濟南軌道交通R3線一期工程防水技術研究

劉玲

（濟南軌道交通集團有限公司，山東 濟南 250100）

1 引言

隨著城市的逐步發(fā)展，地上空間逐顯局促，城市軌道交通成為緩解交通壓力的一種重要途徑，現(xiàn)代軌道交通還有促進城市經(jīng)濟發(fā)展，戰(zhàn)時充當避難場所等優(yōu)點，基于種種優(yōu)勢加之國家政策的放寬，報建軌道交通的城市愈加增多。鑒于城市軌道交通多為地下工程，地質(zhì)復雜，水資源豐富，做好工程防水顯得尤為重要，然據(jù)統(tǒng)計，目前我國在建及已建的軌道交通工程，滲漏仍為梗在軌道交通工程建設中的一項技術管理難題。國內(nèi)防水技術理論的建立僅為初級階段，國外軌道交通起步較早，先進的防水新技術相對較多，已應用電滲透防滲防水技術及集料連續(xù)級配防水技術[1]。

防水的好壞將直接影響軌道交通的整個施工及后續(xù)運營，尤其在水文地質(zhì)等地表環(huán)境差的城市中，地下工程的防水施工就變成了重中之重[1]。眾所周知，濟南以泉水文明于世，獨特的水文地質(zhì)構造及地層，決定了軌道交通建設困難于其它城市，防水任務異常艱巨?，F(xiàn)以濟南R3線一期在建工程為實例，初步探討軌道交通工程防水技術，以期對濟南后續(xù)線路及國內(nèi)類似地下工程防水提供借鑒。

2 濟南軌道交通R3線工程防水實例

2.1 工程概況

R3線一期線路全長21.57公里，車站共13座，均為地下線，南起龍洞莊站，北至灘頭站。全線路由主要沿龍鼎大道、奧體西路、工業(yè)北路、濟南東客站南北向主軸敷設，南端設龍洞停車場，北端設濟南東車輛段，目前處于施工后期階段。全線地形地貌、地（表）下水、地層分布如下：

龍洞莊站-龍奧站沿線屬低山丘陵區(qū)地貌單元，總體南高北低，局部地勢起伏較大，地面標高從193.32m～140.35m，高差較大；此段地表水為大辛河河道，周邊湖泊有孟家水庫；揭露地下水為上層滯水，無穩(wěn)定地下水位，雨水下滲補給；地層主要有素填土、黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、碎石土、殘積土、溶洞充填物、中風化石灰?guī)r、中風化泥灰?guī)r、中風化泥灰?guī)r（破碎）。

龍奧站-王舍人站屬低山丘陵和山前沖洪積平原地貌區(qū)，沿線地勢南高北低，地面標高約25.0m～127.0m；線路穿越的地表水主要為大辛河、張馬河、小漢峪溝；揭露地下水為第四系松散層孔隙水，龍奧站至丁家東站附近勘察期間未揭露有地下水，剩余段地下水位埋深約3.70m～15.00m，揭露承壓水層為含碎石粉質(zhì)粘土層；地層主要有素填土、雜填土、黃土、粉質(zhì)黏土、黏土、含碎石粉質(zhì)黏土、碎石、膠結礫巖、全風化閃長巖、強風化閃長巖、中風化灰?guī)r、全風化泥灰?guī)r、強風化泥灰?guī)r等。

圖1 明挖車站標準段防水構造圖

表1 全包防水設計方案

王舍人站-灘頭站屬山前沖洪積傾斜平原地貌區(qū)，地形相對平坦，地面標高22.1m～33.1m；地表水體主要為龍脊河；揭露地下水主要類型為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水，詳勘提供地下水位埋深1.3m～5m，終點附近穩(wěn)定水位埋深0.1～1.80m ；揭露的地層主要有素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土、含碎石黏土、含碎石粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黃土、碎石、膠結礫巖、全風化閃長巖等。

2.2 全線前期防水方案

在前期圖紙設計方案中，全線4個站采用全包防水，設計方案及采用防水材料見圖1和表1；其余9車站均采用半包防水，設計方案見圖2、表2、圖3、表3。

圖2 半包防水構造圖(1)

表2 半包防水設計方案(1)

圖3 半包防水構造圖(2)

表3 半包防水設計方案(2)

2.3 滲漏水分析及優(yōu)化方案

目前，在軌道交通工程中，所使用的防水材料主要分為3種：1）剛性防水材料；2）防水卷材；3）防水涂料，這3種材料各有分工，相互結合以達到防護的目的[2]，根據(jù)GB 50108-2008《地下工程防水技術規(guī)范》中設定的標準:地下車站的防水等級為一級，不允許滲漏水。實際情況下,一級防水標準難以達到，運營中的新老車站均發(fā)生不同程度的滲漏水情況[3]。剛性防水材料一般指結構自防水混凝土，自1960年始至今，我國自防水混凝土技術從砂漿防水混凝土，至添加外加劑的防水混凝土，再到減少收縮裂縫的膨脹混凝土，技術日漸成熟，其拌和原料如防水外加劑、水泥產(chǎn)品技術及施工配合比及振搗等施工技術，也都有長足的進步。柔性防水材料因有保質(zhì)期限，鑒于軌道交通工程為百年工程，仍為剛性防水材料為主，柔性防水材料為輔。但必須認識到：

自防水混凝土本身材料存在缺陷，韌性強度低，易產(chǎn)生收縮裂縫，裂縫的產(chǎn)生會加劇滲漏水現(xiàn)象，從而導致工程耐久性不夠，縮短壽命。

在實際施工過程中，商品混凝土攪拌站及施工單位對質(zhì)量把控存在漏洞。從混凝土生產(chǎn)攪拌、運輸時間把控、卸料溫度控制、泵送施工、澆筑、養(yǎng)護全過程環(huán)節(jié)無法形成一個整體質(zhì)量管理體系，只要一個環(huán)節(jié)出紕漏，混凝土質(zhì)量就要大大折扣。這也是我國混凝土行業(yè)內(nèi)一直存在的一個最大質(zhì)量隱患，因管理體系問題，一直無法根治。

何紫薇，萬承剛，陳小娟[4]通過分析事故案例及有關國家、行業(yè)規(guī)范，針對我 國軌道 交通地下工程的全包防水技術現(xiàn)狀分析，認為“城市軌道交通地下工程須采用全包防水技術，做成不透水型隧道”。朱祖熹，陳心茹[5]認為，全包防水層與部分防水層各有優(yōu)勢，建議建立結構與防水綜合評估從埋深、水文地質(zhì)、施工條件等因素比選適合方案。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)地下車站的防水方案也基本為設外包防水層的全包防水，見表4。

表4 不同城市軌道交通明挖結構防水方案匯總

鑒于R3線實際工程滲漏水情況，參考國內(nèi)其它城市做法，經(jīng)過專家審議，將R3線除已施工且無法外包防水層部分工程外，其它均采用全包防水設計方案。

2.4 軌道交通結構防水及新型防水材料研究

地下結構防水應遵循“以防為主、剛柔結合、多道防線、綜合治理”的原則[6],且地下車站和機電設備集中區(qū)段的防水等級為一級，區(qū)間隧道及連接通道等附屬隧道結構防水等級應為二級。故尋求新型防水技術及材料，摒棄傳統(tǒng)防水方式的劣勢勢在必行。

2.4.1 剛性自防水混凝土

要解決軌道地下工程的結構防水問題，首要需要解決裂縫問題。軌道交通工程要求鋼筋混凝土構件（不含臨時構件）正截面的裂縫控制等級一般為三級，即允許出現(xiàn)裂縫。在荷載作用下鋼筋混凝土構件的表面裂縫計算寬度限值：結構內(nèi)部混凝土構件（柱、樓板、樓板梁、站臺板、樓梯、軌頂風道等）不大于0.3mm，主體結構迎土面構件（板、墻、襯砌等）的迎土面不大于 0.2mm，背土面不大于 0.3mm，鋼筋混凝土管片內(nèi)外側的裂縫寬度應不大于 0.2mm。故減少混凝土收縮裂縫、降低水泥水化熱、增加混凝土抗拉強度成為在實際的混凝土配合比中的設計之重。

優(yōu)異的密集級配，可以降低混凝土孔隙率；在保證工程需求前提下，降低水泥用量，用粉煤灰代替，降低膠凝材料用量，減少水化熱，從而降低收縮裂縫；添加有機纖維，改善混凝土抗沖擊韌性，提高抗拉抗折強度；添加抗?jié)B防裂外加劑，增加混凝土自防水效果。綜合考慮以上因素，調(diào)配工作性良好的復合纖維抗?jié)B防裂混凝土。

在鋼筋密集部位可使用自密實混凝土。自密實混凝土在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板, 同時獲得很好均質(zhì)性, 并且不需要附加振動的混凝土，具有良好的抗裂性能、穩(wěn)定性能、高流變性能和良好鋼筋通過性能等特性[7，8]。

2.4.2 軌道交通工程用天然鈉基膨潤土防水毯

軌道交通工程用天然鈉基膨潤土防水毯現(xiàn)已有標準實行，標準號為GB/T 35470-2017，天然鈉基膨潤土防水毯是一種環(huán)保型生態(tài)復合防滲材料[9], 由兩層土工合成材料夾封優(yōu)質(zhì)防滲天然鈉基膨潤土，膨潤土遇水后，在兩層高分子聚合物之間有序膨脹，形成致密的防水層，達到防滲效果，且具有良好的耐久性[10]。北京地鐵五號線使用的防水毯，因其優(yōu)良的性能，近幾年，在軌道交通工程中開始推廣應用。

2.4.3 水泥基滲透結晶型防水材料

滲晶防水材料自80年代開始在國內(nèi)生產(chǎn)，滲晶防水材料由膠凝材料、細骨料、滲透材料、活性物質(zhì)、催化劑、輔助材料等經(jīng)烘干、 研磨、混合攪拌而成。 其防水機理是在水的 引導下,以水為載體,借助強有力的滲透物質(zhì),在混凝土微孔及毛細孔中進行傳輸、充盈、發(fā)生物化反應，也和未水化水泥顆?；蛴坞xmCa(OH)2、CaO等堿性物質(zhì)發(fā)生反應,生成不溶于水的枝蔓狀結晶體,結晶體與混凝土結構結合成封閉式的整體防水層,堵截來自任何方向的水流及其它液體侵蝕,以達到防水目的[11]。水泥基滲透結晶型防水材料可以作為剛性防水材料，也可作為外部防水涂料，較之其它防水材料，有其優(yōu)異的性能[12]：1）因其可以自動結晶滲透，只要有水，就可產(chǎn)生新晶體堵封，故具有與結構同壽命的防水周期，不同于其它防水材料，存在保質(zhì)期及老化性能。2）在沿海城市，可抗海水侵蝕，可抗硫酸鹽及氯離子的滲透。3）因其材料特性，可與混凝土結構形成一體,不產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，也防止因防水材料的破損致使防水效能大大折扣。

2.5.4 反應性自粘性防水卷材

傳統(tǒng)防水卷材容易破損，破損處易導致水滲入，進入裂縫，形成滲漏水。反應性自粘性防水卷材是采用有機涂料涂覆，可與混凝土發(fā)生化學反應，粘結成一體，從而達到防水效果。同水泥基滲透結晶型防水材料類似，優(yōu)點同樣有施工簡單易操作、環(huán)保無污染、永久性防水，另外因其有較高的粘結強度，達到3.0N/mm[13],及較強的適應性，在國內(nèi)，南寧已應用。而日本橫濱環(huán)線早在2006年在中山～日吉段青砥町工區(qū)就已使用反應自粘性丁基橡膠防水卷材[14]。

3 結語

城市軌道交通工程屬百年工程，將其建設成為真正的惠民工程、安全工程意義非凡，國內(nèi)相較于國外起步較晚，技術較落后。濟南軌道交通由于特殊的水文地質(zhì)、地層結構，建設軌道交通難度較大，防水任務異常艱巨。根據(jù)R3線一期工程防水經(jīng)驗，應建立質(zhì)量防水體系整體架構，盡量采取全包防水，結合新型防水材料使用，真正意義做到不透水工程，對后期的維修運營工作帶來便利。