反应不同，其特点是反应较快，一般在混凝土浇注后6个月就有膨胀或开裂现象，反应物中很少见凝胶产物，多呈龟裂或开裂。在反应的岩石周边的反应环界限不很清晰。（3）碱硅酸盐反应碱硅酸盐反应是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。能发生这类反应的岩石有：页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合性硅酸盐岩等。2.3厦门海底隧道初期支护钢拱架锈蚀现场调研与分析2.3.1初期支护钢拱架锈蚀现场调研从前面的调研我们可以看到，厦门海底隧道初期支护存在着严重的渗漏水情况，地下水除使混凝土强度产生严重降低外，也会引起混凝土内部钢拱架的锈蚀问题。从现场调研情况来看，初期支护钢拱架存在不同程度的锈蚀。而钢拱架的锈蚀，破坏了与混凝土之间的粘结，导致初期支护不能整体受力，影响了初期支护的承载性能。 图2-2 NK11+040 角钢锈蚀 图2-3 ZK8+920工字钢锈蚀海底隧道初期支护钢拱架锈蚀现场调研方法：用游标卡尺精确量取初期支护中的钢拱架尺寸（先用砂纸除锈），与原材料尺寸进行对比，得出锈蚀厚度。现场调研步骤：1) 在现场选取一些待调研点，这些点要求渗漏水情况相近，施工时间不同；2) 用钻孔机将调研点的初期支护混凝土凿开，把钢拱架暴露出来；3) 用砂纸将钢拱架表面的锈打磨干净；4) 用游标卡尺量取打磨过的钢拱架的尺寸（宽、高、厚度等）；5) 与对应的标准尺寸或在钢材加工现场的调研尺寸进行对比，得出锈蚀厚度（当然，锈蚀厚度本来应该与所测工字钢的原始尺寸对比得出的锈蚀厚度才是真正的锈蚀厚度，但由于施作后已经无法得到所测工字钢原始尺寸，只好用其他来代替）。计算公式：锈蚀厚度=（标准尺寸测量尺寸）÷2。这就得出了钢拱架的锈蚀厚度。 图2-4 打磨之前的工字钢 图2-5 打磨除锈之后的工字钢以下是经过整理的钢拱架锈蚀现场调研表： 表2-15 初期支护钢拱架锈蚀现场调研表断面里程尺寸部位测量尺寸/mm对比尺寸/mm锈蚀厚度/mm锈蚀时间/天YK10+225宽95.2595.50.125100ZK11+150宽95.3995.760.185180YK8+364高113.95114.460.255300NK11+040厚7.4180.3395NK11+500高195.361960.32425将上表用曲线表示可以得到图2-6： 图2-6 海底隧道初期支护钢拱架锈蚀厚度趋势图从图2-6我们可以看出，初期支护钢拱架的锈蚀并非是线性的，而是一条半抛物线。也就是说，初期支护钢拱架的锈蚀是一个又快到慢的过程，刚开始的时候，锈蚀速度快，随着时间的退役，锈蚀速度减慢，这似乎与法拉第电化学规律不相符合。究其原因，主要是现场初期支护的渗漏水情况是一个由严重到轻微变化的过程，在距掌子面近的区段漏水有很多线状甚至股装漏水，而距离掌子面很远的断面能看到混凝土湿润的以及表面析出的白色盐渍。此外，铁的锈蚀化学反应是一个可逆反应，随着混凝土中锈渍的积累，锈蚀反应的速度会减慢。2.3.2现场初期支护钢拱架锈蚀厚度与时间关系的解析分析从