地铁车站刚柔结合注浆堵漏加固治理研究——以北京地铁12号线穿越5号线车站为例

牛成

（北京地铁建筑设施维护有限公司，北京100082）

1 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅速，地铁作为城市轨道运输系统的主干线，极大地满足了人们的出行需求。与此同时，地铁在运营中也出现了各种病害，尤以车站结构裂缝及渗漏病害较为突出，有时地铁结构裂缝同时伴有渗漏。裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋锈蚀，加速混凝土碳化，影响结构承载力，降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此，研究地铁结构裂缝及渗漏堵漏加固治理技术应用是安全运营的关键。

2 工程概况

北京地铁12号线工程是2020年建设规划中的线路，沿北三环东西向布置。12号线正线全长约29.3 km，全部为地下线路，因线路穿越北京市内部分既有地铁线路，需对被穿越的地铁车站、区间进行工前检测、病害修复，以防止在施工过程中出现病害恶化，对运营产生影响。

本文对治理难度较大的伸缩缝堵漏加固进行介绍。和平西桥站下行衬砌伸缩缝渗漏，经长期结构注浆治理一直存在复渗，而且漏水问题逐年加剧，直接影响乘客出行。根据长期施工实践表明，聚氨酯注浆治理后频繁出现复渗，因此，进行治理方案选择时，要从材料、工艺、运营管理等角度出发，在满足病害部位结构安全，确保安全运营的前提下，力求将问题彻底解决。

本文针对5号线和平西桥站结构裂缝产生原因及伸缩缝渗漏病害，提出了对病害加固堵漏的整治措施，将刚柔并进2种措施取其各自所长，应用到结构病害治理中，对于类似病害的治理具有重要的理论和实践意义。

3 地铁车站结构裂缝研究背景及意义

3.1 地铁车站结构裂缝类型及产生原因

地铁结构衬砌裂缝多种多样，不同的裂缝对结构健康的影响也不同。按产状，裂缝可分为：环向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝；按贯通性，可分为：贯通裂缝、非贯通裂缝；按裂缝宽度可分为：微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指肉眼看不到的、混凝土内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，宽度一般＜0.05 mm，这种混凝土本身固有的微观裂缝，在结构承受的荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害。宏观裂缝的宽度＞0.05 mm，在裂缝不再扩展的前提下，宽度＜0.3 mm的裂缝也是无害的[1]，故从防渗角度而言，控制宏观裂缝的产生就成为地铁抗裂防渗的关键。

地铁衬砌结构出现裂缝，如果衬砌结构一旦出现贯穿裂缝，那么，抗渗等级再高的混凝土也做不到自防水，一旦出现裂缝渗水问题，将影响建筑物的使用年限，所以，从某种意义上讲抗裂比抗渗更为重要。至于裂缝产生的原因，除结构设计原因外，还有以下5个方面。

1）温度裂缝

混凝土硬化期间，水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。

2）干缩裂缝

混凝土在硬化过程中，表面水分迅速蒸发，体积快速收缩，结构表面的收缩变形受到内部混凝土的约束，产生拉应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，便会出现干缩裂缝。

3）结构沉降裂缝

受地质条件影响，场地的地基土层稳定性不好，地基土层土质不均匀、松软等因素导致不均匀沉降而产生的裂缝。

4）地铁安全保护区工程外部荷载产生的裂缝

随着地铁的运营，地铁沿线出现商业、住宅等建筑项目，施工过程中的加卸载往往导致旁侧隧道产生附加沉降，致使结构中产生附加应力，这种应力一旦超过混凝土结构的抗拉能力，便导致结构开裂。

5）地铁车辆振动产生的裂缝

运营期间地铁结构还要受到车辆振动荷载的长期循环作用。车辆运行时，会引起结构的振动，从而引起地基土体的振动。在车辆振动荷载作用下出现附加沉降，从而产生裂缝。

3.2 目前采取的常见治理方案

结构裂缝注浆适用于混凝土结构宽度＞0.2 mm的静止裂缝、贯穿裂缝等堵水注浆。对于以上裂缝情况，在施工过程中常见治理方案一般为：

1）对于不渗漏水裂缝，可采用沿裂缝剔成“U”形槽，遇有松散部位，将松散石子剔除，刷洗干净后，用水泥素浆打底，然后抹1∶2.5水泥砂浆，找平压实或采用灌浆法。

2）对于混凝土结构渗漏水裂缝，堵水注浆通常选用聚氨酯、丙烯酸盐等化学浆液；补强加固的结构裂缝注浆宜选用水泥基灌浆材料、改性环氧树脂或丙烯酸盐等注浆材料[2]。加固止漏效果较快，但个别渗漏封堵后易复渗。

3）变形缝的渗漏，一般常见治理方案为按照原设计图纸，对变形缝进行剔除及恢复处理，同时，在变形缝辅以聚氨酯注浆和涂布水泥基渗透结晶防水材料的方法进行治理。经实际检验，治理效果一般。

3.3 刚柔结合注浆堵漏加固治理方案

在地铁运营生产实践中，对钢筋混凝土裂缝及渗漏病害通常采用聚氨酯注浆方式进行加固及堵漏，能够达到快速止漏效果。但是，因为聚氨酯注浆本身耐久性差、微孔隙多、耐水的渗透性差，只可在短期内解决病害问题。实践表明，聚氨酯注浆施工半年后，裂缝易出现复渗。因此，得出结论：采用聚氨酯注浆对裂缝及漏水治理长期效果并不理想。

施工缝和结构缝一旦出现渗漏，处理起来相对容易，一般采用注浆就可堵漏加固。但是，变形缝的渗漏很难根治，用常见的化学注浆治理在短期内有效，但时间久了又旧病复发。究其原因，关键在于结构仍在温度和沉降等因素的变化下产生相对运动，而浆体不能适应，故堵水不能长久。所以，要确保变形缝堵漏加固治理质量，最重要的是要选择耐久性强、无收缩、凝固后形成柔性弹性体的材料，还要具备足够强度，以抵抗荷载及地铁车辆长期振动的影响。

本文以北京地铁12号线穿越5号线和平西桥站结构病害整治为例，提出了一种刚柔结合注浆堵漏加固治理方案，取得了显著效果。

4 研究工程背景

4.1 工程概况

北京地铁12号线正线全部为地下线，因线路穿越北京市内部分既有地铁线，需要对被穿越的地铁车站、区间进行工前检测、病害修复。

本次对5号线检测、病害修复区域包括：部分和平西桥车站、部分和平西桥—惠新西街南口区间；检测、修复里程为：右线：右K14+431.000～右K14+658.824；左线：左K14+431.000～左K14+629.135。

4.2 无损检测病害情况

因地质沉降不均匀及地铁车辆运行时产生共振，导致车站伸缩缝及隧道环片出现大量不规则纵、横网裂现象，多处环片与环片结合缝处也产生约0.2～3 mm的整环裂及隧道内部环片出现局部漏水现象。K14+488、K14+431及另外2处相同情况的伸缩缝边缘混凝土碎裂，裂缝底部有大量混凝土中析出钙物质。

针对以上检测到的病害，设计院提出以下处理方案：

1）对少量严重的四级裂缝（宽度＞0.5 mm）进行封闭处理，防止在施工过程中出现恶化，对运营产生影响。施工完工后，根据后检测与评估结果，对剩余影响结构耐久性的裂缝进行修复。

2）对结构漏水处进行防排水治理，以排为主。

4.3 病害原因分析

车站及区间中有多处开裂现象，主要是隧道不均匀沉降和隧道衬砌空鼓引起的受力不均造成应力重分布，加上长期的列车振动作用，造成隧道出现多处裂缝。

5 改进措施及治理方案

5.1 改进措施

根据上述病害原因分析，需改进治理方案，突破常规聚氨酯浆液治理，针对病害治理方案的改进措施如下。

5.1.1 工艺方面

采用常规聚氨酯浆液对渗漏部位进行注浆封堵，可处理混凝土微裂缝渗漏，但对于变形缝渗漏病害的治理，实践表明是很难做到根治的，故该工艺不可行。

5.1.2 防水材料选用

在生产实践中，结合已采用的常规聚氨酯堵漏措施，根治效果并不明显。需选择可灌性好、强度高、无收缩、耐久性强、耐腐蚀、耐酸碱、凝固后形成柔性弹性体，具备裂缝填充加固功能、可带水作业、抗裂、抗渗、堵漏于一体的材料。通过对比常规聚氨酯化学浆液，丙烯酸盐A、B浆液，水泥-水玻璃双液浆等材料的综合性能，并根据现场环境，优先选用LB-柔性环氧树脂Ⅱ型材料，尤其适合对裂缝进行填充加固。

5.1.3 刚柔结合注浆材料加固堵漏工艺

“刚柔结合、多道设防”是将结构自防水混凝土作为主要防水屏障，同时，以柔性防水材料予以补充和完善，以适应各种外力和内力可能带给混凝土结构的不利影响，尽量不使混凝土结构产生有害裂缝而导致渗漏水[3]。刚性防水可为柔性防水创造施工条件；柔性防水能防止结构变形后刚性防水开裂失效，满足变形要求；复合防水可最大限度保证治理的施工质量。

5.1.4 地铁运营管理

由于整治施工是在运营地铁车站和隧道中进行，白天运营时间间隔极短，只能考虑晚上整治。晚上可供施工时间仅约3 h，故以下地铁病害整治方案需从时效短、影响小、能承受一定振动的方面进行考虑。

5.2 治理方案

5.2.1 注浆治理内容

1）初支与二衬之间以LB-柔性环氧树脂Ⅱ型注浆为主；

2）初支背后土体以水泥浆注浆为主，注浆孔密度和深度应根据渗漏水情况决定，一般按梅花形布置。

5.2.2 注浆操作要点

1）注浆孔位布置

注浆孔分为2种，即：二衬背后注浆孔（主）和初支背后注浆孔（次）。

二次衬砌背后注浆孔，主要是灌注LB-柔性环氧树脂Ⅱ型堵漏加固，按照由东向西顺序循序渐进灌注，间距20～30 cm；初支背后注浆孔，主要是灌注水泥浆。按照由西向东顺序循序渐进灌注，间距40～50 cm。LB-柔性环氧树脂Ⅱ型注浆孔与水泥浆注浆孔交错布置。

2）二衬与初支背后刚柔结合注浆

初支背后刚性水泥浆液注浆时，采用刚性水泥浆回填加固注浆，初支背后注浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比调整为1∶0.5～1∶1。施工过程中，为了使浆液有更好的流动性，采用1∶1的水灰比。从伸缩缝止水带处骑缝钻孔或斜向钻孔至初支背后灌注水泥浆液，注浆压力控制在0.3～0.5 MPa。此次注浆作用既可充填加固初支背后空隙，又可起止水隔墙的作用，从而形成再造防水层，为柔性防水创造施工条件。

二衬背后柔性止水注浆采用LB-柔性环氧树脂Ⅱ型灌注，注浆前应先向注浆孔内压水，一方面监测注浆管的固定、密封情况；另一方面压水可以清洗缝隙，以免钻孔粉末堵塞缝隙，保证注浆路径畅通，以达到浆液填充密实的效果。

采用柔性止水加固堵漏，在二衬背后灌注LB-柔性环氧树脂Ⅱ型，形成一道无水弹性固体，达到堵漏加固和缓冲振动开裂的效果。注浆过程中主要控制注浆压力在0.3～0.5 MPa。

6 结语

本文阐述了地铁车站结构裂缝产生原因及对相应病害的治理方式，着重提出了对结构伸缩缝渗漏采用刚柔结合、多道设防的注浆堵漏加固整治方式。应用此种方式治理，使车站结构二衬与初支之间形成一道闭环柔性防水帷幕，初支背后形成一道刚性防水帷幕，将刚柔并进两种措施取其各自所长，应用到伸缩缝堵漏加固治理中，可有效阻断渗漏水源。

此次检测车站、区间裂缝及渗水病害共181处，对少量严重的四级裂缝进行封闭加固处理效果显著，以防止在施工过程中出现恶化对运营产生影响。对于治理难度较大的伸缩缝渗漏病害，采用刚柔结合注浆堵漏加固治理修复后，经近2年的实际验证，堵漏加固效果显著，较大的提升了车站结构耐久性。为今后地铁结构同类病害治理提供了参考，具有推广及指导意义。