山嶺隧道排水盲管白色結晶物形成原因分析及相關問題探討

許彥輝

摘要：在我國鐵路隧道施工過程中，經常會發現排水盲管處有白色結晶物質存在，嚴重的甚至造成排水盲管堵塞，本文對白色結晶物形成的原因進行了分析，并對其危害、防治措施進行了探討，對此類工程的施工有一定的借鑒意義。

關鍵詞：排水；結晶物形成原因；分析；探究

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）22-0151-01

1白色結晶物的可能來源

1.1圍巖。當地下水流經石灰巖等富含碳酸鈣礦質的巖層時，將會攜帶有大量的鈣鹽物質。流水進入隧道區域后，在管道內流速較緩或存有積水的部位將會產生鈣質沉淀，經長期的沉淀積累，這些沉淀將會結晶凝結成塊，最終堵塞排水管道。

1.2環境水。假如環境水中含有大量硫酸鹽或硫酸根離子，這些硫酸鹽往往會與混凝土中的氫氧化鈣反應生成硫酸鈣（石膏）。這些硫酸鈣與混凝土中的鋁酸鈣發生再次發生反應，產生可以析出的硫鋁酸鈣晶體（鈣礬石）。

1.3混凝土原材料。混凝土主要是由膠凝材料，細、粗集料，以及外加劑與水拌制而成的混合體。

首先水泥作為膠凝材料，在影響白色結晶物形成的原因上，占據決定性因素。水泥產品通常含有2-3種組分，即水泥熟料、石膏和混合材料。其中，水泥熟料的主要成分有3CaO-SiO₂，2CaO·SiO₂，3CaO·Al₂O₃及4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃四種。其組分當中CaO的含量占到了60%之多。這四種熟料礦物都能夠與水發生反應，生成相應的水化產物。水化產物中一種主要的成分是Ca（OH）₂，Ca（OH）₂是一種白色的晶體，極易溶于水，并能與C02相結合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃），晶體。因此，商品混凝土表面若出現白色物質，其中大部分可能的成分就是CaCO₃、Ca（HCO₃）₂和Ca（OH）：晶體。其次水泥產品中另一重要組成成分是石膏，其化學式為CaSO₄·2H₂O。石膏在水泥中起到調節凝結硬化時間的作用，所以是水泥產品中必要的礦物。石膏中的硫酸根極有可能與某些金屬離子結合成相應的硫酸鹽，而少部分硫酸鹽同樣也會以白色晶體的形式從混凝土當中析出。

1.4實例分析。某西南地區隧道排水盲管形成白色結晶物，通過對該地段的圍巖、環境水取樣進行檢測分析，該地段圍巖為砂巖，屬于沉積巖，不屬于石灰巖，碳酸鈣含量低，環境水中硫酸根含量為為130mg/ml，含量極低，基本上可以排除圍巖和環境水對白色結晶物形成的影響。通過對白色結晶物取樣檢測分析，取適量樣品置于試管內，加入少量的水，試管右側連接一導管，導管插入另一試管且裝有澄清的石灰水溶液中，發現一部分溶解，另一部分仍以固態存在，加入少量的稀鹽酸后，迅速產生大量的氣泡，且右側的試管明顯有渾濁現象。另取適量白色結晶物置于已烘干至恒重并事先稱量好的瓷坩堝中，將其一并稱量后放入高溫電阻爐中，加熱至900℃灼燒至恒重，樣品取出干燥冷卻后，稱量灼燒后坩堝與樣品的重量，由此得出樣品灼燒后的質量有所減少。由此可以得出白色結晶物中含有大量的碳酸鹽，尤以碳酸鈣晶體和碳酸氫鈣晶體居多，并且來源應主要為混凝土原材料及水化產物。

2排水盲管堵塞造成的危害

當隧道排水盲管堵塞后，大量積水將會留存于襯砌背后，如果得不到及時治理，就會導致以下后果：（1）積水過多而使水壓力較大時，襯砌難以承受壓力，致使襯砌破裂，引發滲漏水現象。當圍巖壓力過大時，最終可能引起隧道塌方。（2）原先完好的圍巖及圍巖結構面軟弱夾層，受到流水的侵蝕而產生泥化或軟化現象，將會失去其應有承載力，進一步加大襯砌壓力，導致襯砌變形或破裂。（3）在寒冷或嚴寒地區，被堵塞于排水管路中的流水與積存于襯砌背后的水在凍融循環的作用下，會造成排水管道與襯砌的凍脹裂損，嚴重危及排水系統與整個襯砌結構的安全。滲漏水在頂部形成冰掛，側墻形成冰柱，地面形成冰錐冰坡等，影響行車安全。

3排水盲管堵塞防治措施

3.1降低混凝土總堿含量。混凝土原材料及水化產物產生的Ca（OH）₂與空氣中的CO₂相結合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃）₂是造成堵塞產生的主要原因，因此要想辦法降低混凝土中的總堿含量。由于排水盲管埋設于防水板與噴射混凝土之間，故排水盲管白色結晶物來源于噴射混凝土，通過采取低堿水泥，降低速凝劑的堿含量或采取低堿速凝劑、無堿速凝劑等措施來控制混凝土的總堿含量。

3.2定期用高壓水或壓縮空氣疏通排水管道，不使管道內的泥沙、碳酸鈣塊狀沉積影響管道的暢通。

3.3調整管道的設計參數。選用摩阻系數較小的管材和調整轉彎處管道的曲率半徑。摩阻系數較小的材料對管內水流的阻力較小，同條件時相應水流速度較大，因此有益于維護管路的暢通。在管道轉彎處，彎管的阻力系數在一定范圍內隨曲率半徑R的變化而變化當R與管道直徑d之比值小于1時，阻力系數將隨著R/d的減小而急劇增加，這是由于R/d較小時，轉彎處會出現漩渦區，增大局部阻力的緣故。當R/d>3時，阻力系數又隨著R/d的增加而增大，這是由于較大的R值需要加長彎管，增大了摩阻力的緣故，因此，彎管的曲率半徑通常在（1～4）d的范圍內為最佳。

3.4在已經形成嚴重堵塞的地段，往往只能在相鄰地段鉆孔將襯砌背后的水釋放出來，然后重新設置疏通管道，但成本比較高，而且影響隧道的正常運營。

4結論

通過對隧道排水盲管處白色結晶物的成分、形成原因分析、危害及防治措施的敘述，隧道工程施工中通過嚴格控制原材料的質量，合理調整排水盲管參數，嚴格按照施工規范和相關技術要求施工，嚴格監控各道工序等方面采取措施，盡量避免白色結晶物的形成，為相似工程的施工提供一定參考。