城市地铁结构钢筋腐蚀监测探讨

城市地铁结构钢筋腐蚀监测探讨摘要：文章根据沿海地区城市地铁结构的腐蚀特点，从腐蚀监测传感器的选择、腐蚀断面和测点的布置、采集设备的选择、腐蚀数据库的建立等方面，提出了地铁结构钢筋腐蚀监测系统的构想。关键词：地铁车站；区间隧道；腐蚀监测；传感器中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）03-0079-031概述截至2010年10月，我国大陆已经开通城市轨道交通的城市有12个，运营总里程约为1270km，至2020年线路规划总里程将达6100km，我国轨道交通开始进入了加快发展的时期，与此同时很多沿海城市也开始修建地铁，城市地铁下穿海底、江底、河底的情况也越来越多，这些地区修建的地铁盐水水位较高，容易造成地下结构的腐蚀，这就对地铁工程的耐久抗腐性提出了更高的要求。2沿海地区城市地铁结构腐蚀监测的目的2.1沿海地区城市地铁结构特点沿海地区修建的地铁以及下穿海（江）底的地铁混凝土结构具有以下的特点：2.1.1设计使用年限长且无法替换。地铁结构在100年的设计使用年限中，构件难以替换，仅能进行维修养护。2.1.2带裂缝工作状态。地铁结构同时承受土压力及各方向水压力的作用，结构长期处于带裂缝工作状态。2.1.3干湿交替状态。沿海地区地铁结构是属于干湿交替环境作用下的混凝土结构，腐蚀问题比较严重。2.1.4环境类别。沿海城市地下水对钢筋混凝土结构的环境作用类别为Cl-及SO42-侵蚀环境。2.2城市地铁结构腐蚀监测的目的混凝土结构耐久性的下降可以分为图1所示的三个阶段。一般来说，t1-t2阶段的钢筋锈蚀必须通过监测仪器的监测才能知道，t2-t3阶段的钢筋锈蚀则直接暴露于人们的视线中。从经济角度讲，在t1-t2阶段（钢筋脱钝前）进行腐蚀修复或采取补救措施是比较好的时机，如果是在t2-t3阶段再进行腐蚀修复或采取补救措施就有点迟了。因此很有必要在地铁施工的时候，就在地铁结构内埋入腐蚀监测传感器，建立一个地铁结构钢筋腐蚀监测系统，动态地、长期地监测混凝土结构内钢筋锈蚀的进展情况。根据监测动态对需要采取防腐措施、控制腐蚀加剧状态的结构提前实施经济合理的补救措施。3城市地铁结构钢筋腐蚀监测系统的设计3.1腐蚀监测传感器的选择为了长期监测钢筋混凝土结构的腐蚀情况，需要采用埋入式腐蚀传感器，通过调研国内外一些用于钢筋腐蚀监测的传感器，一个合理的地铁结构钢筋腐蚀监测系统可由CorroWatch多探头腐蚀传感器、ERE20参比电极、阶梯型电化学腐蚀传感器、XMUCT-08多功能探头和光栅光纤物理腐蚀传感器等构成。3.1.1CorroWatch多探头腐蚀传感器与ERE20参比电极。CorroWatch与ERE20结合作为腐蚀监测的早期预警系统，可以预测混凝土结构原始期的腐蚀情况。图2为CorroWatch和ERE20传感器，目前已经在厄勒海峡隧道和翔安海底隧道监测中有所应用。3.1.2阶梯型电化学传感器。结合传统电化学腐蚀传感器，厦门大学自主研发了一种阶梯型化学腐蚀传感器，通过该传感器可以对氯离子扩展峰面的位置进行监测，从而提前预报混凝土结构钢筋腐蚀的可能性。3.1.3XMUCT-08多功能探头。XMUCT-08是一个多功能监测探头，可监测钢筋混凝土结构中的pH、Cl等值，从而掌握混凝土的内部化学环境的变化情况，图3为XMUCT-08腐蚀探头。3.1.4光栅光纤物理传感器。应用光栅光纤物理传感器可以测量钢筋因腐蚀而产生的体积变化，从而掌握混凝土结构中钢筋的腐蚀状况，图4为光纤光栅物理传感器。3.2腐蚀监测断面和测点的布置3.2.1腐蚀监测断面。建立一套完整的监测系统费用较高，腐蚀监测断面一般选择在有必要的区段，结合城市地铁的特点以及已有的一些工程应用经验，一般建议在以下工程区段设计安装腐蚀监测系统：在近海区域修建的地铁车站；在近海区域修建的地铁区间；下穿海底、江底、河底的地铁区间。3.2.2测点的布置。地铁车站：针对在典型地铁车站结构的受力情况，建议在车站顶板和底板的跨中以及主要构件支座处布置监测测点。区间隧道：（1）盾构隧道。结合圆形盾构隧道的力学特性，认为拱顶、拱底和拱肩处受力较大，因此建议在每个截面的拱顶、拱底和两侧拱肩处布置监测测点。（2）矿山法隧道。结合隧道支护的力学特性，认为拱顶和拱脚是受力最大的位置，因此建议在每个截面的拱顶与拱脚处布置监测测点。3.3腐蚀监测系统采集设备的选择针对3.1节所选择的不同类型腐蚀传感器，可采用以下三套数据采集设备：3.3.1针对CorroWatch、阶梯型腐蚀传感器可使用便携式数据采集系统监测结构的腐蚀情况，现场通过太阳能电池供电并通过GPRS无线方式进行数据传输。3.3.2针对XMUCT-08多功能探头，采用定制的阵列电极测试设备，测量出每个电极的电位和电流，再通过公式换算获得腐蚀电位、腐蚀电流密度、pH值和氯离子浓度。3.3.3针对光纤光栅物理传感器，采用激光发生器，读取传感器的光栅中心波长。3.4腐蚀监测数据库的建立为了评价地铁结构的腐蚀情况，还需要建立地铁结构腐蚀监测数据库，通过几种不同类型的传感器测试得到不同类型的数据，每个监测点建立一份统计表格，所有的数据分析表可构成地铁结构钢筋混凝结构的腐蚀数据库，具体数据整理分析示意表如表1所示：4结语本文结合地铁结构腐蚀的特点，从腐蚀监测传感器的选择、腐蚀断面和测点的布置、采集设备的选择、腐蚀数据库的建立等方面，提出了地铁结构钢筋腐蚀监测系统的构想，通过该监测系统对地铁结构进行腐蚀监测有以下几点意义：（1）预测地铁结构的腐蚀速度，从而判断地铁结构在设计基准期内的安全性。（2）分析监测资料，如果发现异常，可提前主动采取有效的工程措施，从而保证地铁结构在设计基准期内的安全。参考文献1谷衡.地铁隧道地下水的腐蚀性分析及防治措施J.城市理论建设研究，2011，（17）.2张洁，庞雪辉，隋卫平，等.电化学传感器在腐蚀监检测中的应用J.海