交通運輸基礎設施滲漏處置方法現狀分析

朱萬鑫，花鶯菡，李如瑄，孫昊天，徐 祥，戴 軒

（中國民航大學 交通科學與工程學院，天津 300300）

交通運輸基礎設施概念廣泛，一般指鐵路交通、道路交通、水路交通、空中交通和管道運輸所涉及的基礎設施。近些年來，隨著交通強國不斷發展，基礎設施也逐步完善，但在其發展的同時，交通運輸基礎設施均不同程度地受到滲漏的困擾，在房屋建筑領域亦然，如在《2013年全國建筑滲漏狀況調查項目報告》[1]中明確顯示，我國主要的城市建筑屋面滲漏率高達95.33%，與此同時，57.51%的地下結構存在不同程度上的滲漏困擾，滲漏水災害也是我國交通運輸基礎設施的主要問題之一。國內城市地陷事故屢見不鮮，其背后的原因多是因為地下管道漏水導致水土流失，地基結構遭到破壞，進而造成路面承載能力下降，最終導致路面塌陷。2020年1月，一起突發性地陷事故發生于西寧市，事故導致運營中的公交車墜入坑中，造成眾多人員傷亡，本次西寧市的地陷事故就是因為管道漏水滲漏致災。無獨有偶，2022年8月江蘇省泰州市紫東花苑小區由于富水砂層中管道滲水導致路面塌陷，事故致使2輛轎車墜入坑中。對于深埋于地下的結構，如城市地鐵、地下公路和管線，滲漏對基礎設施的影響都是隱蔽而巨大的，漏水病害一旦發生，將嚴重影響工程運維成本甚至危害公共安全，因此，如何處理好滲漏問題是工程的一個重要難點。本文針對目前現有的止漏材料，分析其特性及應用場景，并對滲漏鑒別進行分類，提出止漏在治理與搶險中的有效作用，為滲漏災害的解決提供可靠參考。

1 止漏材料的分類

1.1 水泥基類

水泥基類材料是生活中最常見的材料，其優點是價格低廉，使用較為簡單、性價比高，對于一般滲漏來說堵漏效果好，但需要一定的養護時間，由于其膠接強度較高，對結構還起到補強作用。

1.2 水泥-水玻璃雙液漿

水泥-水玻璃雙液漿是指在水泥漿中摻雜水玻璃來進行混合的材料，有了水玻璃的加入使得其初凝時間大為減少。用水玻璃和水泥雙液漿去浸漬材料和涂刷材料后，對于縫隙的填補能力大大提高，能深入縫隙和空隙，在進入之后使其硅凝膠固化，對于細小通道的堵塞有著很大的作用，防止其二次滲漏，對于日常的風化、流水侵蝕，有一定的抵御作用，提高了本身的強度和密度。速凝防水劑是由多種礬類物和水玻璃配制而成，對滲漏的快速修復和縫隙的快速填補有著巨大作用。由于其凝結速度快，是良好的補漏用品。缺點也顯然易見，在補漏過程中要做到需要時配置，不能提前準備。

雙液注漿是比較常見的止漏方法，用改進后的雙液漿效果更為良好。其主要過程是用氯化鈣和水玻璃-水泥雙液漿重復且交替注入漏洞中，其中的水玻璃和氯化鈣反應能快速生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到填充漏洞的作用，把其膠結起來增強強度，使其承載能力，抗侵蝕能力提高，用來加固或者止漏是非常好的選擇。

1.3 遇水發泡材料

聚氨酯堵漏劑是目前發泡性能較好的一種可控制速度的止漏發泡材料，以MDI為主要配方的單液聚氨酯，其價格便宜，毒性小、黏度大，乳化時不易分散，分子量高。在具體施工過程中，根據施工進程和難度，添加催化劑控制其反應發泡速度來達到預期結果。MDI水性聚氨酯乳液成膜速度快、成膜性好，其膠膜的耐水性、耐磨性、機械強度和彈性都比較高。

1.4 混凝土高強反應粘接劑

新老混凝土高強界面粘合劑是針對新老混凝土結合層處常出現的空鼓、漏水和開裂等情況，有針對性地研制出的界面劑，可防止工程出現二次空鼓、開裂和漏水凍融等缺陷情況，且能防止由于雨水腐蝕，凍融對結構的破壞，提高結構的耐久性能。

1.5 水泥基滲透結晶材料

水泥基滲透結晶材料中主要包含有硅酸鹽水泥、石英砂等基礎材料，還含有一定的活化學物質。在使用過程中，按照相應的配比與水制成灰漿，均勻涂抹在混凝土表面，其中的活化學物質滲透到混凝土縫隙中，就可以發生良好的粘結作用。水泥基滲透材料還有著獨特的自我修復能力，這樣使得該材料對于基礎設施中的鋼筋、管道等具有較好的抗老化和抗腐蝕的作用，同時水泥基滲透材料還具有極強的耐水壓能力，而且還能對所作用的混凝土結構起到一定的補強作用。因此，近些年來，水泥基滲透結晶材料廣泛應用在地鐵、隧道等基礎工程設施的防水工程中。

1.6 其他止漏材料

利用各種高聚物形成的新型材料，例如用于封堵土石壩滲漏通道的可視化高聚物注漿材料[2]，HTD-3型高溫堵漏材料[3]，新型抗高溫可控凝膠堵漏劑等。

2 交通運輸基礎設施滲漏的評價

交通運輸基礎設施滲漏現象發生的來源往往是多種多樣的，不僅僅存在于隧道工程或者地下隧道工程當中，常見的交通運輸基礎設施比如公路、各類跑道及鐵路等也會受到地下結構滲漏水的影響。除此之外，一些運輸管道也會發生滲漏現象，比如雨水管、污水管、排水管、供水管及供熱水管等。由于其發生來源的復雜多樣導致了鑒別和治理的難度極大增加，除去設施所在地的地質條件、地下水及設施所處溫度環境的外在因素影響，管線所運輸的物質對管線中的防水材料也有很大的影響。例如污水運輸管，污水當中難免會摻雜有對防水材料或管道材料有腐蝕作用的化學物質，隨著時間的增加也就導致其腐蝕作用積累加強，從而對管道的防水材料及管道材料造成破壞，出現管道滲漏水的現象，甚至會發生管道破裂的情況。眾所周知，當出現管道破壞的情況時，往往需要快速高效堵漏，否則會對管道運輸造成不可估量的損失；對于供熱管線而言，其溫度和較高的空氣壓強也會對防水材料和管道造成影響；對于雨水管，常年較大雨水量和其中摻雜的固體物質也會對管道造成沖撞上的破壞，因此在管道滲漏水上的因素尤其多樣且不可控。

對于管道滲漏水的滲漏方向無非分為2種，內滲及外滲。當管道內水壓較大時，滲漏水的滲漏往往是以外滲的形式發生的，通常表現為滲漏水外噴、流速較快，其滲漏程度也更為嚴重；水壓較小時則是以內滲的形式發生的，其表現為地下水向管道內部逐漸滲透，水土流失隱蔽且不易察覺。滲漏水的鑒別方法大致為目視及漏量計算，而滲漏水的成分鑒別則通常是通過電化學及物理電極的方法進行的。

滲漏水的發生大都歸結于復雜的水文地質條件，隨著時間變長，地下水的高水壓及其中含有的腐蝕性物質使得結構物的防水性能下降，甚至會引起結構的變化從而發生更加嚴重的滲水，極大地增加滲漏水發生的可能和滲漏程度的加大，進而導致施工現場的防水工作難度急劇增加。交通運輸基礎設施滲漏水的分類是多種多樣的，其可以根據滲漏水的滲漏部位進行分類，也可以按照滲漏水的滲出形式進行分類[4]。為方便研究，現本文將按照滲漏水的出水量進行分類，滲漏水大致上可以分為濕漬、滲水、水珠、滴漏、線流及漏水漏砂6種類別。濕漬是滲水最為輕微的一類，通常表現為在混凝土側壁的表面出現小范圍的濕斑；滲水則是滲漏水會在建筑混凝土結構的表面形成一層薄薄的水膜但不足以產生流動或水珠；水珠則很容易理解，其在頂板部位表現得更為明顯和突出，此時的滲水量已經不能被水的表面張力所束縛，會緩慢地形成小水滴在混凝土頂板的滲漏處緩慢垂直下落；滴漏更為通俗，當滲水量達到滴水時說明建筑的滲漏情況已經較為嚴重，會不斷地有滲漏水滴下，這種情況在襯砌混凝土上表現得更加嚴重和明顯；滲漏水繼續發展便形成線流，此時將有明顯的地下水流失；當滲漏繼續發展，變形成漏水漏砂，此時會使結構承載條件極具變化甚至會發生局部的結構坍塌或破損[5]，嚴重威脅到人民的生命和財產安全。

滲漏水會因為滲漏程度的不同而滲出不同的物質成分，不論是其外觀表現還是滲漏水的成分都會有所不同。滲漏水通常含有漏水、渾濁泥水及砂水混合物等。當壓強較小時，滲漏水往往是清澈的，幾乎不摻雜泥沙，在進行堵漏工作時可以減小泥沙固體對堵漏材料的影響，可以較好地減少堵漏的工作量。而滲漏出渾濁泥水時，其中往往含有粉質黏土等，滲漏水渾濁且摻雜少量的細小固體顆粒[6]。當滲漏水的壓強較大時，滲漏水中會攜帶一些細砂、礫砂、圓礫，甚至是砂巖顆粒等較大的固體顆粒，在進行堵漏工作時就需要考慮這些較大的固體顆粒對于堵漏材料的影響。

根據滲漏水的分類，在現有的水土流失實驗設備上分別模擬不同類型的滲漏水，從而進一步對一部分堵漏材料的性能進行測試。

3 不同滲漏情況的修復措施

首先，需要對材料進行室內實驗與測試。由于施工地區海拔、溫度、地質條件及水壓等方面的差異，使得快速堵漏材料在交通運輸基礎設施施工過程中的堵漏效果不盡相同，利用現有的水土流失測試設備進行實驗，設置不同地層和水壓影響下的施工條件。根據在地層和水壓影響下快速堵漏材料的凝結時間、膨脹率、鎖水率及凝結強度變化的國家規范要求對相關堵漏材料進行測試。隨后，進行各種材料的不同配合比使用，對新材料的凝結時間、膨脹率、鎖水率及凝結強度進行重新評估。在合適條件下可以進行適當的化學補強，對堵漏材料的薄弱處進行加強，進一步提高堵漏材料和交通運輸基礎設施的結合度。在這個過程中還要注意堵漏過程的難度問題，提高在緊急情況下交通運輸基礎設施堵漏的效率。

3.1 道面滲水情況的修復

以跑道為例，對于道面滲水的情況要分不同的滲漏類型、結構類型及病害原因，采取不同的修復措施。對于瀝青道面一些局部滲水嚴重，空隙率較大的路段可以采用噴灑乳化瀝青的方式，利用乳化瀝青填補空隙；對于一些局部路段長期滲水嚴重，有坑槽或網裂的瀝青道面可以進行翻修處理；對于長距離路段滲水嚴重的瀝青道面則可以在已建成的道面上加鋪一層厚度約1.5～2.5cm的細粒式瀝青面層來進行防水修復[7]。

對于水泥混凝土道面，若道面滲水處縫隙多為表面裂隙且縫隙寬度不超過0.5 mm，可以采用壓注灌漿法，在裂隙處壓注黏滯性強的堵漏劑進行堵漏。對于一些裂隙寬度較大的則需要采用擴縫灌漿法等進行修復。

對于一些隧道內道面滲水情況，堅持著“以堵為主，堵排結合”的原則，除開向裂隙處注入堵漏劑進行堵漏或加鋪瀝青層外，還可以在隧道內外設置井點來進行排水以減少道面積水，緩解滲水情況。

3.2 管道滲水情況的修復

一些埋藏在道面下的排水管道可能會因年久失修或外部壓力等原因造成滲漏從而對交通設施造成破壞，所以對于一些滲漏較少的管道可以在確定滲漏位置后采用遇水快速凝固膨脹的堵漏材料進行堵漏處理，然后再對管道進行修復，但須對水壓、材料環保性能進行驗證。對于管道大面積破壞的情況則只能進行換管處理。

3.3 高溫情況的修復

供熱管線等高溫水滲漏，在裂隙縫寬5～10 mm且具有較大壓力的情況下，可以使用快速濾失固結堵漏材料ZYSD，從而快速堵漏；裂隙縫寬0.12～0.2 mm且周圍溫度偏高時，可以選用5%抗高溫剛性堵漏材料DXD與3%彈性堵漏材料TXD進行復配，相較于其他材料具有更好的抗高溫高壓性；在裂隙縫寬2～5 mm且需快速堵漏的情況下，可以選用海泡石粘土水基鉆井液[8]，該堵漏劑在高溫高壓的情況下仍具有很好的流變性及強度。

3.4 地下工程滲漏的修復

由于地下工程其本身的特質相較于地上工程而言整體工程對于防水性能的要求更高，所以對于防滲漏的防水材料也有更多要求。面對不同情況，防滲漏措施也相應不同。

對于地下工程主體結構上可能因施工造成蜂窩、孔洞等問題，從而引發滲漏的問題，可以采用全粘法鋪設堵漏劑進行修補，對于堵漏劑可以選用柔彈性堵漏材料，該材料具有很好的彈性和韌性，可以更好地適應地下工程所具有的高壓力的特點，以實現有效封堵，并且加強混凝土的養護，增強混凝土的抗裂性與抗滲性，避免或減少因混凝土產生裂隙而造成的滲漏。對于一些最容易出現滲漏情況的細部結構，如后澆帶、變形縫處若出現滲漏可以先將表面松散的混凝土及浮灰清理干凈后再對其進行壓注灌漿法，對裂隙進行修補并涂上防水層進行加固[9]。

3.5 因災害造成的滲漏

對于一些因地震、洪水等自然災害所造成的道路滲漏情況很難馬上進行修復，所以應采取措施進行臨時性的排水堵漏，然后依照滲漏原因進行有針對性的修復措施。

對于堵漏材料的選取，首先要滿足原材料造價低、環保無毒、耐久性和抗壓性優良等性質。水泥類材料可以滿足以上特點，但是水泥類漿液顆粒較大，難以注入細微裂縫。所以經過調查發現可以將硅酸鹽水泥二次研磨磨細后獲得超細水泥漿。這樣的水泥漿液顆粒細小，可以對細微裂縫進行填堵，并且價格便宜，購買方便，是很好的灌縫堵漏的基質材料。但由于普通硅酸鹽水泥凝結時間過長，所以為了滿足災害發生時緊急堵漏、快速修復的要求，經查閱資料發現，將超細普通硅酸鹽水泥與自行磨細的、具有快硬早強特性的硫鋁酸鹽水泥復配，并在此基礎上摻入水性環氧樹脂[10]，可以在一定程度上縮短堵漏材料的凝結時間，還可以加入水性環氧樹脂，利用其黏滯性高的特點，降低堵漏材料的流動，并且水性環氧樹脂所形成的聚合物膜網狀結構可以改善堵漏材料的韌性，加強其抗折強度。但是對于因災害導致交通設施損害從而發生滲漏的情況，利用堵漏材料進行堵漏只是暫時性的，需跟進滲漏特點進行針對性室內實驗與現場實驗研究。

4 結束語

交通運輸基礎設施滲漏問題是工程建設中常見的問題，也是工程建設過程中始終存在的痛點與難點。由于滲漏發生的條件與影響因素較為復雜，而交通運輸基礎設施建設是一個較為系統性的工程，并且滲漏發生的時間貫穿于整個基礎設施的生命周期，因此在設計階段、建設階段及之后的運行維護階段，需要盡全力地避免滲漏問題的發生，當滲漏發生時，盡快地找出滲漏原因，盡可能地規避滲漏帶來的風險。

本文通過對交通運輸基礎設施中常見滲漏問題的調查，將滲漏問題按照滲漏的來源、滲漏發生時滲漏水的滲漏方向等進行分類，也簡單地介紹了一些國內外對于快速堵漏材料的相關研究成果，可以發現目前快速堵漏材料種類多樣，對于一些常規的滲漏問題都能達到很好的防治效果。對于在高水壓等不利條件下，水泥漿等防滲止漏材料就容易被沖蝕稀釋，從而導致出現效果減弱的現象。而化學類堵漏劑在高溫、高壓等不利條件下，則會降低其耐久性及抗壓能力，加之化學類止漏材料的產品質量不易控制，為達到相應的使用效果需要做相應的針對性改進，使得該種材料的經濟成本更高。因此，目前開發具有耐高水壓、耐高溫、強度高等性能，及更加經濟且適用于交通運輸基礎設施快速堵漏的材料還是大有可為的。另外，隨著科學技術的不斷發展及保護環境的需要，快速堵漏材料未來會向著更加綠色、高效，更具綜合性的方向發展，并具有廣闊的應用前景。