溶区地铁结构渗漏水病害分析与整治技术

2023-09-21葛超

交通科技与管理 2023年17期

葛超

（西安铁一院工程咨询管理有限公司,陕西西安 710043）

0 引言

地铁建设本身问题繁多，在溶区建造地铁[1]要面临更多的问题。渗漏问题[2]是地铁工程中的常见问题，已经严重影响地铁的正常运营和人们的交通及生活。渗漏问题的存在导致钢筋长期处于潮湿环境之中，易出现锈蚀等问题，致使地铁结构承载力减弱，严重减弱地铁的安全性及耐久性。因此溶区地铁结构渗漏水病害分析与整治工程是处理地铁渗漏水的关键要点。

在当前阶段，解决溶区地铁渗漏水问题应采用合理的防排水设计[3]、高效的防渗水施工技术、严格的施工工序质量把控，完善的地铁运营管理，高科技的渗漏水监测预警技术[4]，以及针对性的渗漏水处理手段，从源头上控制地铁结构渗漏水问题。

1 溶区地铁结构渗漏水常见部位

1.1 结构自防水处

结构自防水处由于施工、材料等问题易出现渗透水问题。主要表现在混凝土配比不合理和施工管理不善两方面。具体表现为浇筑时存在缝隙、养护时不到位，这些都会使结构自防水处存在渗漏的可能性，加大渗漏概率；施工时方法不合理，导致浇筑混凝土后易产生连接裂缝，加之施工缝与止水带的留设位置又是渗漏水常见地带。

1.2 地下明挖地段柔性防水层

防水层在长期使用后会出现与墙体分离的现象，分离后防水层易破损，进而导致防水层失效。防水层失效后，水会浸入防水层加重防水层的损害，使渗漏水现象更加明显。防水材料的质量及施工时的温湿度如果达不到要求，也会造成防水处出现渗漏水情况。

1.3 其他细部节点

地铁工程中的洞门周边接缝，管片环向及纵向接缝处，封顶块周边接缝，即衬砌缝是渗漏的重点部位。建筑本身的变形缝、桩基础、诱导缝也是频发渗漏的部位，在施工时由于橡胶条止水带施工存在缝隙或者容易产生收缩或者位移也会导致裂缝的产生，从而使水易浸入，发生渗漏现象。

2 溶区地铁结构渗漏水成因

造成溶区地铁结构渗漏水原因有很多，其中主要原因包括溶区的地质原因及设计、施工、材料、管理等原因。

2.1 防排水全周期

地铁防排水设计问题主要表现在：设计人员未能考虑项目气候、地理环境等因素，造成防水工程设计时的方案不合理，要求的防排水等级较低等，施工现场环境复杂，前期勘察不严密而存在疏漏；设计的排水路径不规范。地铁隧道地下水排水路径详见图1。地铁隧道的支护参数设计不合理，在围岩压力和衬砌外水压力的双重作用下易出现开裂的情况，导致渗漏。

图1 地铁隧道地下水排水路径

施工管理的不善也是造成渗漏问题的重要因素，其中施工工艺水平的高低、现场管理水平以及工程细节处理是否到位对地铁隧道防水工程影响较大。主要体现在：喷支护存在缝隙，初期支护中灌注混凝土易产生环向施工缝的问题；施工作业技术专业性较差，为赶工期安排缺乏经验的工人作业；在施工二次衬砌时存在浇筑和养护不当的问题，此类问题会造成弱小裂纹和麻面等情况的出现，为渗漏现象的发生提供了流动通道。

地铁运营管理水平低下。地铁运营管理对整个地铁的有效运行起着重要作用，运营期内地铁安全及渗漏水现象主要靠人工防范。人工防范方式存在巡检效率低、周期长、不确定性大、有盲区等缺点。由于监控等技防措施落后，导致不能第一时间发现渗漏水点，久而久之渗漏逐渐加重。

2.2 溶区地质原因

溶区承压水水头高、地下水充盈。溶区的地下水含量充盈，水种类丰富，主要有溶蚀裂隙水、裂隙水、溶洞水、岩溶管道水4 种形式。一方面，这些水分布于溶区的缝隙中，导致岩溶水的冲力较大，对地铁结构产生破坏。如果地铁结构出现裂缝，溶区的地下水便会流入地铁内部，造成渗漏。另一方面，溶区的地下水富含钙镁离子等矿物质，这些离子易结晶，结晶后会造成隧道排水不畅，使衬砌处拥堵压力过大，导致渗漏。再一方面，溶区的岩溶发育引起地铁结构不均匀沉降，导致在岩溶区建造的部分地铁地段由于岩溶发育引起地铁结构不均匀沉降。以某溶区的地铁线路为例，其沉降特点为“变形时间长，变形量大”，在地铁隧道周围土层发生扰动的情况下，可持续发生长达数年的沉降变形，详见图2。渗漏水的主要原因表现在：地下水具有流动性，流动的水会对土质造成破坏，这些破坏会导致可溶性岩石裂缝隙和沟痕逐渐加宽，最终导致新的溶洞形成。除了水的问题，地铁车辆自身的振动和一些外部荷载，也会加速岩溶发育，最终可能破坏原有溶洞的稳定性，造成坍塌事件的发生。溶区的岩溶发育引起地铁结构不均匀沉降，会造成结构开裂、管片接缝增大、管片错台、变形缝错位等情况，成为地铁渗漏水通道。

图2 溶区地铁随年份累计沉降量（mm）

3 溶区地铁结构渗漏水整治技术

溶区地铁结构发生渗漏水的原因复杂，需要综合考虑，全面统筹，多角度整治。

3.1 地铁运营养护管理

建立全生命周期的地铁项目管理系统。由于地铁工程的复杂性和岩溶地质的不断变化，需要一个系统来实现早期预防、早期发现和早期治理的效果。所以，建立一个全面的地铁项目管理系统，以便相关人员能够及时准确地获取养护和地铁建设的基础数据，科学总结溶区地质的发育规律，全面诊断地铁结构渗漏水的情况。科学的管理办法和高质量的作业质量是保障工程的前提，此外还需要制定管理办法和作业标准来应对繁重的岩溶地铁养护工作，制定预养护作业管理办法，做到技术、管理、监督各部门共同参与，做好常规巡查、不定期探查和随时监测工作，加大监管力度，确保养护维修的时效性和耐久性。

3.2 渗漏水监测预警技术

地铁结构的渗漏水不仅需要人防还需要技防，科学的水浸监测预警系统和视频监控管理系统可以在第一时间内发现渗漏情况，方便工人能及时处理突发状况，所以在地铁工程中应该按需加装水浸监测预警系统和视频监控管理系统，系统流程详见图3。

图3 渗漏水监测预警技术示意

水浸监测预警系统由多个部件构成，包括水浸传感器、云端平台、水浸线、环境监测主机等。云端平台是系统的核心，用于实时上传和存储数据。环境监测主机负责接收各种传感器（如温湿度和水浸传感器）采集的数据，并将其实时上传至云端平台。水浸传感器采用交流电的形式。水浸线是安装在地面上的装置，能感应水的存在。当发生渗漏时，水浸线会立即感应到，并将信号发送给漏水控制器。一旦感应到渗漏水，平台就会立即自动报警，相关工作人员听到报警后立即展开维修，防止造成更大的伤害。

通过水浸监测预警系统和视频监控管理系统联合作业，可以降低误报率，提高渗漏水报警的准确率，大大提高检修和维修水平，为地铁后期运营提供了技术支持。

3.3 排水和防水源头预防

为保证地铁工程满足结构使用寿命的要求，需要保持隧道排水顺畅，保证无积水，坚持“以排为主”“以防为主，限量排放”的原则。溶区地铁由于其特殊的地质，可采用排水降压和增强地铁结构自排水功能相结合的方法来强化排水功能。

排水管道要合理设计及施工。环向排水盲管按照每隔3~5 m 进行设置，当遇到地下水量较大区域时，开挖支洞是常见的排水减压方式。从排水系统考虑，施工时需要加强环向、纵横向排水盲管和中心排水沟的质量控制。对地铁工程而言，环向排水盲管对混凝土的平整度要求极高，施工时要细致谨慎，必须使排水管与混凝土紧密贴合，严格要求施工间距及其圆顺度等。除此之外，中心排水沟和排水明沟应仔细检查沉沙井位置及尺寸、井盖等是否满足要求。防水材料及做法要合格。防水材料要符合国家标准，杜绝采用伪劣及过期产品。对溶区的地铁而言，防水做法可采用厚度约为3~8 m 的注浆圈，由此来减少地下水向地铁涌入。

3.4 结构表现渗漏水整治

常见的普通裂缝是由于混凝土收缩引起的，如果没有渗水问题且裂缝宽度相对稳定，可以对裂缝进行表面封闭处理。对于较宽的裂缝，可以采用注胶的方法进行封闭。在施工时，应尽量避免在底板上设置缝隙，而是选择将缝隙设置在墙面上。缝隙的高度应比底板高出30 cm。由结构问题造成的裂缝，应采取封闭处理和加固补强措施。这意味着需要修复裂缝，并对受影响的结构进行加固，以防止裂缝继续扩展。首先需要检查混凝土表面的破损程度。如果有混凝土剥离，需要将剥离的混凝土清除，然后重新修复保护层，并加强一定范围内的混凝土表面防护，以保护钢筋免受进一步的腐蚀。这样可以防止裂缝进一步扩展，并达到保护钢筋的目的。

在裂缝衬砌的过程中，地铁隧道衬砌裂缝长度和宽度等级划分详见表1。当l>10 m，w>5 mm 且持续发展或拱部开裂呈块状，有掉落可能时病害等级为AA（极严重）级别；当5 ≤l<10，w>5 mm，且裂痕有发展或衬砌开裂有掉落可能时病害等级为B（较重）级别；当l<5 m，w<3 mm 或一般龟裂有发展趋势时病害等级为C（较轻）级别[5]。地铁相关工作人员需按照衬砌裂缝的等级划分判定关注程度，及时采取有效措施处理岩溶水遏制溶洞及裂缝的发展。

表1 隧道衬砌裂缝长度和宽度等级划分

对于变形缝而言，在注入混凝土之前，需遵循以下要求：首先，检查水带。在注入混凝土之前，需要仔细检查水带是否有破损，并保持止水带周围的清洁状态；其次，严格按照设计规范施工止水带。在进行止水带的施工时，必须严格按照设计规范进行操作。严禁在止水带中心打孔，同时确保施工时中心木板的对齐是准确的；再者，密实底板混凝土。在浇筑底板混凝土时，需要进行振捣以使其密实。最后，墙壁处的止水带应当严密贴合，不留任何缝隙。在浇筑混凝土之前，需要将埋入式止水带两侧进行挤压，以确保其紧密粘附在混凝土中。这些步骤的正确执行可以确保注入混凝土前的止水带施工质量。