已建電纜隧道滲漏水成因及處理措施研究

高錫鵬，何西偉，陳曉光，田雪凱

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250100)

0 引言

城市電網(wǎng)作為現(xiàn)代城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，目前所面臨的主要問題是電力負(fù)荷高速增長，而電力通道資源日趨緊張，在此情形下，在城市范圍內(nèi)用電纜形式輸送電能是一種有效的解決方法[1-3]。電纜隧道是一種能容納較多數(shù)量電纜、有供安裝和巡視的通道、全封閉型的地下構(gòu)筑物[4]。與架空輸電線路相比，采用電纜隧道敷設(shè)電纜不占用地面空間且運檢、維護方便，在城市電網(wǎng)建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

雖然電纜隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和施工工法與公路、鐵路、地鐵隧道類似[5-6]，但是電纜隧道埋深較淺，周邊已有管線交錯布置，施工作業(yè)面較為緊張，尤其有地下水影響且處于軟弱土層中時，地基處理、混凝土振搗及防水卷材鋪設(shè)作業(yè)施工難度極大[7-9]。此外，電纜隧道作為線型封閉箱涵結(jié)構(gòu)，因施工工法需要，需在兩側(cè)側(cè)壁通長設(shè)置施工縫。同時，為適應(yīng)電纜隧道因溫度變化產(chǎn)生的水平位移以及地基不均勻沉降產(chǎn)生的垂直位移，隧道每隔30 m需設(shè)置一處變形縫。施工縫與變形縫均為電纜隧道的防水薄弱環(huán)節(jié)。由于這兩個因素交疊影響，山東地區(qū)已建成電纜隧道滲漏水問題普遍存在，給后續(xù)電纜敷設(shè)作業(yè)、運維檢修作業(yè)及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行產(chǎn)生重大威脅。因此，需要探究有效處理措施防治電纜隧道滲漏水。

不同于交通隧道，電纜隧道在滲漏水處理等方面所開展的研究工作尚較少，治理經(jīng)驗匱乏，尚未形成較為完善的規(guī)范體系[10]。由于電力電纜隧道自身的特點和需求，也無法照搬交通隧道的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗[11]。因此，本文對山東地區(qū)已建電纜隧道滲漏水成因及處理措施進行探究，以期對類似工程的整治、相關(guān)規(guī)范體系的建立提供參考。

1 電纜隧道滲漏水類型及成因分析

山東作為東部沿海省份，地下水極為豐富，通過調(diào)查濟南、青島、日照、德州、濱州及棗莊等不同地市已建電纜隧道的運行情況，發(fā)現(xiàn)相關(guān)地區(qū)電纜隧道滲漏水問題普遍存在，滲漏水形式及導(dǎo)致滲漏水的原因多樣，但不同地區(qū)、不同工程間問題有一定相似性。

1.1 電纜隧道滲漏水類型

電纜隧道滲漏水類型可分為濕漬、滲水、滴漏及線漏，其中濕漬為在隧道內(nèi)壁呈明顯色澤變化的潮濕斑，滲水為在電纜隧道側(cè)墻上可觀察到明顯的流掛水痕跡[12](見圖1)。

1.2 電纜隧道滲漏水成因

導(dǎo)致電纜隧道滲漏水的原因多樣，其中主要原因可概括為防水方案不合理、防水材料缺陷及施工質(zhì)量缺陷，通常一處漏水問題會涉及多重原因的影響。

1.2.1 防水方案不合理

電纜隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100 a，其防水等級不應(yīng)低于二級，抗?jié)B等級不低于P6。 部分工程為追求成本最低化，導(dǎo)致防水方案不滿足《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求[13]。

1)結(jié)構(gòu)主體防水方案不合理。具體表現(xiàn)為主體結(jié)構(gòu)未采用防水混凝土、主體結(jié)構(gòu)厚度小于250 mm或主體結(jié)構(gòu)外側(cè)未做防水層等。

2)細(xì)部構(gòu)造防水方案不合理。具體表現(xiàn)為變形縫、施工縫未設(shè)置中埋式止水帶，穿墻管未加止水環(huán)或未環(huán)繞遇水膨脹止水圈，隧道附屬坑口未采取防地面水倒灌措施等。

1.2.2 材料缺陷

1)混凝土。地下工程所處的環(huán)境較為復(fù)雜、惡劣，結(jié)構(gòu)主體長期浸泡在水中受到各種介質(zhì)的侵蝕以及凍融、干濕交替的作用，如果防水混凝土因配合比、外加劑指標(biāo)不合理等因素導(dǎo)致抗?jié)B等級不足，易削弱結(jié)構(gòu)的耐久性和強度，進而威脅電纜隧道的正常運行和安全。

2)防水卷材。卷材斷裂拉伸強度、斷裂伸長率及撕裂強度不足，容易導(dǎo)致卷材在施工或運行階段發(fā)生破壞，導(dǎo)致第一道防水體系失效，進而導(dǎo)致電纜隧道變形縫、施工縫等防水薄弱點直接暴露在地下水環(huán)境中，增加了電纜隧道滲漏水發(fā)生的概率。

3)止水帶。變形縫處受溫度變化及地基不均勻沉降影響，變形較大，規(guī)范容許值可達30 mm，若止水帶撕裂強度、扯斷伸長率不足，容易導(dǎo)致止水帶斷裂，進而導(dǎo)致電纜隧道第二道防水體系失效。

1.2.3 施工質(zhì)量

1)結(jié)構(gòu)裂縫。電纜隧道工程中，混凝土澆筑質(zhì)量缺陷、溫度變化及地基不均勻沉降均會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，由此所形成的滲漏較為常見[14]。

2)施工縫施工不規(guī)范。混凝土振搗施工時，中埋止水帶固定不牢固，導(dǎo)致止水帶移位，或二次澆筑混凝土前，未鋪設(shè)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料和水泥砂漿層。

3)變形縫施工不規(guī)范。頂、底板止水帶未按盆型安裝，導(dǎo)致頂、底板下部混凝土振搗不密實，同時混凝土凝固時產(chǎn)生的收縮易使止水帶與下面的混凝土產(chǎn)生縫隙，從而導(dǎo)致變形縫漏水；此外，端模支撐不牢，造成混凝土澆筑時漏漿、振搗不密實，也可能導(dǎo)致滲漏水發(fā)生。

2 電纜隧道滲漏水處理常用材料

已建電纜隧道滲漏水處理應(yīng)遵循“以堵為主，因地制宜，多道設(shè)防，綜合治理”的原則，不同滲、漏水情況采用具有針對性的處理材料。

2.1 封閉材料的選取

已建電纜隧道中通常已完成支架安裝及電纜敷設(shè)，在此前提下，柔性防水卷材鋪設(shè)施工難度較大，因此本文封閉材料中不涉及對不同類型卷材的分析。

2.1.1 常用封閉材料特性

常用封閉材料特性如表1所示。

表1 常用封閉材料特性表

2.1.2 封閉材料選用建議

1)隧道背水面局部涌水處理采用速凝型摻外加劑的水泥基防水材料。

2)隧道背水面涌水處理完成后，凹槽、圓孔等的嵌填采用水泥基滲透結(jié)晶型防水砂漿，面層處理采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

3)最外側(cè)剛性防水層采用聚合物水泥防水砂漿。

4)聚氨酯防水涂料、環(huán)氧樹脂防水涂料有一定刺激性氣味，施工時需做好通風(fēng)措施。

2.2 灌漿材料的選取

灌漿材料可分為無機灌漿材料和有機灌漿材料，常用的無機灌漿材料包括水泥基灌漿材料、水泥-水玻璃類材料等，常用的有機灌漿材料包括環(huán)氧樹脂類材料、聚氨酯類材料和丙烯酸鹽類材料等。

2.2.1 常用灌漿材料特性

常用灌漿材料特性如表2所示。

表2 常用灌漿材料特性表

2.2.2 灌漿材料選用建議

1)無機灌漿材料：多用于電纜隧道四周土層的固結(jié)，形成地下隔水帷幕，截斷滲透水源。因水泥水玻璃雙液注漿材料不宜用于永久性工程防滲堵漏，故電纜隧道滲漏水治理宜選用水泥基灌漿材料。

2)有機灌漿材料：聚氨酯灌漿材料遇水會反應(yīng)并膨脹，在滲漏水的電纜隧道中，存放、配置難度較大；丙烯酸鹽灌漿材料固結(jié)體凝膠的抗壓強度較低，且會失水收縮，故電纜隧道滲漏水治理宜選用環(huán)氧樹脂類灌漿材料。

3 電纜隧道不同滲漏水部位處理方案

以山東地區(qū)某220 kV電纜隧道滲漏水治理工程為例，介紹不同滲漏水部位的處理方案。該工程共有8.4 km電纜需沿已建隧道敷設(shè)，隧道于2015年底建成，內(nèi)截面為2.5 m×2.0 m，原防水做法為在隧道頂部、兩側(cè)及底部刷1.5 mm聚合物水泥防水涂料層。經(jīng)施工、監(jiān)理、設(shè)計聯(lián)合勘察，全線共發(fā)現(xiàn)主要滲、漏水點21處。其中，側(cè)墻裂縫、施工縫滲漏水8處，變形縫漏水2處，預(yù)埋螺栓根部漏水10處，穿墻管根部漏水1處。

3.1 裂縫、施工縫堵漏

3.1.1 潮濕無明水或滲漏量小的裂縫、施工縫

1)采用切槽機沿裂縫走向切割出深度為30 mm～50 mm、寬度為30 mm的U形槽，切縫長度向裂縫兩側(cè)各延伸20 mm，U形槽兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)采用角磨機鑿毛。

2)槽體清洗或吹掃干凈后，在凹槽中嵌填速凝型無機防水堵漏材料止水，并預(yù)留深度不小于20 mm的凹槽。

3)采用水泥基滲透結(jié)晶型防水砂漿在凹槽剩余空間內(nèi)找平，之后在槽體兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)墻體表面(已鑿毛范圍)抹3 mm厚聚合物水泥防水砂漿(見圖2)。

3.1.2 有明顯滲漏水的裂縫、施工縫

1)分二次鉆斜孔并注入可在潮濕環(huán)境下固化的環(huán)氧樹脂灌漿材料，第一次鉆孔垂直深度不宜小于結(jié)構(gòu)厚度的1/3，第二次鉆斜孔垂直深度不宜小于結(jié)構(gòu)厚度的1/2，兩次鉆孔平面布置應(yīng)錯開距離，間距300 mm～500 mm。

2)沿裂縫走向在兩側(cè)各200 mm范圍內(nèi)的基層表面先涂布2 mm厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，再單層抹壓6 mm厚聚合物水泥防水砂漿。裂縫、施工縫注漿施工圖見圖3。

3.2 變形縫堵漏

3.2.1 滲漏量較小的變形縫

在漏點附近的變形縫兩側(cè)混凝土中垂直鉆孔至中埋式橡膠鋼邊止水帶翼部并注入環(huán)氧樹脂，鉆孔間距宜為300 mm。

3.2.2 滲漏量較大的變形縫

1)在變形縫兩側(cè)分別鉆斜孔穿過結(jié)構(gòu)至止水帶迎水面，并注入環(huán)氧樹脂灌漿材料止水，鉆孔間距宜為300 mm～500 mm。

2)清理原變形縫內(nèi)填充材料，形成不小于80 mm的深凹槽。

3)先在凹槽中嵌填速凝型無機防水堵漏材料，并預(yù)留深度不小于50 mm的凹槽；之后在剩余凹槽中嵌填水泥基滲透結(jié)晶型防水砂漿，并預(yù)留深度不小于30 mm的凹槽。

4)采用廠家配套的膠粘劑粘貼內(nèi)置式密封止水帶，止水帶在變形縫兩側(cè)基層上的黏結(jié)寬度均不應(yīng)小于50 mm，止水帶中部應(yīng)利用變形縫內(nèi)剩余凹槽空間形成Ω形(見圖4)。

3.3 預(yù)埋件、穿墻管根部的堵漏

3.3.1 預(yù)埋件堵漏

1)在預(yù)埋件周邊鑿剔寬度為50 mm、深度為40 mm的環(huán)型凹槽，清除預(yù)理件銹蝕，并用水沖刷干凈。

2)在凹槽中嵌填速凝型無機防水堵漏材料止水，并預(yù)留深度不小于20 mm的凹槽。

3)采用水泥基滲透結(jié)晶型防水砂漿在凹槽剩余空間內(nèi)找平，之后在槽體兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)墻體表面(已鑿毛范圍)抹3 mm厚聚合物水泥防水砂漿。

3.3.2 管道根部堵漏

1)在管道根部剔鑿寬度為50 mm、深度為40 mm的環(huán)型凹槽，用速凝型無機防水堵漏材料以與基層呈45°夾角埋設(shè)注漿管，并封閉管道與基層間的接縫。

2)采用環(huán)氧樹脂注漿材料注漿。

3.4 治理效果

該工程現(xiàn)已按照上述設(shè)計方案完成滲漏水治理施工，施工后隧道內(nèi)無濕漬、無滲漏、無積水，滿足電纜敷設(shè)及后期運檢人員運維工作要求。滲漏水處理前后效果對比如圖5所示。

4 結(jié)論

通過對山東地區(qū)已建電纜隧道漏水形式的調(diào)查，分別對電纜隧道滲漏水的成因、適用于不同滲漏水形式的防水材料及電纜隧道不同部位滲漏水的治理方案進行了研究，結(jié)論如下：

1)山東地區(qū)已建電纜隧道滲漏水問題普遍存在，主要滲漏形式包括濕漬、滲水、滴漏、線漏，主要滲漏部位可分為裂縫、施工縫、變形縫、預(yù)埋件及穿墻管根部。

2)電纜隧道滲漏水的原因多樣，其中主要原因可概括為防水方案不合理、防水材料缺陷及施工質(zhì)量問題，通常一處漏水問題會涉及多重原因的影響。

3)摻外加劑的水泥基防水材料(速凝型)適用于隧道背水面局部涌水處理，水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料適用于隧道背水面水壓不大的滲水處理，聚合物水泥防水砂漿宜作為最外側(cè)剛性防水層，通常三者結(jié)合使用。

4)無機灌漿材料(水泥基灌漿材料)多用于電纜隧道迎水面的壁后注漿，形成地下隔水帷幕，有機灌漿材料(環(huán)氧樹脂)多用于隧道背水面裂縫、施工縫、變形縫、預(yù)埋件及穿墻管根部的鉆孔注漿、埋嘴注漿和貼嘴注漿。