小編語

深排隧道的設計壽命通常需要達到100年以上。隧道建成后，隨著時間的推移，需要應對運營中的侵害、磨損與腐蝕，其中的關(guān)鍵之一便是提高隧道襯砌的耐久性。

污水隧道最佳襯砌解決方案取決于氣候，污水成分，梯度，污水流速流量等，同樣也會受到建設方的風險偏好的影響，從單層襯砌、雙層襯砌到犧牲層、玻璃纖維與高聚乙烯，不同形式與材料的組合繁多。

今年的世界隧道大會上，深排隧道依舊是探討的熱點，那本期小編就帶大家了解一下國外具有代表性的深排隧道工程都是如何選用襯砌形式，抵御嚴酷環(huán)境下的襯砌的腐蝕吧！

污水隧道中的腐蝕是如何產(chǎn)生的？

是什么導致了污水隧道中的混凝土腐蝕？

隧道內(nèi)污水在化學與微生物作用下產(chǎn)生的酸導致了腐蝕；同時，廢水中的污泥也會在管內(nèi)產(chǎn)生沉積，侵害隧道內(nèi)表面。

酸是如何產(chǎn)生的？

管內(nèi)污水中的厭氧硫酸鹽還原菌結(jié)合有機物和硫酸鹽，可生成硫化氫，散布至管道內(nèi)的空氣中后，在生物化學反應下生成硫酸，從而對管壁造成腐蝕。

酸蝕產(chǎn)生的原理

腐蝕是否以穩(wěn)定的速率發(fā)生？

不會。混凝土最初呈堿性，細菌與真菌難以定植；化學腐蝕降低混凝土表面pH值（pH值達到約6時）后，菌類開始在表面大量繁殖，逐漸加速腐蝕。

腐蝕速率受什么因素影響？

隧道頂部空氣中高濃度硫化氫、較高的空氣濕度以及隧道內(nèi)壁上較多水分都會加速腐蝕速率。

抗蝕方案

為了抵御隧道內(nèi)污水的侵蝕，在隧道混凝土結(jié)構(gòu)與污水之間需設置防腐蝕層。防腐蝕襯砌一般分為兩類：

■ 雙層襯砌（Double-pass）：防腐蝕層與隧道襯砌獨立，分兩次安裝；■ 單層襯砌（Single-pass）：防腐蝕層與隧道襯砌整合，一次安裝復合襯砌。

雙層襯砌（Double-pass）

雙層防腐蝕襯砌外層襯砌通常為管片，內(nèi)層安裝混凝土管、玻璃鋼管、環(huán)氧樹脂薄膜、鋼纖維混凝土等類型的襯砌。

傳統(tǒng)雙層襯砌

采用管片襯砌+混凝土管形式，內(nèi)面為PVC或聚乙烯。

■ 應用工程：美國洛杉磯NIES工程

玻璃鋼雙層襯砌

外層為管片襯砌，內(nèi)層為玻璃鋼（GFRP）管，中間采用注漿填充。

■ 應用工程：墨爾本北部下水道工程

樹脂薄膜襯砌

常見形式為管片襯砌+環(huán)氧樹脂薄膜。

■ 應用工程：美國俄亥俄州BWARI工程

雙層錨固預埋襯砌

常見形式為混凝土/鋼纖維混凝土管片襯砌+高密度聚乙烯防蝕層+現(xiàn)澆防蝕層。

■ 應用工程：新加坡DTSS工程

鋼纖維混凝土-管片雙層襯砌

形式為管片襯砌+鋼纖維混凝土犧牲層襯砌，無高密度聚乙烯層。（犧牲層為初襯外增設的二襯，可在發(fā)生腐蝕時優(yōu)先損壞，保護初襯免遭腐蝕。）

■ 應用工程：倫敦泰晤士Tideway污水隧道

單層襯砌（Single-pass）

單層襯砌，一般指只安裝防腐蝕聚合物混凝土，或?qū)⒎牢g層預埋在管片襯砌內(nèi)，僅使用一層襯砌達到防腐蝕效果。

聚合物混凝土

采用單層聚合物混凝土作為襯砌起到防腐蝕作用。

■ 應用工程：德國奧芬巴赫污水隧道

預埋錨固焊接內(nèi)襯層襯砌

內(nèi)襯防蝕層預埋在管片襯砌中，并在接縫處采用焊接連接。

■ 應用工程：美國薩克拉門托UNWI隧道工程

單層復合襯砌

防腐蝕層預埋在管片襯砌內(nèi)，接觸點不進行焊接。

■ 應用工程：加拿大西部排水隧道工程

工程應用

除了傳統(tǒng)的襯砌方法之外，目前全球各大深排隧道工程也在紛紛應用最新的襯砌解決方案——倫敦泰晤士Tideway隧道泰晤士河Tideway隧道全長25km，主隧道內(nèi)徑7.2m，分為東部，中部和西部三段。

東部與中部的隧道

段采用管片襯砌+鋼纖維混凝土犧牲層的雙層襯砌方案，厚度300mm，其中包括80mm犧牲層，通過鋼纖維混凝土補強（SFRC），并使用玻璃鋼作連接銷。為了提高耐久性，混凝土采用了微硅粉、低水灰比、高強度的配比。

東部與中部隧道襯砌方案

西部隧道段則采用現(xiàn)澆鋼纖維混凝土二襯方案，并進行了鋼纖維+玻璃纖維混合補強襯砌的試驗，該方案在襯砌裂縫寬度的控制與兩層襯砌之間的荷載分配上具有優(yōu)良表現(xiàn)。

卡塔爾多哈IDRIS隧道

卡塔爾IDRIS工程主線污水隧道長45km，內(nèi)徑3.0m，為重力式排水系統(tǒng)。該工程采用雙層防蝕襯砌，先安裝300mm的管片襯砌；隨后澆筑250mm的現(xiàn)澆混凝土犧牲層，并在上方安裝2.5mm高聚乙烯薄膜防蝕層。

隧道底部30度的范圍為浸泡區(qū)，屬于較少受腐蝕的部位，因此無需高聚乙烯膜。

此外，IDRIS工程中部分隧道段也采用了單層復合襯砌。

新加坡DTSS深隧工程

新加坡DTSS深隧工程共分為兩期，其中一期全長48km，已于2008年完工；二期工程全長50km，目前在建。

該工程中的隧道襯砌被施工方稱為“雙管齊下”方案（Belt and Braces），其組成為：盾構(gòu)施工過程中拼裝管片襯砌抵御地層荷載；二次防蝕襯砌包含兩層，分別為暴露在污水中的高聚乙烯層與抗微生物誘導腐蝕的犧牲混凝土層。

硅谷凈水隧道

硅谷凈水隧道全長5.3km，內(nèi)徑3.3m。隧道襯砌方案先后由于環(huán)境原因排除了傳統(tǒng)的雙層襯砌與現(xiàn)澆HDPE管片襯砌等方案，最終采用了鋼纖維混凝土管片，防蝕層和管片襯砌在澆筑時整合在一起，并一起安裝。

工程應用了海瑞克的合成管片（Combisegment）技術(shù)，管片澆筑時，先將聚雙環(huán)戊二烯制成的內(nèi)襯層放在模板中，內(nèi)襯層表面有錨固部件，使得混凝土管片和內(nèi)襯層結(jié)合為一個整體。在管片制造過程中通過模具將內(nèi)襯固定于混凝土管片上，因而在管道施工時無需進行二次襯砌，不僅縮短了施工時間，而且減少了隧道管片厚度。

奧克蘭中央污水攔截隧道

奧克蘭中央污水攔截隧道長13km，內(nèi)徑4.5m，為新西蘭最大的污水隧道工程。

工程前期進行了一項為期兩年的研究，開發(fā)了一種抗微生物誘導腐蝕材料，以期應用于單層襯砌。目前，這種材料已經(jīng)在工作井內(nèi)進行試用，并將把部分樣品置于隧道內(nèi)的高腐蝕區(qū)域中進行試驗，未來在隧道內(nèi)進行實際安裝時，將在表面添加額外的犧牲層，以確保其工作中的穩(wěn)定性。

結(jié)語

目前，業(yè)內(nèi)仍在不斷地尋求性能更加優(yōu)秀的材料配比與襯砌形式，相信假以時日，隨著技術(shù)的發(fā)展，最終可以得到性能耐久、安裝簡易、成本低廉又易于維護的耐腐蝕襯砌解決方案，使深排隧道能夠發(fā)揮更加長久的作用。