地鐵車站剛?cè)峤Y(jié)合注漿堵漏加固治理研究
——以北京地鐵12號線穿越5號線車站為例

牛成

（北京地鐵建筑設(shè)施維護(hù)有限公司，北京100082）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅速，地鐵作為城市軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的主干線，極大地滿足了人們的出行需求。與此同時，地鐵在運(yùn)營中也出現(xiàn)了各種病害，尤以車站結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏病害較為突出，有時地鐵結(jié)構(gòu)裂縫同時伴有滲漏。裂縫的出現(xiàn)不但會影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會引起鋼筋銹蝕，加速混凝土碳化，影響結(jié)構(gòu)承載力，降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此，研究地鐵結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏堵漏加固治理技術(shù)應(yīng)用是安全運(yùn)營的關(guān)鍵。

2 工程概況

北京地鐵12號線工程是2020年建設(shè)規(guī)劃中的線路，沿北三環(huán)東西向布置。12號線正線全長約29.3 km，全部為地下線路，因線路穿越北京市內(nèi)部分既有地鐵線路，需對被穿越的地鐵車站、區(qū)間進(jìn)行工前檢測、病害修復(fù)，以防止在施工過程中出現(xiàn)病害惡化，對運(yùn)營產(chǎn)生影響。

本文對治理難度較大的伸縮縫堵漏加固進(jìn)行介紹。和平西橋站下行襯砌伸縮縫滲漏，經(jīng)長期結(jié)構(gòu)注漿治理一直存在復(fù)滲，而且漏水問題逐年加劇，直接影響乘客出行。根據(jù)長期施工實(shí)踐表明，聚氨酯注漿治理后頻繁出現(xiàn)復(fù)滲，因此，進(jìn)行治理方案選擇時，要從材料、工藝、運(yùn)營管理等角度出發(fā)，在滿足病害部位結(jié)構(gòu)安全，確保安全運(yùn)營的前提下，力求將問題徹底解決。

本文針對5號線和平西橋站結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及伸縮縫滲漏病害，提出了對病害加固堵漏的整治措施，將剛?cè)岵⑦M(jìn)2種措施取其各自所長，應(yīng)用到結(jié)構(gòu)病害治理中，對于類似病害的治理具有重要的理論和實(shí)踐意義。

3 地鐵車站結(jié)構(gòu)裂縫研究背景及意義

3.1 地鐵車站結(jié)構(gòu)裂縫類型及產(chǎn)生原因

地鐵結(jié)構(gòu)襯砌裂縫多種多樣，不同的裂縫對結(jié)構(gòu)健康的影響也不同。按產(chǎn)狀，裂縫可分為：環(huán)向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫；按貫通性，可分為：貫通裂縫、非貫通裂縫；按裂縫寬度可分為：微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指肉眼看不到的、混凝土內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的，寬度一般＜0.05 mm，這種混凝土本身固有的微觀裂縫，在結(jié)構(gòu)承受的荷載不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無害。宏觀裂縫的寬度＞0.05 mm，在裂縫不再擴(kuò)展的前提下，寬度＜0.3 mm的裂縫也是無害的[1]，故從防滲角度而言，控制宏觀裂縫的產(chǎn)生就成為地鐵抗裂防滲的關(guān)鍵。

地鐵襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，如果襯砌結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)貫穿裂縫，那么，抗?jié)B等級再高的混凝土也做不到自防水，一旦出現(xiàn)裂縫滲水問題，將影響建筑物的使用年限，所以，從某種意義上講抗裂比抗?jié)B更為重要。至于裂縫產(chǎn)生的原因，除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因外，還有以下5個方面。

1）溫度裂縫

混凝土硬化期間，水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，在混凝土內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時，就會產(chǎn)生溫度裂縫。

2）干縮裂縫

混凝土在硬化過程中，表面水分迅速蒸發(fā)，體積快速收縮，結(jié)構(gòu)表面的收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，便會出現(xiàn)干縮裂縫。

3）結(jié)構(gòu)沉降裂縫

受地質(zhì)條件影響，場地的地基土層穩(wěn)定性不好，地基土層土質(zhì)不均勻、松軟等因素導(dǎo)致不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫。

4）地鐵安全保護(hù)區(qū)工程外部荷載產(chǎn)生的裂縫

隨著地鐵的運(yùn)營，地鐵沿線出現(xiàn)商業(yè)、住宅等建筑項(xiàng)目，施工過程中的加卸載往往導(dǎo)致旁側(cè)隧道產(chǎn)生附加沉降，致使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，這種應(yīng)力一旦超過混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，便導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

5）地鐵車輛振動產(chǎn)生的裂縫

運(yùn)營期間地鐵結(jié)構(gòu)還要受到車輛振動荷載的長期循環(huán)作用。車輛運(yùn)行時，會引起結(jié)構(gòu)的振動，從而引起地基土體的振動。在車輛振動荷載作用下出現(xiàn)附加沉降，從而產(chǎn)生裂縫。

3.2 目前采取的常見治理方案

結(jié)構(gòu)裂縫注漿適用于混凝土結(jié)構(gòu)寬度＞0.2 mm的靜止裂縫、貫穿裂縫等堵水注漿。對于以上裂縫情況，在施工過程中常見治理方案一般為：

1）對于不滲漏水裂縫，可采用沿裂縫剔成“U”形槽，遇有松散部位，將松散石子剔除，刷洗干凈后，用水泥素漿打底，然后抹1∶2.5水泥砂漿，找平壓實(shí)或采用灌漿法。

2）對于混凝土結(jié)構(gòu)滲漏水裂縫，堵水注漿通常選用聚氨酯、丙烯酸鹽等化學(xué)漿液；補(bǔ)強(qiáng)加固的結(jié)構(gòu)裂縫注漿宜選用水泥基灌漿材料、改性環(huán)氧樹脂或丙烯酸鹽等注漿材料[2]。加固止漏效果較快，但個別滲漏封堵后易復(fù)滲。

3）變形縫的滲漏，一般常見治理方案為按照原設(shè)計(jì)圖紙，對變形縫進(jìn)行剔除及恢復(fù)處理，同時，在變形縫輔以聚氨酯注漿和涂布水泥基滲透結(jié)晶防水材料的方法進(jìn)行治理。經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，治理效果一般。

3.3 剛?cè)峤Y(jié)合注漿堵漏加固治理方案

在地鐵運(yùn)營生產(chǎn)實(shí)踐中，對鋼筋混凝土裂縫及滲漏病害通常采用聚氨酯注漿方式進(jìn)行加固及堵漏，能夠達(dá)到快速止漏效果。但是，因?yàn)榫郯滨プ{本身耐久性差、微孔隙多、耐水的滲透性差，只可在短期內(nèi)解決病害問題。實(shí)踐表明，聚氨酯注漿施工半年后，裂縫易出現(xiàn)復(fù)滲。因此，得出結(jié)論：采用聚氨酯注漿對裂縫及漏水治理長期效果并不理想。

施工縫和結(jié)構(gòu)縫一旦出現(xiàn)滲漏，處理起來相對容易，一般采用注漿就可堵漏加固。但是，變形縫的滲漏很難根治，用常見的化學(xué)注漿治理在短期內(nèi)有效，但時間久了又舊病復(fù)發(fā)。究其原因，關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)仍在溫度和沉降等因素的變化下產(chǎn)生相對運(yùn)動，而漿體不能適應(yīng)，故堵水不能長久。所以，要確保變形縫堵漏加固治理質(zhì)量，最重要的是要選擇耐久性強(qiáng)、無收縮、凝固后形成柔性彈性體的材料，還要具備足夠強(qiáng)度，以抵抗荷載及地鐵車輛長期振動的影響。

本文以北京地鐵12號線穿越5號線和平西橋站結(jié)構(gòu)病害整治為例，提出了一種剛?cè)峤Y(jié)合注漿堵漏加固治理方案，取得了顯著效果。

4 研究工程背景

4.1 工程概況

北京地鐵12號線正線全部為地下線，因線路穿越北京市內(nèi)部分既有地鐵線，需要對被穿越的地鐵車站、區(qū)間進(jìn)行工前檢測、病害修復(fù)。

本次對5號線檢測、病害修復(fù)區(qū)域包括：部分和平西橋車站、部分和平西橋—惠新西街南口區(qū)間；檢測、修復(fù)里程為：右線：右K14+431.000～右K14+658.824；左線：左K14+431.000～左K14+629.135。

4.2 無損檢測病害情況

因地質(zhì)沉降不均勻及地鐵車輛運(yùn)行時產(chǎn)生共振，導(dǎo)致車站伸縮縫及隧道環(huán)片出現(xiàn)大量不規(guī)則縱、橫網(wǎng)裂現(xiàn)象，多處環(huán)片與環(huán)片結(jié)合縫處也產(chǎn)生約0.2～3 mm的整環(huán)裂及隧道內(nèi)部環(huán)片出現(xiàn)局部漏水現(xiàn)象。K14+488、K14+431及另外2處相同情況的伸縮縫邊緣混凝土碎裂，裂縫底部有大量混凝土中析出鈣物質(zhì)。

針對以上檢測到的病害，設(shè)計(jì)院提出以下處理方案：

1）對少量嚴(yán)重的四級裂縫（寬度＞0.5 mm）進(jìn)行封閉處理，防止在施工過程中出現(xiàn)惡化，對運(yùn)營產(chǎn)生影響。施工完工后，根據(jù)后檢測與評估結(jié)果，對剩余影響結(jié)構(gòu)耐久性的裂縫進(jìn)行修復(fù)。

2）對結(jié)構(gòu)漏水處進(jìn)行防排水治理，以排為主。

4.3 病害原因分析

車站及區(qū)間中有多處開裂現(xiàn)象，主要是隧道不均勻沉降和隧道襯砌空鼓引起的受力不均造成應(yīng)力重分布，加上長期的列車振動作用，造成隧道出現(xiàn)多處裂縫。

5 改進(jìn)措施及治理方案

5.1 改進(jìn)措施

根據(jù)上述病害原因分析，需改進(jìn)治理方案，突破常規(guī)聚氨酯漿液治理，針對病害治理方案的改進(jìn)措施如下。

5.1.1 工藝方面

采用常規(guī)聚氨酯漿液對滲漏部位進(jìn)行注漿封堵，可處理混凝土微裂縫滲漏，但對于變形縫滲漏病害的治理，實(shí)踐表明是很難做到根治的，故該工藝不可行。

5.1.2 防水材料選用

在生產(chǎn)實(shí)踐中，結(jié)合已采用的常規(guī)聚氨酯堵漏措施，根治效果并不明顯。需選擇可灌性好、強(qiáng)度高、無收縮、耐久性強(qiáng)、耐腐蝕、耐酸堿、凝固后形成柔性彈性體，具備裂縫填充加固功能、可帶水作業(yè)、抗裂、抗?jié)B、堵漏于一體的材料。通過對比常規(guī)聚氨酯化學(xué)漿液，丙烯酸鹽A、B漿液，水泥-水玻璃雙液漿等材料的綜合性能，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，優(yōu)先選用LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型材料，尤其適合對裂縫進(jìn)行填充加固。

5.1.3 剛?cè)峤Y(jié)合注漿材料加固堵漏工藝

“剛?cè)峤Y(jié)合、多道設(shè)防”是將結(jié)構(gòu)自防水混凝土作為主要防水屏障，同時，以柔性防水材料予以補(bǔ)充和完善，以適應(yīng)各種外力和內(nèi)力可能帶給混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響，盡量不使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫而導(dǎo)致滲漏水[3]。剛性防水可為柔性防水創(chuàng)造施工條件；柔性防水能防止結(jié)構(gòu)變形后剛性防水開裂失效，滿足變形要求；復(fù)合防水可最大限度保證治理的施工質(zhì)量。

5.1.4 地鐵運(yùn)營管理

由于整治施工是在運(yùn)營地鐵車站和隧道中進(jìn)行，白天運(yùn)營時間間隔極短，只能考慮晚上整治。晚上可供施工時間僅約3 h，故以下地鐵病害整治方案需從時效短、影響小、能承受一定振動的方面進(jìn)行考慮。

5.2 治理方案

5.2.1 注漿治理內(nèi)容

1）初支與二襯之間以LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型注漿為主；

2）初支背后土體以水泥漿注漿為主，注漿孔密度和深度應(yīng)根據(jù)滲漏水情況決定，一般按梅花形布置。

5.2.2 注漿操作要點(diǎn)

1）注漿孔位布置

注漿孔分為2種，即：二襯背后注漿孔（主）和初支背后注漿孔（次）。

二次襯砌背后注漿孔，主要是灌注LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型堵漏加固，按照由東向西順序循序漸進(jìn)灌注，間距20～30 cm；初支背后注漿孔，主要是灌注水泥漿。按照由西向東順序循序漸進(jìn)灌注，間距40～50 cm。LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型注漿孔與水泥漿注漿孔交錯布置。

2）二襯與初支背后剛?cè)峤Y(jié)合注漿

初支背后剛性水泥漿液注漿時，采用剛性水泥漿回填加固注漿，初支背后注漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比調(diào)整為1∶0.5～1∶1。施工過程中，為了使?jié){液有更好的流動性，采用1∶1的水灰比。從伸縮縫止水帶處騎縫鉆孔或斜向鉆孔至初支背后灌注水泥漿液，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa。此次注漿作用既可充填加固初支背后空隙，又可起止水隔墻的作用，從而形成再造防水層，為柔性防水創(chuàng)造施工條件。

二襯背后柔性止水注漿采用LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型灌注，注漿前應(yīng)先向注漿孔內(nèi)壓水，一方面監(jiān)測注漿管的固定、密封情況；另一方面壓水可以清洗縫隙，以免鉆孔粉末堵塞縫隙，保證注漿路徑暢通，以達(dá)到漿液填充密實(shí)的效果。

采用柔性止水加固堵漏，在二襯背后灌注LB-柔性環(huán)氧樹脂Ⅱ型，形成一道無水彈性固體，達(dá)到堵漏加固和緩沖振動開裂的效果。注漿過程中主要控制注漿壓力在0.3～0.5 MPa。

6 結(jié)語

本文闡述了地鐵車站結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及對相應(yīng)病害的治理方式，著重提出了對結(jié)構(gòu)伸縮縫滲漏采用剛?cè)峤Y(jié)合、多道設(shè)防的注漿堵漏加固整治方式。應(yīng)用此種方式治理，使車站結(jié)構(gòu)二襯與初支之間形成一道閉環(huán)柔性防水帷幕，初支背后形成一道剛性防水帷幕，將剛?cè)岵⑦M(jìn)兩種措施取其各自所長，應(yīng)用到伸縮縫堵漏加固治理中，可有效阻斷滲漏水源。

此次檢測車站、區(qū)間裂縫及滲水病害共181處，對少量嚴(yán)重的四級裂縫進(jìn)行封閉加固處理效果顯著，以防止在施工過程中出現(xiàn)惡化對運(yùn)營產(chǎn)生影響。對于治理難度較大的伸縮縫滲漏病害，采用剛?cè)峤Y(jié)合注漿堵漏加固治理修復(fù)后，經(jīng)近2年的實(shí)際驗(yàn)證，堵漏加固效果顯著，較大的提升了車站結(jié)構(gòu)耐久性。為今后地鐵結(jié)構(gòu)同類病害治理提供了參考，具有推廣及指導(dǎo)意義。