巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害分析與整治技術(shù)

羅立娜

摘 要：巖溶隱蔽、富水、變化的特點(diǎn)致使巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害尤為嚴(yán)重，危害地鐵運(yùn)營(yíng)安全。文章通過(guò)深入分析巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害成因，指出應(yīng)通過(guò)襯砌表觀病害檢查、地鐵沿線巖溶探查和地鐵結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等方法及時(shí)掌握地鐵襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水情況及周邊巖溶發(fā)育狀況。針對(duì)性地總結(jié)出一套富水巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害整治技術(shù)，可為從事地鐵養(yǎng)護(hù)工作的技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵結(jié)構(gòu);巖溶區(qū);滲漏水;病害分析;整治技術(shù)

近年來(lái)，地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，施工技術(shù)日新月異，穿越膨脹土、溶洞、褶皺、斷層等各種不良地層和特殊地質(zhì)段已屢見(jiàn)不鮮，其中不少地鐵工程修建在富水巖溶地層中，如長(zhǎng)沙地鐵3號(hào)線、武漢地鐵6號(hào)線、廣州地鐵9號(hào)線、大連地鐵5號(hào)線等[1-5]。巖溶隱蔽、富水、變化的特點(diǎn)致使巖溶地區(qū)地鐵滲漏水病害尤為嚴(yán)重，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)施、周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，危害地鐵運(yùn)營(yíng)安全。富水巖溶地區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害處治是對(duì)我國(guó)地鐵工程養(yǎng)護(hù)管理工作提出的又一挑戰(zhàn)。

1 巖溶發(fā)育機(jī)理

巖溶是可溶性巖石（碳酸鹽類(lèi)、硫酸鹽類(lèi)和鹵素類(lèi)巖石）在具有溶解能力的地下水的溶蝕作用下產(chǎn)生的各種地質(zhì)作用、形態(tài)和現(xiàn)象的總稱(chēng)?？扇苄詭r層和有溶蝕能力的流動(dòng)地下水是巖溶發(fā)育的基本條件 [6]。

在可溶性巖石中，不溶性碳酸鈣（CaCO3）受到水（H2O）和二氧化碳（CO2）的作用形成微溶碳酸氫鈣（CaHCO3）以及CaHCO3重新分解的過(guò)程，使巖層逐漸受到溶蝕的作用而形成形態(tài)各異、大小不一的溶洞。

2 滲漏水病害成因

2.1 設(shè)計(jì)、施工、材料等因素

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)、施工、材料等因素[7-8]是導(dǎo)致地鐵工程出現(xiàn)滲漏水病害的直接原因，主要包括：地鐵工程防排水設(shè)計(jì)疏漏或不合理、施工單位未按圖紙施工、施工質(zhì)量不到位、防水層不密貼、管片縫隙大、防水材料老化、混凝土碳化、腐蝕等。

2.2 巖溶區(qū)地下水豐富、承壓水水頭高

巖溶地區(qū)地下水儲(chǔ)量豐富，以裂隙水、溶蝕裂隙水、巖溶管道水、溶洞水的形式不均勻地賦存于巖層的洞穴和裂隙中。富集的巖溶水往往對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的水壓力[9-10]，一旦地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或局部地段出現(xiàn)防水薄弱環(huán)節(jié)，巖溶地下水便會(huì)引入地鐵內(nèi)部，造成滲漏水病害。

2.3 巖溶發(fā)育引起地鐵結(jié)構(gòu)不均勻沉降

運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)?shù)罔F穿過(guò)巖溶區(qū)時(shí)，局部地段的結(jié)構(gòu)變形會(huì)一直持續(xù)增加，甚至有的地段還出現(xiàn)突然下沉的情況。經(jīng)分析，在運(yùn)營(yíng)期間，造成巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)不均勻沉降的主要原因如下：

（1）在流動(dòng)地下水的侵蝕下，可溶性巖石裂隙及溝槽逐漸擴(kuò)寬，原有巖溶洞穴規(guī)模不斷擴(kuò)展，新的溶洞不斷形成;

（2）地鐵車(chē)輛振動(dòng)及周邊建筑工程施工所產(chǎn)生的外加荷載、抽排水等，加速巖溶發(fā)育，甚至破壞原有溶洞的穩(wěn)定，造成坍塌[11-12]。

巖溶發(fā)育或坍塌致使地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻沉降，造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、管片接縫增大、管片錯(cuò)臺(tái)（圖1）、變形縫錯(cuò)位等情況，為地下水滲入地鐵內(nèi)部打開(kāi)通道，給地鐵運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)不利影響。

2.4 不溶性物質(zhì)沉積堵塞排水通道

滲入地鐵的地下巖溶水經(jīng)泄水槽、排水溝、泄水孔等排出時(shí)，水中部分可溶物質(zhì)CaHCO3會(huì)慢慢分解出不溶性物質(zhì)CaCO3，同時(shí)，地層中的泥砂也會(huì)隨地下水進(jìn)入地鐵排水系統(tǒng)，這些物質(zhì)經(jīng)水的搬運(yùn)，在排水通道的低洼、轉(zhuǎn)彎、接頭處逐漸沉積（圖2），隨著時(shí)間的推移，沉積物越來(lái)越多，致使地鐵內(nèi)部排水系統(tǒng)不暢，出現(xiàn)局部積水、串流現(xiàn)象[13]。

3 滲漏水病害調(diào)查

3.1 襯砌表觀病害檢查

為及時(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏水病害，控制滲漏水進(jìn)一步發(fā)展，地鐵檢修人員定期對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)有無(wú)滲漏水現(xiàn)象進(jìn)行檢查。如發(fā)現(xiàn)滲漏水，首先檢查滲漏水部位的范圍和出水形式，再采用秒表、溫度計(jì)、pH值測(cè)定器、導(dǎo)電計(jì)等工具進(jìn)一步測(cè)定水的流量、溫度、pH值、導(dǎo)電度等[14]，判斷滲漏水病害的發(fā)展程度以及是否對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)存在劣化作用。

除采用人工檢查法外，還可采用現(xiàn)代化智能檢測(cè)手段檢查襯砌表觀滲漏水病害，如紅外線溫度場(chǎng)照相技術(shù)測(cè)量出水點(diǎn)，多光譜分析測(cè)量墻體表面的濕塊，激光掃描檢測(cè)技術(shù)[15]識(shí)別分析滲漏水的數(shù)量、面積等幾何特征。

3.2 地鐵沿線巖溶探查

探查地鐵周邊巖溶發(fā)育情況是富水巖溶區(qū)地鐵養(yǎng)護(hù)維修的一項(xiàng)重要工作。運(yùn)營(yíng)期間，技術(shù)人員通過(guò)水準(zhǔn)儀、攝像測(cè)量、收斂和光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集水平位移、垂直位移、收斂變形等數(shù)據(jù)，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)采用跨孔高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、跨孔地震CT（Computed Tomography）等物探技術(shù)[16]查明地鐵周邊溶洞的位置、形態(tài)、大小及地下水流向。相關(guān)單位收到探查報(bào)告后應(yīng)立即采取措施預(yù)防滲漏水病害的發(fā)生或控制病害進(jìn)一步發(fā)展。

4 滲漏水病害整治

4.1 巖溶區(qū)地鐵養(yǎng)護(hù)管理

巖溶區(qū)地鐵養(yǎng)護(hù)管理是有效預(yù)防和減少地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水的重要保障。在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，為提升地鐵養(yǎng)護(hù)管理水平，可采取以下措施。

（1）建立地鐵項(xiàng)目全生命周期管理系統(tǒng)。地鐵工程歷經(jīng)百年，巖溶在此期間不斷發(fā)育變化。全生命周期管理系統(tǒng)有利于技術(shù)人員及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握地鐵建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，科學(xué)評(píng)估巖溶發(fā)育規(guī)律，全面診斷地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水狀況，做到早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早治理。

（2）制定管理辦法和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)繁重的巖溶區(qū)地鐵養(yǎng)護(hù)工作，技術(shù)、管理、監(jiān)督各部門(mén)齊抓共管，制定預(yù)養(yǎng)護(hù)[17]作業(yè)管理辦法，做好日常巡檢、定期探查和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)治理滲漏水病害，同時(shí)，加大監(jiān)督力度，保證養(yǎng)護(hù)維修的及時(shí)性和耐久性。

4.2 襯砌背后巖溶處治

車(chē)站結(jié)構(gòu)底板下10 m內(nèi)、區(qū)間結(jié)構(gòu)底板下6m內(nèi)、結(jié)構(gòu)兩側(cè)3m內(nèi)和結(jié)構(gòu)頂部以上3m內(nèi)的溶洞均需治理。根據(jù)溶洞充填狀況，采取排、堵、填結(jié)合的方式對(duì)溶洞進(jìn)行處治，具體措施[18]如下：

（1）對(duì)無(wú)巖溶水的溶洞，全充填溶洞，直接向洞內(nèi)灌注漿液充填擠密;

（2）對(duì)有巖溶水的溶洞，先抽出巖溶水，再向溶洞內(nèi)充填粗骨料，最后注漿擠密;

（3）對(duì)破碎帶、溶溝、溶槽中賦存的承壓地下水，為切斷水力聯(lián)系，降低地下水對(duì)襯砌迎水面的壓力，應(yīng)先引排，再注漿截堵。

在充填和封堵過(guò)程中，注漿漿液采用水泥漿或雙液漿，注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，如出現(xiàn)異常，應(yīng)降低注漿壓力或改用間歇式注漿，直至注漿結(jié)束。

4.3 結(jié)構(gòu)表觀滲漏水處治

地鐵襯砌結(jié)構(gòu)表觀滲漏水分為點(diǎn)狀漏水、線狀漏水和大面積漏水，多發(fā)生在混凝土缺陷表面、管片孔洞及各種接縫處。根據(jù)滲漏水的流量和部位，一般采取以下處治措施。

（1）混凝土表面點(diǎn)狀漏水或線狀漏水時(shí)，先沿滲水區(qū)域開(kāi)鑿槽清洗，再涂刷環(huán)氧砂漿，待基面干燥后用快凝材料封堵，最后在表面涂抹防水砂漿。

（2）大面積襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水時(shí)，將水先匯集一點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)，再集中堵塞滲漏點(diǎn)。如效果不理想，可鑿槽引排。

（3）結(jié)構(gòu)“三縫”（變形縫、伸縮縫、施工縫）滲漏水時(shí)，以引為主，以堵為輔。先沿縫剔除槽中雜物，再沿槽擴(kuò)寬擴(kuò)深，埋設(shè)排水管引水至邊溝，最后外封密封膏或止水條。如“三縫”附近滲水嚴(yán)重，還需在滲漏水處壓注漿液止水。

（4）管片縫滲漏水時(shí)，先清出縫內(nèi)雜物，查清滲漏部位，再在滲漏部位的兩端鉆孔深至管片密封橡膠條的終止孔處，接著在拼縫處布孔埋管，依次注入漿液，待漿液凝結(jié)后斷管封孔，最后做縫面修飾處理。

（5）襯砌破損但尚未出現(xiàn)滲漏水時(shí)，如破損范圍小，可直接在混凝土表面用環(huán)氧樹(shù)脂嵌補(bǔ);如破損范圍較大，影響到結(jié)構(gòu)安全，則需對(duì)破損襯砌進(jìn)行碳纖維或掛網(wǎng)加固。

（6）定期疏通泄水槽、排水溝、泄水孔等排水通道，并根據(jù)積水情況通過(guò)開(kāi)槽引流、增設(shè)引流管等手段完善部分地段的排水系統(tǒng)[19]。

4.4 不均勻沉降專(zhuān)項(xiàng)整治

在對(duì)巖溶區(qū)地鐵進(jìn)行日常維護(hù)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻沉降，應(yīng)立即組織人員進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)整治。主要治理措施如下。

（1）抬升和穩(wěn)固地層。根據(jù)地鐵沉降狀況，以“多點(diǎn)、均勻、少量、多次”的方式，采用水泥—水玻璃雙液漿進(jìn)行微擾動(dòng)注漿，均勻加固土體，控制抬起量，使地鐵結(jié)構(gòu)恢復(fù)原有狀態(tài)[20]。

（2）加固襯砌。對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)因不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫或破碎，可采用張貼芳綸布加固或施作鋼板環(huán)加固。

（3）堵漏。地鐵不均勻沉降往往會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)接縫處或結(jié)構(gòu)裂縫處滲漏水。一般情況下，采用上文中所述的處治措施進(jìn)行滲漏水病害整治;若堵漏效果不明顯，則還應(yīng)在襯砌背后進(jìn)行隔斷注漿。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害問(wèn)題，對(duì)國(guó)內(nèi)多條地鐵展開(kāi)了充分的調(diào)查研究，從巖溶發(fā)育機(jī)理、巖溶特性和設(shè)計(jì)、施工等方面分析了滲漏水病害成因，指出在長(zhǎng)期調(diào)查巖溶區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水病害的基礎(chǔ)上，根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水狀態(tài)，結(jié)合襯砌背后巖溶發(fā)育情況，采取“多種手段綜合運(yùn)用，巖溶、結(jié)構(gòu)整治雙管齊下”的方式治理病害，確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

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收稿日期 2019-10-08

責(zé)任編輯 宗仁莉