地铁车站渗漏水病害的设计因素分析

范连勇，杨洪娜，李圣瑞

（中国电建市政建设集团有限公司，天津 300384）

随着城市地下空间的拓展与利用，作为地下与地上交通衔接点的地铁车站，已成为城市人们生活出行的重要组成部分[1]。地铁车站结构与地上车站结构不同之处不仅仅是周围岩土介质所产生的土压力作用，而且还要长期承担城市地下水所产生的水压力影响。城市地下水可以通过车站结构中的缝隙渗透到结构内部，对车站结构质量与安全产生严重的影响[2-3]。雷永生等[4]依托西安地铁二号线工程，深入调查分析了渗漏水位置、特点和原因，并提出了施工中应该注意的问题以及预防措施和改进建议。陈云飞[5]主要讨论了地铁防水工程在施工过程中影响防水效果以及施工质量的控制措施。Gattinoni P等[6]研究了米兰市地铁站中地下水位变化对地下车站结构渗漏的影响效应。牛江威[7]在总结地铁车站渗漏危害及特点基础上，分析设计、施工、结构形变、侵蚀环境对渗漏的影响以及现行防水技术规范的适用局限，提出“反滤+引排”防水设计新思路及小微构件的自防水措施等优化方案。

由以上分析可知，造成地铁车站渗漏水病害的原因很多，虽然施工因素占主要原因，但是设计原因包括多种因素并且缺少系统性的总结与分析，也会造成渗漏水病害。为此，本文针对地铁车站设计中存在的不足之处，通过详细分析地铁车站钢筋布置方式与间距、后浇带设置条件、混凝土浇筑等不合理引起渗漏水病害的作用机理与发展过程，并与现场试验数据进行了对比分析，研究结论为地下工程渗漏水病害处理提供了重要的理论参考。

1 渗漏水病害的表现形式

城市地铁车站的防水设计要求标准为一级标准，即结构不允许出现渗水、内衬表面不得有湿渍。基于对已有地铁车站现场调研与文献查找，地铁车站竖向墙和横向板一旦出现裂缝通常就会引起渗漏水情况。由此可见，渗漏水病害的表现形式主要是以裂缝分布特征为衡量标准，如图1所示。为此，需要分析地铁车站竖向墙和横向板裂缝发生的原因，从设计角度出发，减少裂缝的发生概率，为地铁车站设计提供重要的理论依据。

2 渗漏水病害的成因

图1 地铁车站渗漏水病害的表现形式

地铁车站作为永久地下结构物，长期承载着岩土介质产生的土压力和地下水产生的水压力的共同作用，孔隙水在多种压力耦合作用下沿着岩土介质内部孔隙浸入地铁车站结构周边，进而沿着结构出现的缝隙渗入车站结构内部，从而产生渗漏水病害。总结其主要原因体现在下以三个方面。

（1）施工原因，如混凝土运输时间过长、浇筑不连续、振捣不均匀、养护不合理、模板体系接缝不严等。

（2）设计原因，如防水设计不合理、钢筋间距较小等。

（3）材料原因，如商用混凝土质量、防水材料等级等。

3 设计因素分析

依托某地铁车站防水设计与结构渗漏水情况统计，结合工程地质水文情况，重点研究与分析地铁车站防水设计中需要进一步改进和优化的主要因素，为降低车站渗漏水情况的发生以及减少后期堵漏成本和运营风险提供理论参考。

3.1 车站结构外防水层设计

明挖车站结构标准防水一般采用全包防水作业，底板、侧墙防水层应选用耐老化、耐腐蚀、易操作，适合在潮湿基面施工的预铺高分子防水卷材（P类），高分子主体材料的厚度一般为1.5mm。由于底板施工过程中不可避免地对防水材料产生小范围影响甚至破损，在城市地下水压力作用下，地下水就会沿着底板与防水层之间的孔隙渗透穿过破损区域，导致车站结构内部渗漏。与此同时，防水卷材在铺设过程中，横向和纵向都会产生较多的拼缝，在车站结构发生沉降变形时，卷材的搭接部位就容易发生拉裂从而导致车站地板渗漏，但是通过增加防水材料铺设厚度的方法，又会增加建设成本。为此，可以通过对拐角处、诱导缝等关键部位增加铺设防水材料厚度，提高地铁车站的防水性能。例如，在我国东北地区某市地铁车站底板防水层铺设过程中，采用在底板拐角处预铺高分子防水卷材的基础上，再增加一层高分子防水卷材作为加强层，从而提高了地铁车站底板拐角处的防水性能，如图2所示。

图2 底板转角处预铺高分子防水卷材（P类）

车站顶板防水可以采用单组份聚氨脂防水涂料均匀涂抹在结构顶板上。然而，在我国多雨地区，以及顶板拐角及特殊部位，为了更好地防止地下水渗入车站顶板结构内部，可以在原有单组份聚氨脂防水涂料基础上增加低模量聚氨脂嵌缝密封胶和单组份聚氨脂防水涂料加强层，从而有效地提升和完善车站顶板的自防水能力。

3.2 车站结构缝处防水设计

（1）在车站混凝土结构缝处应当尽量避免使用非定型产品。由于非定型产品需要现场二次加工和涂抹，材料稳定后才能发挥防水作用，这就需要现场技术人员严格按照设计尺寸、各工序紧密配合，而各工序要求越严格，工序越复杂，越容易出错，从而导致施工效果未达到设计要求，降低了施工成效[8]。

（2）诱导缝、变形缝所使用的填缝材料性能应予以重视。《地下工程防水技术规范》（GB 50108—2008）规定，遇水膨胀止水条（胶）应具有缓胀性能，7d净膨胀率≤最终膨胀率的60%，最终膨胀率≥220%[9]。但是目前我国对市场上的遇水膨胀止水条要进行质量抽检的观念是很欠缺的，这对于地铁工程质量的保证是不利的。

（3）全断面注浆管设计时应当首要考虑施工缝表面土的平整度影响以及混凝土振捣带来的破坏问题。已浇筑完成的混凝土表面经过凿毛处理后，一般平整度较差，所以在全断面注浆管安装时往往会存在位置不准确以及固定不牢固的问题，因此防水设计难以在实际现场中实现。

（4）遇水膨胀止水条作为止水最后一道防线，在地下工程变形缝的维修中作为已经失效的中埋式止水带的弥补更为合适，在新建工程中则稍为勉强[10]。中埋式止水带不能粘贴在主体和围护结构间，采用“注浆管+止水条”的设计方式虽然满足了防水技术规范要求，但是无法满足结构变形要求。防水技术规范中“防水卷材+注浆管+止水条”防水模式注重于“防”，但在防水卷材失效的前提下，单独依靠止水条与注浆显然无法达到防水效果。所以，现行防水技术规范在指导设计活动方面存在适用局限问题[7]。

3.3 其他方面防水设计

（1）设计人员缺乏对结构防水重要性、材料选用和设计方式的认知，错误地认为地下渗漏水不会影响地下结构安全，或者缺乏对实际防水情况的认知，设计方案结合结构特征研究不充分，设计时完全局限于规范要求而不考虑区域差异，这是不合理的，应该结合规范要求根据结构特征和所处的具体部位有针对性地进行合理设计[7]。

（2）排水沟设计方面要注意以下几个方面。①排水沟找坡应设计准确，排水沟导水管间距不宜过长，可考虑每个导水管独立设置找坡，以增大坡度。②出入口电梯端部下方易形成隐蔽的滞水区，积水不易排出。③车站穿越中板的线缆及管路一般为紧靠侧墙设置，与排水沟互相干扰，易造成沿孔洞渗漏。

（3）一般地铁车站结构长度约为200m，属于超长框架结构，混凝土温度变化会产生应力和收缩，由此造成地基发生不均匀沉降，作用于车站会产生裂缝，通过设计后浇带的办法可以解决上述问题，如图3所示。地铁车站结构施工使用后浇带，可以缓解和减少车站大体积混凝土浇筑过程中热胀冷缩变化导致的结构裂缝，调节结构内外张力均衡。与此同时，地铁车站底板下部地层也通常是不均匀的，存在地基刚度的差异性，因重力等原因造成不均匀沉降发生，解决的办法是设置后浇带来增强结构的整体稳定性，但是后浇带不能呆板地限定为一定长度，而应结合施工季节变化有一定的灵活性。

图3 底板后浇带

（4）车站结构设计中往往关注的是结构自身抗扭剪能力，而忽视了钢筋布设过密导致的钢筋间距较小，无法满足混凝土粗骨料的填充尺寸，从而导致结构浇筑过程中某些特殊部位出现结构薄弱区域。在长期土压力和孔隙水压力作用下，结构薄弱区域较易出现裂缝，致使车站结构发生渗漏。因此，在对车站各个构件进行配筋设计的时候，必须充分考虑现场施工条件。

4 结束语

作为城市轨道交通的重要组成部分，地铁车站结构要长期承载周围岩土介质所产生的土压力和地下水所产生的水压力的共同影响，若车站结构出现缝隙导致孔隙水渗透到结构内部，对车站结构质量与安全将会产生严重的影响。虽对车站渗漏水病害的成因及防治措施已有了较多的研究成果，但是在车站设计因素分析中缺少系统的总结。为此，文章得出地铁车站渗漏水的设计因素有以下几点。

（1）地铁车站结构外防水层设计，可以通过对拐角处、诱导缝等关键部位增加铺设防水材料厚度，提高地铁车站的防水性能。

（2）车站结构缝处的防水设计，在非必要情况下应避免使用非定型产品，特别需要重视诱导缝、变形缝所使用的填缝材料的性能。

（3）其他设计方面，包括设计人员素质方面、钢筋间距以及后浇带设置等。

（4）对内外防水层设计建议尽可能采用柔性材料，以减少因后期施工不配套而造成的隐患。