胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性教案课件

会计学1胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性会计学1胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性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。第1页/共39页1、前言海底隧道被公认为跨海峡交通的首选方式；第1页/共厦门翔安海底隧道—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。第2页/共39页厦门翔安海底隧道—大陆首条开工的海底隧道2005年5月开工，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1.7km），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第3页/共39页2006年11月开工，原预计2009年底建成（全长6.17k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。第4页/共39页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、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。第5页/共39页2、混凝土结构耐久性现状第5页/共39页国内调查资料：（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。第6页/共39页国内调查资料：第6页/共39页隧道工程耐久性现状：（1）由于设计缺陷和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。第7页/共39页隧道工程耐久性现状：第7页/共39页硫酸盐侵蚀美国某桥梁第8页/共39页硫酸盐侵蚀美国某桥梁第8页/共39页青岛北海船厂码头混凝土破坏情况---现奥运帆船基地第9页/共39页青岛北海船厂码头混凝土破坏情况---现奥运帆船基地第9页/共某立交桥桥墩柱北京艺术馆横梁第10页/共39页某立交桥桥墩柱北京艺术馆横梁第10页/共某滨海桥梁第11页/共39页某滨海桥梁第11页/共39页某滨海桥梁第12页/共39页某滨海桥梁第12页/共39页钢筋锈蚀

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第13页/共39页钢筋锈蚀氯离子引起水氧3、胶州湾海底隧道环境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第14页/共39页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

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------热严重严重第15页/共39页01234567891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浓度：与具体地形、地貌、风向、风速等多种因素有关。第16页/共39页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。第17页/共39页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-。第18页/共39页海底隧道中Cl-来源：第18页/共39页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（℃）

第19页/共39页冻融环境3城市不同时期的月平均温度月份温度（℃）第19页/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℃；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。第20页/共39页可以看出：第20页/共39页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第21页/共39页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。衬砌混凝土一侧接触水或含水土，另一侧则接触空气，是典型的干湿交替环境。可见，碳化导致的钢筋锈蚀必须考虑。第22页/共39页青岛月平均相对湿度为62%～86%，是混凝土碳化发展最快干湿循环盐雾Cl-积水感应电流ASRCO2尾气SO42-高压渗水Mg2+Mg(OH)2生物高温围岩压力早期开裂Cl-软水腐蚀Ca(OH)2北方洞口冻融其他环境条件第23页/共39页干湿循环盐雾积水感应ASRCO2尾气SO42-高压渗水Mg2混凝土结构耐久性不足的主要原因（1）工程设计的耐久性标准过低：重视安全性，忽略耐久性；技术规范中的要求是最低要求！（2）工程施工进度的不适当追求：养护不良，省略必要检验，施工缝、连接缝和防水层质量问题；（3）缺乏正常检测与维修：重新建、轻维修，缺乏全寿命经济分析与评价。4、海底隧道衬砌结构耐久性综合保障措施第24页/共39页混凝土结构耐久性不足的主要原因4、海底隧道衬砌结构耐久性综合耐久性综合保障措施（1）对于本体衬砌混凝土，应在原材料选择与试验、配合比设计与研究、有关性能指标确定、构造措施、施工质量控制与保障、验收标准等方面严格把关；（2）作为临时支护的喷射混凝土不含有害成分、质量满足要求、喷射平整；第25页/共39页耐久性综合保障措施第25页/共39页Relationshipbetweencarbonationdepthandcompressivestrength第26页/共39页Relationshipbetweencarbonati水泥用量占胶凝材料比例对碳化深度影响（W/C=0.32）第27页/共39页水泥用量占胶凝材料比例对碳化深度影响（W/C=0.32）第2Relationshipbetweenchlorideiondiffusioncoefficientandcompressivestrength第28页/共39页Relationshipbetweenchloride（3）对某些环境特别恶劣的部位，应考虑采用表面防水处理技术，以提高混凝土的防水性、抗冻性及抵抗其他有害离子的侵入；第29页/共39页（3）对某些环境特别恶劣的部位，应考虑采用表面防水处理技术，未防水处理和处理后混凝土试块侵蚀28天后的氯离子含量我们建议对胶州湾海底隧道出口处向隧道内部300米的混凝土表面进行防水处理。

第30页/共39页未防水处理和处理后我们建议对胶州湾海底隧道出口处向隧道内部3（4）考虑使用渗透型模板，以提高混凝土的表面密实性和抗渗性；（5）送风系统的进风口应远离海面或采取措施过滤除去进风中有害物质与离子。（6）防水板质量好、搭接密封、无破损。注浆防水系统充分，以防为主，以排为辅，排水系统流畅并有足够余量。（7）爆破开挖时最大限度地减小围岩破损与松动，一旦有情况用足锚杆和注浆。第31页/共39页（4）考虑使用渗透型模板，以提高混凝土的表面密实性和抗渗性；（8）对某些特别敏感的部位，应考虑预埋耐久性监测系统，以及时发现问题、处理和解决问题。注意定期检测，及时维护、维修。针对胶州湾海底隧道的具体情况，我们建议在隧道喷射混凝土层、二衬混凝土外层及内层的不同部位共放置72个阳极梯（监测开始腐蚀的时刻），二衬混凝土中还需放置6个环形电极（监测混凝土内部湿度变化，用以反映收缩程度并预测裂缝的形成）。第32页/共39页（8）对某些特别敏感的部位，应考虑预埋耐久性监测系统，以及时第33页/共39页第33页/共39页MonitoringAnodeladderfixedonreinforcement第34页/共39页Monitoring第34页/共39页MonitoringViewoftheanodeladderbuiltintheformwork

第35页/共39页Monitoring第35页/共39页MonitoringControlreadingsafterconstruction第36页/共39页MonitoringControlreadingsaft5、结束语海底隧道工程科技含量高、投资大。一旦结构失效或破坏，带来的问题相当严重。衬砌混凝土的耐久性问题应该得到足够的重视。海底隧道工程服役条件十分严酷，为保证海底隧道工程的设计使用寿命，必须采取系统的综合保障措施。为了提高衬砌结构的耐久性需要所增加的费用对于整个工程造价的影响并不大（1‰~1%）。第37页/共39页5、结束语海底隧道工程科技含量高、投资大。一旦结构失Thankyouforyourattention!第38页/共39页Thankyouforyourattention!第感谢您的观看。第39页/共39页感谢您的观看。第39页/共39页会计学41胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性会计学1胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性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。第1页/共39页1、前言海底隧道被公认为跨海峡交通的首选方式；第1页/共厦门翔安海底隧道—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。第2页/共39页厦门翔安海底隧道—大陆首条开工的海底隧道2005年5月开工，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1.7km），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第3页/共39页2006年11月开工，原预计2009年底建成（全长6.17k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。第4页/共39页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、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。第5页/共39页2、混凝土结构耐久性现状第5页/共39页国内调查资料：（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。第6页/共39页国内调查资料：第6页/共39页隧道工程耐久性现状：（1）由于设计缺陷和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。第7页/共39页隧道工程耐久性现状：第7页/共39页硫酸盐侵蚀美国某桥梁第8页/共39页硫酸盐侵蚀美国某桥梁第8页/共39页青岛北海船厂码头混凝土破坏情况---现奥运帆船基地第9页/共39页青岛北海船厂码头混凝土破坏情况---现奥运帆船基地第9页/共某立交桥桥墩柱北京艺术馆横梁第10页/共39页某立交桥桥墩柱北京艺术馆横梁第10页/共某滨海桥梁第11页/共39页某滨海桥梁第11页/共39页某滨海桥梁第12页/共39页某滨海桥梁第12页/共39页钢筋锈蚀

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第13页/共39页钢筋锈蚀氯离子引起水氧3、胶州湾海底隧道环境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第14页/共39页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

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------热严重严重第15页/共39页01234567891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浓度：与具体地形、地貌、风向、风速等多种因素有关。第16页/共39页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。第17页/共39页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-。第18页/共39页海底隧道中Cl-来源：第18页/共39页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（℃）

第19页/共39页冻融环境3城市不同时期的月平均温度月份温度（℃）第19页/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℃；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。第20页/共39页可以看出：第20页/共39页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第21页/共39页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。衬砌混凝土一侧接触水或含水土，另一侧则接触空气，是典型的干湿交替环境。可见，碳化导致的钢筋锈蚀必须考虑。第22页/共39页青岛月平均相对湿度为62%～86%，是混凝土碳化发展最快干湿循环盐雾Cl-积水感应电流ASRCO2尾气SO42-高压渗水Mg2+Mg(OH)2生物高温围岩压力早期开裂Cl-软水腐蚀Ca(OH)2北方洞口冻融其他环境条件第23页/共39页干湿循环盐雾积水感应ASRCO2尾气SO42-高压渗水Mg2混凝土结构耐久性不足的主要原因（1）工程设计的耐久性标准过低：重视安全性，忽略耐久性；技术规范中的要求是最低要求！（2）工程施工进度的不适当追求：养护不良，省略必要检验，施工缝、连接缝和防水层质量问题；（3）缺乏正常检测与维修：重新建、轻维修，缺乏全寿命经济分析与评价。4、海底隧道衬砌结构耐久性综合保障措施第24页/共39页混凝土结构耐久性不足的主要原因4、海底隧道衬砌结构耐久性综合耐久性综合保障措施（1）对于本体衬砌混凝土，应在原材料选择与试验、配合比设计与研究、有关性能指标确定、构造措施、施工质量控制与保障、验收标准等方面严格把关；（2）作为临时支护的喷射混凝土不含有害成分、质量满足要求、喷射平整；第25页/共39页耐久性综合保障措施第25页/共39页Relationshipbetweencarbonationdepthandcompressivestrength第26页/共39页Relationshipbetweencarbonati水泥用量占胶凝材料比例对碳化深度影响（W/C=0.32）第27页/共39页水泥用量占胶凝材料比例对碳化深度影响（W/C=0.32）第2Relationshipbetweenchlorideiondiffusioncoefficientandcompressivestrength第28页/共39页Relationshipbetweenchloride（3）对某些环境特别恶劣的部位，应考虑采用表面防水处理技术，以提高混凝土的防水性、抗冻性及抵抗其他有害离子的侵入；第29页/共39页（3）对某些环境特别恶劣的部位，应考虑采用表面防水处理技术，未防水处理和处理后混凝土试块侵蚀28天后的氯离子含量我们建议对胶州湾海底隧道出口处向隧道内部300米的混凝土表面进行防水处理。