地鐵隧道濕形成及去除方法研究

文／路翠紅 中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司 山東濟(jì)南 250014

引言：

在地鐵施工期間，潮濕問題會(huì)影響施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全。在地鐵建設(shè)后期，地鐵出入口人員較多，對(duì)人身安全有潛在影響。為有效控制地鐵空間的相對(duì)濕度，應(yīng)在地鐵線路沿線布置地鐵隧道工程專用除濕機(jī)。解決地鐵工程的空氣問題，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量，是關(guān)系到地鐵工程安全的重大問題。

1、地鐵隧道潮濕去除意義

隧道工程若存在長(zhǎng)期潮濕的狀況，會(huì)誘使構(gòu)造鋼筋混凝土的內(nèi)部可能存在少量的酸性氫氧化鈣沉淀，致使PH 值迅速變小，易導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)造體系中的鋼筋發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，并將會(huì)迅速加快構(gòu)造混凝土內(nèi)的弱堿骨料的反應(yīng)，從而進(jìn)一步影響混凝土到隧道構(gòu)造體系的安全，縮短了盾構(gòu)工程設(shè)備的實(shí)際使用年限。如工作人員長(zhǎng)期在陰暗潮濕悶熱的工作環(huán)境中，將會(huì)極大影響到人員身體健康。同時(shí)若用于倉庫儲(chǔ)存各種物資，則更容易導(dǎo)致倉庫物資受潮變質(zhì)，甚至長(zhǎng)期變質(zhì)破損或受潮失效[1]。

此外，隧道長(zhǎng)期潮濕需要常年連續(xù)采用機(jī)械措施排水，長(zhǎng)時(shí)間使用抽濕機(jī)干燥或定期用化學(xué)吸濕劑進(jìn)行除濕，這樣會(huì)導(dǎo)致巨大的能耗資源損失，成本飆升。一旦發(fā)現(xiàn)因輸水隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境過于寒冷潮濕從而引發(fā)水滲漏狀況，不僅直接會(huì)引使地下輸水量迅速流失，提高工程輸水系統(tǒng)成本，并且直接會(huì)引起輸隧道及周邊的土壤迅速坍塌，形成巖溶空洞，危及地下輸水工程隧道整體的巖土構(gòu)造及其安全。因此，開展有關(guān)特種混凝土地下給水工程中滲漏巖溶水的治理與技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)調(diào)研、分析、研究及提出系統(tǒng)可行方案的工程實(shí)行治理方案，進(jìn)行技術(shù)工程集成應(yīng)用，是一項(xiàng)具有重要價(jià)值的科學(xué)研究工作。

2、地鐵隧道潮濕形成原因

2.1 通風(fēng)原因

生產(chǎn)過程中的通風(fēng)使用主要包括：人體和設(shè)備的防潮。根據(jù)測(cè)定，在25℃時(shí)，中等工位的人體水分量約為200g/h。設(shè)備除濕包括生活用水和洗滌用水的蒸發(fā)及擴(kuò)散，通風(fēng)時(shí)帶入空氣的濕度也是主要因素[2]。

2.2 自然原因

隧道開挖過程中地下水位因素對(duì)地下隧道開挖作業(yè)會(huì)產(chǎn)生直接影響。從流體力學(xué)的角度分析，隧道開挖會(huì)破壞地下水的固定流動(dòng)狀態(tài)，一般由高壓水流產(chǎn)生的水壓力相對(duì)較低，但由于人工開挖隧道工程處于低壓水流區(qū)，周圍水體的一些力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，而周圍地下水的流動(dòng)水線是主要的變化，隧道底部襯砌層的滲漏則是對(duì)水環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重破壞的重要原因。隧道工程會(huì)受到地層水總滲透系數(shù)、地下水相對(duì)水位以及隧道滲透斷面尺寸等相關(guān)參數(shù)的影響，直接影響整個(gè)隧道項(xiàng)目本身周邊環(huán)境水壓力，此外，因大氣降水原因，地鐵隧道在施工過程需要深入地下，當(dāng)降雨量過大時(shí)，很可能在地鐵隧道內(nèi)部形成積水，這些積水既能威脅到民眾安全，還會(huì)限制地鐵車輛的正常行駛，當(dāng)?shù)罔F隧道內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間存在積水后，必然會(huì)導(dǎo)致隧道之中形成大面積潮濕現(xiàn)象，由此可知，自然條件是導(dǎo)致地鐵隧道潮濕形成的主要原因之一。

2.3 氣候原因

由于用戶所在城市區(qū)域的性質(zhì)不同，地鐵供電系統(tǒng)與設(shè)備所在區(qū)域?qū)?yīng)的特定氣候環(huán)境不同。在設(shè)備運(yùn)行中，內(nèi)部空氣對(duì)流的溫度環(huán)境條件會(huì)有不同的天氣變化，夏季高溫一般情況下都有，因?yàn)槌掷m(xù)高溫和過多的雨水，變壓器室的工作狀態(tài)通常是為了快速排除部分空調(diào)的熱量，可能會(huì)需要通過通風(fēng)口和風(fēng)機(jī)及其他設(shè)備給中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行局部通風(fēng)和冷卻，但通常這樣的一些操作行為也會(huì)間接的導(dǎo)致外界一些過于潮濕，或寒冷的有害空氣介質(zhì)直接進(jìn)入空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)。這種情況主要是因冷空氣在設(shè)備周圍流動(dòng)時(shí)，很容易對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成直接影響，若設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)部溫度必然會(huì)高于地鐵隧道中的實(shí)際溫度，這時(shí)，當(dāng)冷空氣侵入到設(shè)備內(nèi)部時(shí)，就會(huì)與其內(nèi)部溫度形成溫差，在溫差作用下設(shè)備內(nèi)部很可能形成大量水滴，這些水滴既會(huì)降低設(shè)備的運(yùn)行效率與實(shí)際性能，還可能導(dǎo)致外殼或絕緣部件出現(xiàn)潮濕狀況，最終促使設(shè)備無法在地鐵隧道中繼續(xù)運(yùn)行[3]。

3、地鐵隧道潮濕去除方法

3.1 靈活運(yùn)用除濕設(shè)備

目前，最常用的防潮除濕設(shè)備主要有工業(yè)除濕機(jī)和空調(diào)，其中空調(diào)的制冷功能是其最大的特點(diǎn)之一，主要在于其能夠輕松、及時(shí)、準(zhǔn)確地自動(dòng)控制冷熱對(duì)外界環(huán)境溫度的變化冷熱，這類防潮除濕設(shè)備在我國較為常見，部分設(shè)備還具備諸多獨(dú)特功能，其也是一種使用蒸發(fā)器制冷的原理，是指風(fēng)冷除濕蒸發(fā)器與冷凝器制冷原理相結(jié)合，室內(nèi)污染干燥，在夜間空氣經(jīng)過低溫的蒸發(fā)器，整個(gè)室內(nèi)空氣溫度通常會(huì)減少在0℃附近的時(shí)間線下面，空氣中蘊(yùn)含的大量雜質(zhì)與其他分子，也將在處理過程中逐漸沉淀、蒸發(fā)，這樣便可在地鐵隧道中起到防潮除濕效果。而除濕機(jī)主要指的是一種使用的制冷劑空調(diào)風(fēng)扇將與室外空氣吸入同時(shí)過濾，然后沉積在空調(diào)蒸發(fā)器表面材料和可實(shí)現(xiàn)空調(diào)蒸發(fā)器一種物理型冷卻加濕或物理除濕，空調(diào)型除濕機(jī)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件主要由空調(diào)壓縮機(jī)、風(fēng)扇和控制器單元組成，通過制冷的空調(diào)風(fēng)機(jī)先從室外或室內(nèi)，將空氣直接吸入過濾器之中，這樣過濾器便可對(duì)吸入空氣進(jìn)行反復(fù)過濾，最后將過濾后的空氣排入其中，以達(dá)到為空調(diào)壁上的蒸發(fā)器降溫，進(jìn)而達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)的制冷或除濕直接制冷的目的?？諝庀到y(tǒng)中可能含有雜質(zhì)的低飽和水會(huì)迅速凝結(jié)，并在短時(shí)間內(nèi)以類似凝結(jié)晶體的形式析出，降低周圍空氣環(huán)境的平均實(shí)際相對(duì)濕度。通常，空氣中的雜質(zhì)和濕氣在冷卻、凝固過程中，可能會(huì)逐漸在除濕機(jī)內(nèi)部被吸收，這時(shí)，地鐵隧道內(nèi)部的空氣流通情況，以及內(nèi)部干燥度、溫度的多方面基本相同，也可能在設(shè)備熱量的影響下促使局部溫度受到影響。此外，在地鐵隧道中應(yīng)用除濕機(jī)時(shí)，需要定期使用冷凝器針對(duì)內(nèi)部空氣進(jìn)行循環(huán)制冷，保證地鐵隧道中的實(shí)際溫度得到有效改善，切實(shí)發(fā)揮除濕機(jī)的作用價(jià)值，徹底去除潮濕對(duì)地鐵隧道造成的實(shí)際影響，降低地鐵隧道中潮濕狀況的形成幾率，為地鐵隧道的正常運(yùn)行予以相應(yīng)保障[4]。

3.2 提前做好排水處理

在工程設(shè)計(jì)初期，要考慮和解決的重點(diǎn)之一是盡快解決隧道山體表面局部滲水問題，采取措施避免向地下或隧道內(nèi)灌泥。當(dāng)?shù)罔F隧道項(xiàng)目進(jìn)行前期調(diào)查、設(shè)計(jì)，或已經(jīng)開始著手挖掘作業(yè)時(shí)，如果有顯著的透水性流現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)對(duì)其展開進(jìn)一步調(diào)查，若能在調(diào)查過程中確定水源便代表其屬于地下水，若無法確定水源便代表其屬于地表水，這時(shí)，便可采取有效措施對(duì)源頭進(jìn)行堵塞，盡量保持相對(duì)于整個(gè)表面，如果地表仍有明顯的遺留或有較大的坑槽，日后將導(dǎo)致水洞甚至塌方災(zāi)害事故發(fā)生的可能性要求會(huì)變得非常高。對(duì)于巖溶地下水，應(yīng)準(zhǔn)確找到出口點(diǎn)，進(jìn)行合理、安全、高效的人工排水堵漏系統(tǒng)建設(shè)。

此外，如果巖溶地下水壓力應(yīng)力過大，應(yīng)考慮將地下水直接泵入地下或?qū)⑴潘嗳胗谰玫叵滦纬傻牡叵屡潘艿老到y(tǒng)的井體中。開挖施工合格后，如遇墻體、屋面拱處有明顯的滲水滲漏區(qū)域，應(yīng)盡可能避免噴射水泥混凝土地面，或覆蓋層在處理之前，將預(yù)測(cè)滲透孔橡膠軟管或塑料盲溝及其他特殊地區(qū)地面排水和排污系統(tǒng)相互連接，并使用鋼螺釘螺栓固定牢固，在早期開挖的預(yù)制混凝土柱基礎(chǔ)上進(jìn)行注水堵漏的臨時(shí)支撐件，將臨時(shí)排水管形式直接引入拱腳，可作為臨時(shí)不開挖的永久性排水，將噴水系統(tǒng)直接導(dǎo)致內(nèi)外洞穴的入口，第一個(gè)是新開挖，開挖臨時(shí)或永久排水管道系統(tǒng)安裝完成后，驗(yàn)收和存儲(chǔ)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是直接連接到排水孔[5]。

3.3 科學(xué)挑選去濕方法

（1）溶液去濕

溶液除濕是利用一些具有高度吸濕性的自然溶液本身能夠充分吸收空氣分子中多余的微量水分，并快速對(duì)外界空氣進(jìn)行除濕和冷卻的科學(xué)方法，這種方法可以實(shí)現(xiàn)等溫冷卻除濕過程，即使釋放可用的高溫冷源采取除濕潛熱，而對(duì)解決方案要求較低的再生熱源溫度，也可采用低檔熱驅(qū)。解決方案除濕空調(diào)節(jié)能技術(shù)是目前中央空調(diào)的主要特點(diǎn)，通過解決方案除濕+形成新型組合的高溫冷水機(jī)組供暖空調(diào)系統(tǒng)已應(yīng)用于公交地鐵、這種復(fù)合干燥劑空調(diào)系統(tǒng)能完全獨(dú)立于環(huán)境溫度和溫濕度控制，該機(jī)組與冷凝式空調(diào)系統(tǒng)的接線及運(yùn)行方式基本相似。設(shè)備及管理維護(hù)室主要采用解決方案新風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)和干式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組。站臺(tái)及站臺(tái)廳均采用解決式新型進(jìn)氣單元[6]。

（2）石灰去濕

石灰有非常強(qiáng)的保溫和吸濕防潮作用。如果室內(nèi)潮濕的地方也存在大量水分，可使用石灰撒在地鐵隧道中的潮濕部位，待幾天后再次鋪撒一層石灰，這樣便可有效消除地鐵隧道中的水分。此外，還可將石灰放置在地鐵隧道中的受潮部位，這樣能夠?qū)⑺淼乐械臐駳饪焖偌?，降低潮濕?duì)地鐵隧道的實(shí)際影響[7]。

3.4 控制隧道內(nèi)部溫度

為營造出更加干燥舒適清潔的地下施工環(huán)境，要求隧道系統(tǒng)內(nèi)地面的空氣溫度必須低于25℃。在施工隧道內(nèi)施工對(duì)隧道風(fēng)速的具體技術(shù)要求分別為：開挖隧道全隧斷面時(shí)應(yīng)≥0.15m/s，開挖地下部分坑道時(shí)應(yīng)≥0.25m 左右/s；在隧道內(nèi)施工對(duì)施工風(fēng)量的技術(shù)具體指標(biāo)要求依次為：在掘進(jìn)施工隧洞的施工過程中，每位掘進(jìn)施工操作人員能供給隧道的最大新鮮空氣量至少應(yīng)是≥3m3/min，在內(nèi)燃機(jī)械施工過程中供應(yīng)的風(fēng)速應(yīng)該≥3m3(min kW)。

3.5 注意通風(fēng)合理性

(1)從壓入式巷道掘進(jìn)工作面施工為直接通風(fēng)方式的施工優(yōu)勢(shì)分析，可充分實(shí)現(xiàn)最直接的巷道掘進(jìn)工作面隧道快速進(jìn)行大量的巷道空氣清新無公害，對(duì)工作面巷道掘進(jìn)更加明確的研究中，施工通風(fēng)技術(shù)應(yīng)值得進(jìn)一步發(fā)展和推廣，但也是最致命的缺點(diǎn)和問題之一，因?yàn)槠渥罱K會(huì)導(dǎo)致從工作面掘進(jìn)巷道的巷道空氣循環(huán)系統(tǒng)必然會(huì)流入大量的巷道空氣污濁，在考慮應(yīng)用模式時(shí)也最好避免使用在要求大直徑、大功率設(shè)備的大型挖掘機(jī)上[8]。

(2)抽風(fēng)機(jī)排氣通風(fēng)設(shè)計(jì)方法及其性能，其排風(fēng)流向顯然是與正常壓力方向風(fēng)的方向，這通常是由于煙霧運(yùn)動(dòng)的方向風(fēng)速度太慢，在任何工作面的范圍內(nèi)通常也會(huì)很容易，一般不建議在實(shí)際安裝前或在監(jiān)督安裝期間單獨(dú)使用。

(3)混合傳動(dòng)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)復(fù)合通風(fēng)介質(zhì)輸送的設(shè)計(jì)方式，將傳統(tǒng)的吸入式混合通風(fēng)方式與壓力機(jī)結(jié)合在一起，在幾乎所有的復(fù)合風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中都具有性能優(yōu)勢(shì)，但由于風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)是對(duì)風(fēng)機(jī)管道的，管道系統(tǒng)設(shè)施的設(shè)計(jì)要求更廣泛的應(yīng)用范圍，是一種特殊的適用于要求風(fēng)機(jī)直徑小的設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍內(nèi)，如果在鼓風(fēng)機(jī)管徑大小和設(shè)計(jì)本身要求的場(chǎng)合比較電機(jī)功率需求因素有過大直徑的情況下，其使用經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較短。

(4)盡量增加隧道對(duì)各種平行掘進(jìn)隧道通風(fēng)的合理利用，這3 種方式主要是可應(yīng)用于某隧道在施工區(qū)段長(zhǎng)度相對(duì)較窄和較大的一些隧道工程環(huán)境中，通風(fēng)在設(shè)計(jì)和使用中的應(yīng)用效果主要是完全可以通過工程對(duì)其內(nèi)部環(huán)節(jié)風(fēng)的管理和通風(fēng)水平的控制來做出綜合決策。如果隧道施工的長(zhǎng)度和斷面比較窄大，但隧道內(nèi)基本沒有平行隧道，則可以選擇采用風(fēng)墻隧道的通風(fēng)方式。

(5)在選擇各種通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，要處理好各種風(fēng)道系統(tǒng)的連接，盡量減少漏風(fēng)率。

(6)進(jìn)一步加強(qiáng)隧道土建全過程系統(tǒng)的全面通風(fēng)維護(hù)管理，定期安裝檢測(cè)儀器和通風(fēng)維護(hù)設(shè)備，注意加大土建施工環(huán)境通風(fēng)質(zhì)量檢測(cè)，提高建筑通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)合理性和經(jīng)濟(jì)可行性保證效果。

(7)當(dāng)車站沒有通風(fēng)條件或發(fā)生大面積的濕度，建議總承包商采取臨時(shí)通風(fēng)設(shè)施，如軸流式通風(fēng)機(jī)，這類設(shè)施可以保證地鐵隧道中的空氣正常流動(dòng)，降低地鐵隧道內(nèi)部的實(shí)際溫差。車站大廳通過布置風(fēng)機(jī)形成循環(huán)，站臺(tái)通過風(fēng)機(jī)增加氣流。吹向區(qū)間布置如上圖1。

圖1 ：地鐵隧道吹向區(qū)間布置圖

結(jié)語：

隧道防潮除濕方法要做到防患于未然，重點(diǎn)考慮防潮施工必須對(duì)工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行準(zhǔn)備，要深入研究，全面細(xì)致地勘察水文地質(zhì)條件和理論基礎(chǔ)，從地下工程系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)、合理的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量的選擇、施工設(shè)備技術(shù)的嚴(yán)格控制等方面進(jìn)行合理的防潮設(shè)計(jì)。防潮隧道的設(shè)計(jì)與施工要注意全方位的科學(xué)設(shè)計(jì)，考慮到地表水、地下水環(huán)境以及一些人為破壞的自然因素，遵循隧道工程的防潮施工原則，精確的級(jí)配計(jì)算，方案經(jīng)濟(jì)可靠，施工程序簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)合理。