葛文浩 劉國強 曹玉新 郝委委 靳利安

1. 北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司 北京 101111 2. 中電建鐵路建設(shè)投資集團(tuán)有限公司 北京 100160 3. 中電建成都建設(shè)投資有限公司 四川 成都 610000

根據(jù)交通運輸部發(fā)布的2022年城市軌道交通運營數(shù)據(jù)速報，截至2022年底，中國大陸地區(qū)（不含港澳臺）共有50個城市開通城市軌道交通運營線路290條，運營里程9584km，車站5609座。隨著地鐵的建設(shè)，北京城市軌道交通的發(fā)展已由重建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)、運營并重階段。地鐵車站在運營過程中出現(xiàn)的滲漏水病害會造成地鐵車站的嚴(yán)重危害。滲漏水治理周期長、治理難度大、消耗資金多，已成為影響運營安全的重要問題[1]。

1 地下水位變化對北京地鐵滲漏的影響

近60年來，隨著北京大規(guī)模的建設(shè)和發(fā)展，地下水資源超采嚴(yán)重，地下水位普遍下降[2]。隨著近年來南水北調(diào)和生態(tài)補水的開展，北京地下水位逐年上漲。根據(jù)市水務(wù)部門監(jiān)測數(shù)據(jù)，截至2021年底，北京市平原區(qū)地下水位連續(xù)7年累計回升9.96m。通過預(yù)測“十四五”期間平原區(qū)地下水變化的趨勢，預(yù)計2025年平原區(qū)地下水位相比2015年最低水位回升14.7m[3]。

表1 北京平原地區(qū)地下水位變化

羅富榮等[4]認(rèn)為地下水位出現(xiàn)較大回升會對地鐵結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形產(chǎn)生一定的影響，結(jié)構(gòu)整體破壞的可能性不大，但很有可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的開裂，進(jìn)而造成地下水的入滲。隨著北京地區(qū)地下水位明顯上升，部分無水環(huán)境變?yōu)橛兴h(huán)境，既有地鐵運營線路地下結(jié)構(gòu)滲漏現(xiàn)象顯著增多。根據(jù)地鐵運營單位統(tǒng)計，地鐵滲漏水量隨地下水位的抬升而增加顯著，變化過程基本一致。

2 常規(guī)治理方案及失效原因分析

2.1 目前治理方案分析

根據(jù)對北京地鐵車站典型滲漏治理情況調(diào)研，現(xiàn)階段主要采用注漿止水并結(jié)合有效排水進(jìn)行處理[5]。常用治理方案如下。

1、裂縫、施工縫滲漏治理常規(guī)做法為灌注聚氨酯、丙烯酸鹽或環(huán)氧樹脂注漿材料進(jìn)行滲漏治理[6]。

圖1 地鐵車站裂縫滲漏治理工藝

圖2 地鐵車站施工縫滲漏治理工藝

2、變形縫滲漏治理常用治理方式為采用丙烯酸鹽等灌漿材料在中埋止水帶迎水面進(jìn)行注漿止水，并安裝接水盒用做排水措施[7]。

圖3 地鐵車站變形縫滲漏治理工藝

2.2 滲漏治理失效原因分析

1、通過對現(xiàn)有治理方式、思路以及治理效果的調(diào)研，常規(guī)的治理方式能夠解決臨時堵水的問題，不能達(dá)到長期止水的目的，主要原因如下。

對滲漏水機理認(rèn)識層次不深，通常從結(jié)構(gòu)角度思考問題，未結(jié)合地下水變化、土層特點等進(jìn)行綜合分析，導(dǎo)致滲漏水治理綜合性不強。由于地下水回升，大量車站結(jié)構(gòu)由無水環(huán)境變?yōu)楦凰h(huán)境或由滲漏薄弱部位演變?yōu)槊黠@出水點。僅針對結(jié)構(gòu)進(jìn)行治理往往導(dǎo)致臨近區(qū)域反復(fù)出現(xiàn)滲漏情況。

2、地鐵車站滲漏治理材料可選擇面窄，目前主要使用材料為聚氨酯、環(huán)氧樹脂及丙烯酸鹽均有其適用性不足的工況。如油性發(fā)泡聚氨酯與水作用后膨脹堵塞裂縫達(dá)到止水目的，但高膨脹可能對結(jié)構(gòu)造成二次破壞和泡沫狀固化結(jié)構(gòu)蓮松且無彈性，耐久性差且不能適應(yīng)裂縫漲縮變形，復(fù)漏嚴(yán)重；由于其凝固較快可用于臨時堵漏或搶險工程。

3、現(xiàn)場勘查工作深度不足，僅僅通過目測方式進(jìn)行滲漏水調(diào)研，未結(jié)合物探技術(shù)進(jìn)行滲漏水綜合檢測，從而對滲漏水原因及滲漏源頭沒有針對性分析或評估。

3 系統(tǒng)性治理思路及案例分析

通過對地鐵車站滲漏常規(guī)治理方案及失效原因的分析，我們認(rèn)為目前的治理方案在地下水位上升條件下既有地鐵車站滲漏治理中能夠解決應(yīng)急治理的問題，但是普遍達(dá)不到預(yù)期耐久性的要求。因此，應(yīng)該提出系統(tǒng)性的解決思路。

本文以北京地鐵7號線某車站為例，介紹地下水位上升條件下地鐵車站滲漏系統(tǒng)性治理的技術(shù)路線。

3.1 案例介紹

本項目車站總長276.5m，主體為雙柱三跨拱形結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)總寬23.3m，總高17.44m，覆土厚度14.64m。車站主體兩端接礦山法區(qū)間，采用暗挖PBA工法施工，礦山法車站與暗挖通道防水等級為一級，2.0mm厚的ECB防水板設(shè)防。PBA工法施工車站，受現(xiàn)有工藝工序的限制，滲漏水較嚴(yán)重，對地鐵車站結(jié)構(gòu)的安全性造成嚴(yán)重影響[8]。

圖4 車站主體標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)示意圖

車站于2014年完工交付使用之后，隨著地下水位上升，間歇性出現(xiàn)滲漏水情況，主要體現(xiàn)在頂縱梁與二襯扣拱銜接處以及側(cè)墻水平施工縫、變形縫等構(gòu)造縫部位。整體呈現(xiàn)冬季滲漏量較大，其他季節(jié)滲漏量較小的規(guī)律。原地勘報告水位線與2020年10月該區(qū)平均水位線相對關(guān)系如圖5所示。

圖5 水位線相對關(guān)系圖

針對該車站滲漏現(xiàn)場按照以下技術(shù)路線進(jìn)行了系統(tǒng)性治理。

3.2 系統(tǒng)性治理技術(shù)路線

3.2.1 表觀檢測與物探技術(shù)分析相結(jié)合

本項目自從2014年至2019年，曾進(jìn)行3個大范圍治理。2020年7月-12月進(jìn)行了前期的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在換乘通道、主體結(jié)構(gòu)依然存在大量維修后復(fù)漏和新增滲漏點。尤其是拱頂區(qū)域，治理后出現(xiàn)反復(fù)滲漏，為精準(zhǔn)確定滲漏源頭，采用物探方式對拱頂進(jìn)行分析[9]。

物探結(jié)果如圖6所示，經(jīng)過與表觀滲漏裂縫檢測對比，可以看到物探方式所定位結(jié)構(gòu)脫空區(qū)域裂縫調(diào)查結(jié)果一致，脫空區(qū)與滲漏存在明顯相關(guān)性。由于前期未進(jìn)行物探分析，只針對滲漏部位結(jié)構(gòu)層進(jìn)行治理，導(dǎo)致了反復(fù)滲漏。后期在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行治理的同時，對所定位脫空進(jìn)行了針對性處置，保證了滲漏治理的耐久性。

圖6 拱頂脫空區(qū)裂縫調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對比

該項目換乘通道部位出現(xiàn)大量陰濕，由于表面為鋪裝層，很難確定滲漏源頭，導(dǎo)致針對該部位的滲漏治理無從下手。工作人員采用沖擊映像法對通道進(jìn)行探測[10]。如圖7、圖8所示。

圖7 現(xiàn)場沖擊映像法檢測情況

圖8 沖擊映像法檢測初步結(jié)果示意圖

通過物探手段，精確定位疏松部位（圖8方框部位），為針對性治理提供了數(shù)據(jù)支撐，治理工藝如下：病害定位→鉆孔→安裝注漿桿→注漿治理→鋪裝層恢復(fù)。

3.2.2 結(jié)構(gòu)治理與土層改良相結(jié)合

常規(guī)滲漏治理思路通常從提高結(jié)構(gòu)自防水性能角度出發(fā)，采取混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)造縫內(nèi)部注漿的方式進(jìn)行處理。由于地下水位上升后，結(jié)構(gòu)背后土體大量由無水環(huán)境變?yōu)楦凰h(huán)境或由低水頭有水環(huán)境變?yōu)檩^高水頭有水環(huán)境，只對結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)附近出現(xiàn)新滲漏點的現(xiàn)象?；谠摍C理，應(yīng)在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲漏水處理的同時對結(jié)構(gòu)背后土體進(jìn)行改良，降低土體含水量，以改善結(jié)構(gòu)所處富水環(huán)境。依然以本項目為例，本車站F口通過通道與周圍商場連通，該位置變形縫結(jié)構(gòu)外與支護(hù)采用加氣混凝土砌塊填充，孔隙率較大且空洞已成為漏涌水的貯存空間。該位置布置圖如圖9所示。

圖9 F口變形縫位置平面圖

圖10 變形縫滲漏治理施工工藝

基于治理耐久性的考慮，在對變形縫進(jìn)行結(jié)構(gòu)注漿封堵的同時，采用水泥基灌漿料作為永久性措施，降低結(jié)構(gòu)外層土體孔隙率以及滲透系數(shù)[11]。

在出入口側(cè)布孔，該處布孔位于0.8m肥槽下方，并避開變形縫鋼邊止水帶，使用鉆機在兩側(cè)側(cè)墻及拱頂分別鉆設(shè)注漿孔，然后使用水泥基灌漿料填充商業(yè)圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)之間的肥槽阻斷滲水通道。

3.2.3 常規(guī)材料與新型材料相結(jié)合

目前針對地鐵車站主要治理方式是針對在施工縫（裂縫）或變形縫兩側(cè)鉆孔，通過灌注丙烯酸鹽或聚氨酯類化學(xué)漿液從而達(dá)到止水的目的。

目前常用的注漿材料均有其適用性不足的滲漏治理工況?！氨┧猁}”是一種凝膠，內(nèi)部基本為水，基本沒有強度，失水收縮嚴(yán)重，受外力容易擠出，但其可瞬間凝固和黏度極低可灌性好，可用于臨時堵大水和與水泥復(fù)合進(jìn)行地下土體帷幕注漿?！坝托跃郯滨グl(fā)泡劑”的特點前文已經(jīng)進(jìn)行論述?！八跃郯滨グl(fā)泡劑”遇水膨脹變成凝膠狀的固結(jié)體，相對油性反應(yīng)速度快可堵急水和抗?jié)B性較強，同丙烯酸鹽一樣致命弱點是高含水量失水收縮嚴(yán)重導(dǎo)致體積變化大從而導(dǎo)致復(fù)漏率較高。

以封堵變形縫所需材料為例，根據(jù)對變形縫滲漏機理的分析，該類材料要求后期收縮小，耐久性好；水中可充分固化，潮濕面與水中與混凝土粘接力好；要有一定的強度和彈性，可適變結(jié)構(gòu)形變及地鐵振動荷載。以上灌漿材料不能作為變形縫滲漏治理的理想注漿材料。

特種功能防水材料國家重點實驗室通過一系列研究實驗，通過多次實驗驗證比選，針對本項目開發(fā)一種適用變形縫工況的新型彈性高分子注漿料。該類材料具有90%彈性恢復(fù)率，同時具有較好的潮濕基面粘結(jié)性能以及高固含量的特點?？梢酝瑫r滿足不均勻沉降以及地鐵運營振動荷載沖擊的不利影響，該材料的固結(jié)體及材料性質(zhì)如下。

表2 彈性高分子注漿料指標(biāo)

同時，為了提高滲漏治理效果，在對中埋止水帶迎水面注漿的同時，對變形縫背水面通過預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿處理，有效提高一次治理的耐久性。

4 結(jié)語

1、由于地下水位上升等客觀因素，地下水環(huán)境變的更為復(fù)雜，近年來各城市滲漏水逐年增加，目前的治理經(jīng)驗為城市軌道交通滲漏水治理提供了寶貴的經(jīng)驗。

2、地鐵滲漏水治理技術(shù)近年來得到了快速的發(fā)展，很多觀點、技術(shù)已得到工程界的認(rèn)同和工程實踐的檢驗。但總體上說地鐵防水技術(shù)還不夠成熟還有許多方面有待完善和改進(jìn)，常規(guī)的滲漏治理方式僅僅能滿足臨時止水的需求，需采用綜合治理的思路提升滲漏治理的耐久性。

3、地鐵滲漏治理技術(shù)是一項涉及面廣的綜合技術(shù)。它不僅僅是施工工藝的完善及合格材料的應(yīng)用，更是結(jié)合結(jié)構(gòu)治理工藝創(chuàng)新、土體改良、物探分析、新型材料等相關(guān)技術(shù)的綜合運用。要做好地鐵滲漏水治理需對以上要點深入理解、綜合運用，才能使?jié)B漏水治理更加可靠、持久。

4、通過針對北京某地鐵車站系統(tǒng)性治理技術(shù)路線的實施，提高了地下水位上升條件下地鐵車站滲漏治理的耐久性，為相似工程提供了可參考案例及解決思路。