北京地鐵既有結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)防控體系研究

楊廣武，彭 華，李宇杰，李子晨，萬匡迪，宋 偉

（1.北京市軌道交通學(xué)會(huì)，北京 100101；2.北京交通大學(xué)土建學(xué)院，北京 100044；3.北京市地鐵運(yùn)營有限公司，北京 100044；4.北京市政路橋科技發(fā)展有限公司，北京 100037）

近些年，在北京地鐵運(yùn)營過程中地下結(jié)構(gòu)滲漏現(xiàn)象大量出現(xiàn)，其中結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量是問題發(fā)生的主要內(nèi)因，地下水位上升是引發(fā)問題的直接外部因素。地鐵滲漏點(diǎn)多、面廣，嚴(yán)重危害著地鐵運(yùn)營安全和環(huán)境安全[1-5]。當(dāng)前，地鐵滲漏水的風(fēng)險(xiǎn)防控理論發(fā)展落后于運(yùn)營地鐵發(fā)展需要，關(guān)于運(yùn)營地鐵滲漏風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、評(píng)價(jià)和應(yīng)對策略在實(shí)際工程應(yīng)用中具有一定的不適用性。因此，研究既有地鐵滲漏風(fēng)險(xiǎn)防控體系具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)學(xué)者主要針對隧道滲漏病害成因及治理進(jìn)行研究。葉飛等[6]總結(jié)了隧道滲漏風(fēng)險(xiǎn)的研究成果，基于對隧道滲漏水病害的發(fā)展原因、過程的分析，給出了基于泄壓理論的抑制滲漏發(fā)展及降低風(fēng)險(xiǎn)的方法。劉會(huì)迎等[7]從鐵路隧道的設(shè)計(jì)階段到施工階段較全面地探究了滲漏水病害的致險(xiǎn)因子，并針對性地提出了抑制滲漏水發(fā)展及降低滲漏風(fēng)險(xiǎn)的建議。李鑫[8]以某運(yùn)營期公路隧道的滲漏風(fēng)險(xiǎn)管理為例，通過實(shí)地考察、工程資料研究和利用模糊數(shù)學(xué)的方法，研究了滲漏水檢測及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建。董飛等[9]基于北京地鐵隧道病害檢測結(jié)果，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，分別對不同工法隧道病害展開分析，表明盾構(gòu)隧道主要病害為滲漏水，其次為空鼓、翻漿冒泥、裂縫、陰濕。羅鑫[10]指出對隧道病害程度進(jìn)行恰當(dāng)分級(jí)是科學(xué)評(píng)價(jià)隧道病害狀況的重要方面。陳寧威[11]針對南京地鐵1 號(hào)線明挖法區(qū)間隧道因地基不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形漏水問題作了原因分析，提出采用EAA 環(huán)氧灌漿材料治理滲漏的措施。

以上研究重點(diǎn)關(guān)注了既有結(jié)構(gòu)滲漏病害的治理與成因探究，鮮有涉及既有結(jié)構(gòu)滲漏病害的風(fēng)險(xiǎn)防控。因此，本文依托北京地鐵滲漏病害現(xiàn)場踏勘結(jié)果，對既有結(jié)構(gòu)滲漏的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略進(jìn)行了研究，同時(shí)，形成一整套既有地鐵結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)體系。以定性與定量相結(jié)合形式，建立新的地鐵結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)分類、分級(jí)結(jié)果，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略。

1 北京地鐵滲漏現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

1.1 車站滲漏統(tǒng)計(jì)分析

車站包括地面站、高架站和地下站，根據(jù)北京市地鐵運(yùn)營有限公司所管轄的17條線路中252座車站滲漏病害踏勘數(shù)據(jù)顯示，地下站的滲漏情況明顯多于地面站和高架站，主要類型為濕漬和滲水。病害照片及統(tǒng)計(jì)分別如圖1～3。

圖1 車站頂板滲漏Figure 1 Roof leakage at a subway station

圖2 設(shè)備間側(cè)墻滲漏Figure 2 Side wall leakage in an equipment room

圖3 車站滲漏統(tǒng)計(jì)Figure 3 Station leakage statistics

1.2 隧道滲漏統(tǒng)計(jì)分析

暗挖法隧道滲漏明顯多于盾構(gòu)法隧道，基本為濕漬、滴漏和線流類型。典型病害及統(tǒng)計(jì)如圖4～6 所示。

圖5 施工縫、變形縫滲漏Figure 5 Leakage of construction joints and deformation joints

圖6 區(qū)間滲漏統(tǒng)計(jì)Figure 6 Interval leakage statistics

2 既有地鐵滲漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是軌道交通工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)和前提，針對地鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏病害的風(fēng)險(xiǎn)，將其識(shí)別為外部環(huán)境因素、地鐵結(jié)構(gòu)自身因素，以及針對乘客、職工和設(shè)備設(shè)施的影響程度。

2.1 外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

2.1.1 水文地質(zhì)環(huán)境變化

根據(jù)北京市公開資料顯示，截至2022 年底，全市平原區(qū)地下水位平均埋深17 m 左右，與2015 年同期對比數(shù)據(jù)顯示，地下水水位上升將近9.5 m。北京地區(qū)地層以砂土和黏性土為主，由于地下水位的上升，地下結(jié)構(gòu)周邊圍巖含水量增大，黏性土層受水位上升影響嚴(yán)重，其壓縮模量減小，黏聚力下降，造成土體的弱化；當(dāng)?shù)叵滤写嬖诟g性離子時(shí)，混凝土構(gòu)件由于其本身的孔隙性質(zhì)，水通過孔隙進(jìn)入后經(jīng)長期浸泡，混凝土?xí)跐B透以及腐蝕性離子的共同作用下，出現(xiàn)掉落脫皮的現(xiàn)象。

2.1.2 鄰近工程施工

鄰近工程施工會(huì)導(dǎo)致既有地鐵結(jié)構(gòu)周邊地層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生擾動(dòng)，打破應(yīng)力平衡狀態(tài)。地下水產(chǎn)生的動(dòng)水壓力作用會(huì)使得土層中的松散細(xì)顆粒產(chǎn)生懸浮流動(dòng)作用，產(chǎn)生流砂作用的同時(shí)由于動(dòng)水壓力作用，可能導(dǎo)致土層中的細(xì)小顆粒穿越粗顆粒之間的空隙滲流，使土體結(jié)構(gòu)破壞，從而造成既有地鐵結(jié)構(gòu)的滲漏。

2.1.3 列車荷載

我國沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的大量地鐵修建于飽和軟土、黏土地層中[12]，北京地鐵部分線路類似，如11 號(hào)線、19 號(hào)線等，地鐵列車振動(dòng)引起下臥飽和土中孔隙水壓力的變化，直接導(dǎo)致隧道沉降變形，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏病害，掏空管片背后土體，改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)一步發(fā)生變形，盾構(gòu)隧道變形會(huì)使管片接縫張開過大，加劇了滲漏水病害的發(fā)生。

2.2 結(jié)構(gòu)耐久性風(fēng)險(xiǎn)

地鐵結(jié)構(gòu)在服役期間隨著年代增加和外部受力等作用下發(fā)生耐久性破壞，出現(xiàn)各種病害，包括滲漏、裂縫、不均勻沉降等；并且這些結(jié)構(gòu)病害在相互作用下繼續(xù)發(fā)展，造成列車運(yùn)營安全性下降、結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重和服役壽命減少等問題。

2.3 乘客、職工和設(shè)備設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)

2.3.1 對乘客、職工的影響風(fēng)險(xiǎn)

對乘客、職工的影響風(fēng)險(xiǎn)按照地鐵結(jié)構(gòu)不同滲漏場景進(jìn)行歸類，將統(tǒng)計(jì)的北京地鐵17 條線路車站的滲漏病害按照站廳、站臺(tái)、設(shè)備區(qū)、軌行區(qū)、出入口和通道6 種滲漏場景分類。其中，滲漏病害發(fā)生在設(shè)備區(qū)、軌行區(qū)占比61.43%，發(fā)生在站廳、站臺(tái)占比21.50%，其他場景總占比17.07%?？梢姖B漏病害對乘客、職工的影響風(fēng)險(xiǎn)主要發(fā)生在地鐵車站的站廳、站臺(tái)、設(shè)備區(qū)和軌行區(qū)。

2.3.2 對設(shè)備設(shè)施的影響風(fēng)險(xiǎn)

1) 接觸網(wǎng)。隧道滲漏水成分具有腐蝕性，導(dǎo)致接觸網(wǎng)受到腐蝕，接觸網(wǎng)中匯流排起到的關(guān)鍵作用就是對接觸網(wǎng)中的導(dǎo)線進(jìn)行固定，由于匯流排耐蝕性差，同時(shí)，還要承受一定電流，若受到腐蝕，會(huì)大幅度降低機(jī)械性能，導(dǎo)致列車在行駛時(shí)發(fā)生脫槽、跳線等問題，影響正常運(yùn)營。

2) 轉(zhuǎn)轍機(jī)。道床結(jié)構(gòu)混凝土若劣化嚴(yán)重，則轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑周圍道床結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)強(qiáng)度低、空隙大、裂縫發(fā)育等現(xiàn)象，混凝土自身質(zhì)量差，造成外界水源侵入。

3 既有地鐵滲漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)

3.1 滲漏病害風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)原則

3.1.1 分類原則

通過現(xiàn)場勘查分析，提出了地鐵結(jié)構(gòu)滲漏病害風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)原則。按照設(shè)備設(shè)施類型、與滲漏位置相對關(guān)系及對乘客出行影響進(jìn)行定性分類，然后，按照滲漏水流量進(jìn)行定量分類。

3.1.2 分級(jí)原則

1) 定性分級(jí)。①直接造成設(shè)備損壞影響運(yùn)營或乘客出行；②經(jīng)過一定時(shí)間滲漏造成設(shè)備損壞影響運(yùn)營或乘客出行；③設(shè)備一定范圍內(nèi)濕度增加，可能造成設(shè)備損壞影響運(yùn)營。

2) 定量分級(jí)。潛在的風(fēng)險(xiǎn)主要是日排水量超過水泵排水能力造成區(qū)間積水、水漫道床后停運(yùn)，因此按照排水量等級(jí)和水泵配置考慮一定安全儲(chǔ)備，劃分為：①每200 m 區(qū)間隧道日均排水量大于200 m3；②每200 m 區(qū)間隧道日均排水量為100～200 m3；③每200 m 區(qū)間隧道日均排水量為50～100 m3；④每200 m 區(qū)間隧道日均排水量小于50 m3。

3.2 滲漏病害風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)

根據(jù)對設(shè)備和乘客出行的影響程度、滲漏的嚴(yán)重程度將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為4 個(gè)等級(jí)，即A(危險(xiǎn))、B(較危險(xiǎn))、C(較安全)、D(基本安全)，如表1～3 所示。

表1 區(qū)間滲漏風(fēng)險(xiǎn)定性分類分級(jí)Table 1 Interval qualitative classification and grading

表2 區(qū)間滲漏風(fēng)險(xiǎn)定量分類分級(jí)Table 2 Interval quantitative classification and grading

表3 車站滲漏風(fēng)險(xiǎn)分類分級(jí)Table 3 Station classification and grading

4 既有地鐵滲漏風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施

4.1 滲漏治理原則

針對滲漏病害影響等級(jí)為A 級(jí)與B 級(jí)進(jìn)行優(yōu)先應(yīng)急處置，采用快速表面封堵處理方式，待影響等級(jí)降低后進(jìn)行綜合治理；針對滲漏病害影響等級(jí)為C 級(jí)和D 級(jí)的直接采取處置措施。

1) 應(yīng)急處置。影響設(shè)備使用及乘客出行時(shí)，采用引流措施；排水量較大時(shí)，采用臨時(shí)封堵措施。

2) 滲漏治理。先治標(biāo)再治本，最終以治本為目標(biāo)，結(jié)構(gòu)表面引流和封堵是治標(biāo)措施，結(jié)構(gòu)背后注漿水下不分散防水材料和修復(fù)中間防水層為治本措施；關(guān)注運(yùn)營設(shè)備的安全狀態(tài)，防止出現(xiàn)注漿造成道床拱起、接觸網(wǎng)變形和排水溝污染；治漏材料技術(shù)指標(biāo)滿足相關(guān)行業(yè)規(guī)范的最低要求，聚氨酯材料非應(yīng)急情況不得用于滲漏治理；提高施工效率，控制時(shí)間，滿足非運(yùn)營期天窗點(diǎn)要求，預(yù)留運(yùn)營設(shè)備檢查時(shí)間，減少施工天窗點(diǎn)數(shù)。

4.2 應(yīng)急處置方案

4.2.1 區(qū)間滲漏

區(qū)間滲漏應(yīng)急處置針對短期內(nèi)影響設(shè)備使用和列車正常運(yùn)營的滲漏情況，采取以下措施，達(dá)到滲漏影響等級(jí)降低的目標(biāo)，如圖7 所示。

圖7 區(qū)間滲漏現(xiàn)場應(yīng)急處置Figure 7 Emergency response to interval leakage site

1) 針對線箱盒及控制柜類、設(shè)備類等內(nèi)部有水的情況，采用臨時(shí)封堵或接引流管的方式進(jìn)行處置；設(shè)備上方滲漏時(shí)，采取引流或設(shè)備遮蓋的方式進(jìn)行處置。

2) 每200 m 區(qū)間隧道日均排水量100 m3以上的區(qū)間，對該區(qū)域的滲漏病害部位采取速凝水泥封堵材料等進(jìn)行臨時(shí)封堵。

3) 施工縫、變形縫、裂縫和穿墻管等部位滲漏影響設(shè)備運(yùn)行或列車運(yùn)營，采用安裝接水盒或埋設(shè)引流管的措施。

4.2.2 車站滲漏

車站滲漏應(yīng)急處置針對短期內(nèi)影響乘客通行和站容站貌的滲漏情況，采取以下措施，達(dá)到滲漏影響等級(jí)降低的目的，如圖8～11 所示。

圖8 頂板應(yīng)急處置示例Figure 8 Example of roof emergency disposal

圖9 側(cè)墻應(yīng)急處置示例Figure 9 Example of sidewall emergency disposal

圖10 底板積水應(yīng)急處置示例Figure 10 Example of emergency response to waterlogged baseboards

圖11 電梯井圍擋應(yīng)急處置示例Figure 11 Example of emergency response to elevator shaft enclosure

1) 頂板滲漏：采用拖把清理地面積水，對于點(diǎn)滲漏問題，采用水桶盛接，放警示牌，及時(shí)清理積水；對于面滲漏問題，在底部鋪設(shè)防滑地毯，周邊放警示牌，安排人定期觀察，嚴(yán)重時(shí)安排人員現(xiàn)場值守。后續(xù)安裝接水槽等將水引至地面排水溝。

2) 側(cè)墻滲漏：采用拖把清理地面積水，鋪設(shè)防滑地毯，距墻40 cm 處堆放防汛專用沙袋，將滲漏水導(dǎo)流至排水設(shè)施內(nèi)，滲漏嚴(yán)重部位放置警示提示牌。后續(xù)安裝接水槽等將水引至地面排水溝。

3) 底板積水：采用拖把清理地面積水，鋪設(shè)防滑地毯，距墻40 cm 處堆放防汛專用沙袋，將滲漏水導(dǎo)流至排水設(shè)施內(nèi)，滲漏嚴(yán)重部位放警示牌，必要時(shí)采用警戒帶進(jìn)行圍擋，并用吹地機(jī)將地面吹干。

4) 自動(dòng)扶梯及電梯滲漏：對電梯進(jìn)行斷電停運(yùn)，出入口處進(jìn)行圍擋封閉，電梯養(yǎng)護(hù)單位人員配合對控制裝置進(jìn)行防護(hù)，對基坑積水進(jìn)行抽排。對于嚴(yán)重的滲漏點(diǎn)，采用速凝水泥或化學(xué)堵水材料臨時(shí)封堵的方式處理。

5) 滲漏水臨時(shí)封堵：作業(yè)現(xiàn)場圍擋→搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)→清理作業(yè)面→速凝水泥封堵(灌注速凝型化學(xué)漿液)→清理現(xiàn)場。

4.3 滲漏病害治理措施

4.3.1 技術(shù)原則

1) 遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，因地制宜，綜合治理”原則。

2) 治理過程中不得破壞原結(jié)構(gòu)，堵漏的同時(shí)應(yīng)把永久防水和補(bǔ)強(qiáng)加固統(tǒng)一考慮。

3) 順序：先排后堵、大漏變小漏、線漏變點(diǎn)漏、片漏變孔漏；先高后低，先頂板再墻身、后底板。

4) 材料符合《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50448—2015)和《非固化橡膠瀝青防水涂料施工技術(shù)規(guī)程》(DB11/T 1508—2017)。

4.3.2 變形縫滲漏治理

1) 線漏及以上治理(見圖12)。①襯砌背后填充水泥基灌漿料，進(jìn)行止水；②鉆深孔至中埋式止水帶背后，灌注柔性環(huán)氧樹脂灌漿料；③清理背水面變形縫，填塞遇水膨脹橡膠條，灌注非固化瀝青；④有接水盒且空間允許時(shí)，安裝滴水鋼片；⑤背水面采用柔性環(huán)氧砂漿封閉，有接水盒時(shí)安裝接水盒。

圖12 線漏及以上治理Figure 12 Line leakage and above governance

2) 滴漏或濕漬治理(見圖13)。采用“彈性有機(jī)灌漿料封閉孔隙”的方式進(jìn)行治理：①鉆深孔至中埋式止水帶背后，灌注柔性環(huán)氧樹脂灌漿料；②鉆淺孔至中埋式止水帶前方，灌注柔性環(huán)氧樹脂灌漿料；③背水面采用柔性環(huán)氧砂漿封閉，有接水盒時(shí)安裝接水盒。

圖13 滴漏或濕漬治理Figure 13 Drip or wet management

4.3.3 穿墻孔洞滲漏治理

1) 對于廢棄的穿墻孔洞，當(dāng)滲水量較小時(shí)，可將孔洞內(nèi)松散混凝土鑿除后填充剛性微膨脹防水材料，表面封堵滲透結(jié)晶材料；當(dāng)滲水量較大時(shí)，先在襯砌背后填充速凝漿液，待止水后，再將孔洞松散混凝土鑿除填充剛性微膨脹防水材料，表面封堵滲透結(jié)晶材料。

2) 對于有預(yù)埋管線的穿墻孔洞，采用“無機(jī)材料填縫+有機(jī)材料封閉細(xì)小孔隙”治理。采用注漿法或封堵法等對管線和結(jié)構(gòu)接縫進(jìn)行防水密封，選用水泥基灌漿料和環(huán)氧樹脂注漿材料。

4.3.4 施工縫+裂縫滲漏治理

1) 線漏及以上治理。①采用注漿方法在結(jié)構(gòu)迎水側(cè)注射灌漿材料封堵水源；②縫內(nèi)填充剛性防水材料進(jìn)行填充和止水，材料強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)；③表面施作修復(fù)防水材料。

2) 滴漏或濕漬治理。①縫內(nèi)填充剛性防水材料進(jìn)行填充和止水，材料強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)；②表面施作修復(fù)防水材料。

4.3.5 混凝土缺陷滲漏治理

1) 線漏及以上治理。①采用注漿方法在結(jié)構(gòu)迎水側(cè)注射灌漿材料封堵水源；②打設(shè)不同深度的注漿孔向缺陷位置填充剛性防水材料，材料強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)；③表面施作修復(fù)防水材料。

2) 滴漏或濕漬治理。①打設(shè)不同深度的注漿孔向缺陷位置填充剛性防水材料，材料強(qiáng)度不低于原結(jié)構(gòu)；②表面施作修復(fù)防水材料。

5 結(jié)論

針對地鐵結(jié)構(gòu)滲漏病害問題，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，對北京地鐵滲漏病害風(fēng)險(xiǎn)防控體系做了深入研究，得到以下結(jié)論。

1) 車站滲漏統(tǒng)計(jì)中明挖法車站滲漏病害最嚴(yán)重，其中滲水、滴漏情況占比72.4%；區(qū)間滲漏統(tǒng)計(jì)中暗挖區(qū)間滲漏病害最嚴(yán)重，其中濕漬、滲水和滴漏情況占比84.4%。

2) 探明了北京地鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生滲漏病害風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別因素，包括外部環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性和對乘客、職工和設(shè)備設(shè)施的影響程度3 方面。

3) 提出了一種既有地鐵滲漏分類分級(jí)方法，對乘客出行影響、滲漏流量和對設(shè)備設(shè)施影響做定性分類，對不同日均排水量進(jìn)行定量分級(jí)。

4) 提出先應(yīng)急、再治理的技術(shù)措施，將病害分為變形縫滲漏、穿墻孔洞滲漏、施工縫滲漏、裂縫滲漏和混凝土缺陷滲漏5 種類型，采用注射灌漿材料和防水材料封堵水源+結(jié)構(gòu)表面涂刷防水材料的方法進(jìn)行治理。