胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性

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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、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2.22km，另有引线段1.7k

2、m），总投资31.8亿元，设计服役寿命为100a。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、混凝土结构耐久性现状国外调查资料：（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

3、、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：（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15~20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7~25年，大部分钢筋混凝土已严重锈蚀破坏，不少建筑物经5~10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）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：（1）由于设计缺陷和

4、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冻融破坏饱和水混凝土损

5、伤剥落促进钢筋锈蚀硫酸盐、碳酸、软水侵蚀碱—骨料反应水3、胶州湾海底隧道环境条件分析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离子环境0123456789101112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

6、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100a月平均温度有上升趋势，尤以1～7月份显著，平均上升2℃；

7、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青岛月平均相对湿度为62%～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5~6倍以上。衬