一、隧道衬砌腐蚀的概况

（一）铁道隧道

据铁路有关部门调查：检查结果把严重需进行大修的隧道定为“失格” 隧道，铁道部颁发的《铁路桥隧建筑物大修规则》中隧道状态失格标准见表１。

据统计，我国运营的铁路隧道有５０００座，总延长２５００ｋｍ，其中衬砌严重腐蚀裂损的７１０座，占２２％。

（二）公路隧道

近２０多年来，我国公路建设发展个分迅速，截至２００４年底，中国公路通车总里程达１８１万ｋｍ，高速公路已突破３万ｋｍ，总里程位居世界第二。伴随着公路建设的快速发展，公路隧道的修建也增长迅速，截至２００４年底，我国已建成公路隧道２４９５座，总长１２４６ｋｍ，其中６５％的隧道已经进入到养护维修期。

建在富含腐蚀性介质的公路隧道，其衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的工作缝、变形缝、毛细孔，及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌侵蚀。

这些将严重影响隧道的正常运营安全。

二、隧道衬砌腐蚀的原因分析

（一）隧道衬砌腐蚀的类型及影响因素

隧道衬砌腐蚀分为物理和化学性腐蚀两类。

隧道衬砌腐蚀的主要影响因素有：衬砌混凝土的质量和水泥的品种，渗流到衬砌内部的环境水含侵蚀性介质的种类和浓度，环境的温度和湿度等自然条件。

（二）隧道衬砌物理性腐蚀

（１）冻融交替冻胀性裂损

①产生条件。隧道在寒冷和严寒地区衬砌混凝土充水部位。

②侵蚀机理。普通混凝土是一种非均质的多孔性材料，其毛细孔、施工孔隙和工作缝等，易被环境水渗透。充水的混凝土衬砌部位，受到反复的冻融交替冻胀破坏作用，产生和发展冻胀性裂损病害，造成混凝土裂损。

（２）干湿交替盐类结晶性胀裂损坏

①产生条件。隧道周围有含石膏、芒硝和岩盐的环境水。

②侵蚀机理。渗透到混凝土衬砌表面毛细孔和其他缝隙的盐类溶液，在干湿交替条件下，由于低温蒸发浓缩析出白毛状或梭柱状结晶，产生胀压作用，促使混凝土由表及里，逐层破裂疏松脱落。常见边墙脚高１ｍ，混凝土沟壁，起拱线和拱部等处裂缝呈条带状，局部渗水处成蜂窝状腐蚀成孔洞，露石、集料分离，疏松用手可掏渣。

干湿交替盐类结晶性胀裂损坏会造成混凝土或不密实的砂石衬砌和灰缝起白斑、长白毛，逐层疏松剥落。沿渗水的裂缝和局部麻面处所，呈条带状和蜂窝状腐蚀成凹槽和孔洞，深１０～２５ｍｍ。

（三）隧道衬砌化学性腐蚀

隧道衬砌混凝土是一个很复杂的物理的、物理化学的过程。综合国内外目前研究成果，根据主要物质因素和腐蚀破坏机理，分为硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、软水溶出性侵蚀、碳酸盐侵蚀、一般酸性侵蚀种。

（３）溶出性侵蚀

腐蚀机理：主要原因是水中的ＨＣＯ_３^－含量过少，在渗透水的作用下，混凝土中的Ｃａ（ＯＨ）_２随水陆续流失，使得溶液中的ＣＯ_２浓度降低。当浓度低于１.３ｇ/Ｌ时，混凝土中的晶体Ｃａ（ＯＨ）_２将溶入水中流失，Ｃ_３Ｓ和Ｃ_３Ａ的ＣＯ_２也陆续分解溶于水中。使混凝土结构变得松散，强度渐渐降低。

（４）碳酸盐侵蚀

腐蚀机理：主要原因是水中的ＣＯ_２含量过高，超过了与Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２平衡所需的ＣＯ_２数量。在侵蚀性ＣＯ_２的作用下，混凝土表层的ＣａＣＯ_３溶于水中。

ＣａＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＝Ｃａ^２＋ ＋２ＨＣＯ^－_３

混凝土内部的Ｃａ（ＯＨ）_２继续与作用或直接ＣＯ_２与作用。如ＣＯ_２含量较多，这种作用将继续下去，水泥石因Ｃａ（ＯＨ）_２流失而结构松散。

（５）一般酸性侵蚀

腐蚀机理：主要原因是水中含有大量的Ｈ＋，各种酸与Ｃａ（ＯＨ）２作用后，生成相应的钙盐。由于生成物溶于水的程度不同，侵蚀影响也不同，ＣａＣｌ_２，Ｃａ（ＮＯ_３）_２，Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２等易溶于水，随水流失，ＣａＳＯ_４则产生硫酸盐侵蚀。但以上几种腐蚀有时是同时发生的。

三、隧道衬砌腐蚀的防治措施

（一）提高衬砌的密实度和整体性

这是提高混凝土抗侵蚀性能最主要的，也是最重要的措施。因为不管是混凝土或砌块／砂浆遭受化学侵蚀，还是冻融交替或是干湿交替作用，甚至几种情况同时存在的最不利情况，共同的必要条件是衬砌的透水性。由于水及其中侵蚀介质能渗透到衬砌内部，才会发生一系列物理化学变化，致使衬砌混凝土或砌块、灰缝产生腐蚀损坏。如果在修建隧道衬砌时，采用了防水混凝土（或防水砂浆砌不受侵蚀的石料） 作衬砌，提高了衬砌的密实度和整体性，外界侵蚀性水就不易渗入混凝土内部，从而阻止了环境水的侵蚀速度，就可以提高衬砌的耐久性，降低侵蚀的影响。

一般用集料级配法和掺外加剂法配制防水混凝土，来提高隧道衬砌的密实性和防水性，由于隧道衬砌是现场浇筑，在有地下水活动的地段，往往很难保证防水混凝土的质量，从而影响防水性，因此采用相应的措施。

（二）外掺加料法

由于腐蚀主要是由于混凝土中游离的Ｃａ（ＯＨ）_２等引起的，可以采取降低混凝土中Ｃａ（ＯＨ）_２浓度的措施来达到抗侵蚀的目的。比如：掺入粉煤灰可以除去游离的，且给予铝相以不活泼性。也可以掺加硅粉，但由于硅粉颗粒细，施工时污染严重，对环境有害，影响其使用。

（三）选用耐侵蚀水泥

合理选择水泥品种，尽量改善混凝土受侵蚀的内因（如：对抗硫酸侵蚀的水泥要限制Ｃ_３Ａ含量不大于５％，在严寒地区不宜选用火山灰质水泥等），但目前尚没有完全可以消除腐蚀的水泥品种，从合理选择水泥品种，与优选粗细集料及级配、掺外加剂、减少用水量等项措施结合起来，最大限度地提高衬砌的抗蚀性和密实度，配制成抗腐蚀混凝土，效果就更好。

（四）加强衬砌外排水措施

将侵蚀性环境水排离隧道周围，减少侵蚀性地下水与衬砌的接触。目前，在地下水丰富地区，用泄水导洞法将地下水引至导洞内，减少地下水对主体隧道的影响，一般泄水洞应根据地下水的活动规律和流向，做在主洞的上游，拦截住地下水。地下水不发育地区，在隧道背后做盲沟，将地下水排入盲沟，从而减少对隧道衬砌的腐蚀。

（五）使用密实的与混凝土不起化学作用的材料，在衬砌外表面做隔离防水层

国内常用的防水卷材有ＥＶＡ，ＥＣＢ，ＰＥ，ＰＶＣ等。这些材料的耐酸碱性能稳定，作为隔离防水层，是较理想的材料。

（六）向衬砌背后压注防蚀浆液

这种方法只适用于一般隧道。常用的材料有阳离乳化沥青、沥青水泥浆液等沥青类的乳液，高抗硫酸盐、抗硫酸盐水泥类浆液。

在衬砌表面涂抹防水泥防蚀涂料，常用的有阳离子乳化沥青乳胶涂料、编织乙烯共聚涂料，近几年又使用了焦油聚氨酯涂料、ＲＧ防水涂料等。

（七）使用防腐蚀混凝土

防腐蚀混凝土是针对环境水侵蚀性介质不同，选用相应抗侵蚀性能较好的水泥品种，通过调整配合比、掺减水剂、引气剂，并采用机械拌合、机械振捣生产的一种密实性和整体性较高的抗腐蚀的防水混凝土。提高混凝土的密实性和整体性，是提高混凝土抗侵蚀能力的最重要的措施，因为混凝土内部结构均匀密实，外界侵蚀性环境水就不容易渗入混凝土内部，Ｃａ（ＯＨ）_２也不易被水析出。

防腐蚀混凝土的制作，除了严格控制水灰比和最小水泥用量及按上表对水泥类型选择之外，还应满足以下要求。

（１）抗硫酸盐水泥的矿物成分：

３ＣａＯ·Ａｌ_２Ｏ_３，即Ｃ_３Ａ应≤５％

３ＣａＯ·ＳｉＯ_２，即Ｃ_３Ｓ应≤５％

４ＣａＯ·Ａｌ_２Ｏ_３·Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｃ_３Ａ应≤２２％

（２）防腐蚀混凝土原材料。防腐蚀混凝土用的种材料按规范执行。粗集料应符合规范对大于或等于Ｃ２８混凝土的规定，最大粒径大于６０ｍｍ；最低耐冻循环次数不得低于１０次（硫酸钠法）。应选用坚硬洁净的中（粗）砂；特细砂不得配制防混凝土。

（八）施工与养护

防腐混凝土必须采用机械拌合机捣。养护：使用ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ类水泥，不得少于１４ｄ；使用ＡＳ，ＢＳ，ＣＳ类水泥，不得少于21ｄ。防腐蚀混凝土结构物外露面边缘、棱角、沟槽应为圆弧形；钢筋混凝土的保护层不得小于５ｃｍ。