地下水位上升條件下地鐵車站滲漏治理研究

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股份有限公司 北京 101111 2. 中電建鐵路建設投資集團有限公司 北京 100160 3. 中電建成都建設投資有限公司 四川 成都 610000

根據交通運輸部發布的2022年城市軌道交通運營數據速報，截至2022年底，中國大陸地區（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，北京城市軌道交通的發展已由重建設轉變為建設、運營并重階段。地鐵車站在運營過程中出現的滲漏水病害會造成地鐵車站的嚴重危害。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，隨著北京大規模的建設和發展，地下水資源超采嚴重，地下水位普遍下降[2]。隨著近年來南水北調和生態補水的開展，北京地下水位逐年上漲。根據市水務部門監測數據，截至2021年底，北京市平原區地下水位連續7年累計回升9.96m。通過預測“十四五”期間平原區地下水變化的趨勢，預計2025年平原區地下水位相比2015年最低水位回升14.7m[3]。

表1 北京平原地區地下水位變化

羅富榮等[4]認為地下水位出現較大回升會對地鐵結構的內力和變形產生一定的影響，結構整體破壞的可能性不大，但很有可能產生結構的開裂，進而造成地下水的入滲。隨著北京地區地下水位明顯上升，部分無水環境變為有水環境，既有地鐵運營線路地下結構滲漏現象顯著增多。根據地鐵運營單位統計，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 常規治理方案及失效原因分析

2.1 目前治理方案分析

根據對北京地鐵車站典型滲漏治理情況調研，現階段主要采用注漿止水并結合有效排水進行處理[5]。常用治理方案如下。

1、裂縫、施工縫滲漏治理常規做法為灌注聚氨酯、丙烯酸鹽或環氧樹脂注漿材料進行滲漏治理[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、通過對現有治理方式、思路以及治理效果的調研，常規的治理方式能夠解決臨時堵水的問題，不能達到長期止水的目的，主要原因如下。

對滲漏水機理認識層次不深，通常從結構角度思考問題，未結合地下水變化、土層特點等進行綜合分析，導致滲漏水治理綜合性不強。由于地下水回升，大量車站結構由無水環境變為富水環境或由滲漏薄弱部位演變為明顯出水點。僅針對結構進行治理往往導致臨近區域反復出現滲漏情況。

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、環氧樹脂及丙烯酸鹽均有其適用性不足的工況。如油性發泡聚氨酯與水作用后膨脹堵塞裂縫達到止水目的，但高膨脹可能對結構造成二次破壞和泡沫狀固化結構蓮松且無彈性，耐久性差且不能適應裂縫漲縮變形，復漏嚴重；由于其凝固較快可用于臨時堵漏或搶險工程。

3、現場勘查工作深度不足，僅僅通過目測方式進行滲漏水調研，未結合物探技術進行滲漏水綜合檢測，從而對滲漏水原因及滲漏源頭沒有針對性分析或評估。

3 系統性治理思路及案例分析

通過對地鐵車站滲漏常規治理方案及失效原因的分析，我們認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急治理的問題，但是普遍達不到預期耐久性的要求。因此，應該提出系統性的解決思路。

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性治理的技術路線。

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構，標準段結構總寬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防水板設防。PBA工法施工車站，受現有工藝工序的限制，滲漏水較嚴重，對地鐵車站結構的安全性造成嚴重影響[8]。

圖4 車站主體標準段結構示意圖

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

圖5 水位線相對關系圖

針對該車站滲漏現場按照以下技術路線進行了系統性治理。

3.2 系統性治理技術路線

3.2.1 表觀檢測與物探技術分析相結合

本項目自從2014年至2019年，曾進行3個大范圍治理。2020年7月-12月進行了前期的調查，發現在換乘通道、主體結構依然存在大量維修后復漏和新增滲漏點。尤其是拱頂區域，治理后出現反復滲漏，為精準確定滲漏源頭，采用物探方式對拱頂進行分析[9]。

物探結果如圖6所示，經過與表觀滲漏裂縫檢測對比，可以看到物探方式所定位結構脫空區域裂縫調查結果一致，脫空區與滲漏存在明顯相關性。由于前期未進行物探分析，只針對滲漏部位結構層進行治理，導致了反復滲漏。后期在對結構進行治理的同時，對所定位脫空進行了針對性處置，保證了滲漏治理的耐久性。

圖6 拱頂脫空區裂縫調查結果進行對比

該項目換乘通道部位出現大量陰濕，由于表面為鋪裝層，很難確定滲漏源頭，導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行探測[10]。如圖7、圖8所示。

圖7 現場沖擊映像法檢測情況

圖8 沖擊映像法檢測初步結果示意圖

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據支撐，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。

3.2.2 結構治理與土層改良相結合

常規滲漏治理思路通常從提高結構自防水性能角度出發，采取混凝土結構或構造縫內部注漿的方式進行處理。由于地下水位上升后，結構背后土體大量由無水環境變為富水環境或由低水頭有水環境變為較高水頭有水環境，只對結構進行處理往往出現在結構附近出現新滲漏點的現象。基于該機理，應在對結構進行滲漏水處理的同時對結構背后土體進行改良，降低土體含水量，以改善結構所處富水環境。依然以本項目為例，本車站F口通過通道與周圍商場連通，該位置變形縫結構外與支護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，在對變形縫進行結構注漿封堵的同時，采用水泥基灌漿料作為永久性措施，降低結構外層土體孔隙率以及滲透系數[11]。

在出入口側布孔，該處布孔位于0.8m肥槽下方，并避開變形縫鋼邊止水帶，使用鉆機在兩側側墻及拱頂分別鉆設注漿孔，然后使用水泥基灌漿料填充商業圍護與主體結構之間的肥槽阻斷滲水通道。

3.2.3 常規材料與新型材料相結合

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

目前常用的注漿材料均有其適用性不足的滲漏治理工況。“丙烯酸鹽”是一種凝膠，內部基本為水，基本沒有強度，失水收縮嚴重，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合進行地下土體帷幕注漿。“油性聚氨酯發泡劑”的特點前文已經進行論述。“水性聚氨酯發泡劑”遇水膨脹變成凝膠狀的固結體，相對油性反應速度快可堵急水和抗滲性較強，同丙烯酸鹽一樣致命弱點是高含水量失水收縮嚴重導致體積變化大從而導致復漏率較高。

以封堵變形縫所需材料為例，根據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，可適變結構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%彈性恢復率，同時具有較好的潮濕基面粘結性能以及高固含量的特點。可以同時滿足不均勻沉降以及地鐵運營振動荷載沖擊的不利影響，該材料的固結體及材料性質如下。

表2 彈性高分子注漿料指標

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埋注漿管進行注漿處理，有效提高一次治理的耐久性。

4 結語

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

2、地鐵滲漏水治理技術近年來得到了快速的發展，很多觀點、技術已得到工程界的認同和工程實踐的檢驗。但總體上說地鐵防水技術還不夠成熟還有許多方面有待完善和改進，常規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、地鐵滲漏治理技術是一項涉及面廣的綜合技術。它不僅僅是施工工藝的完善及合格材料的應用，更是結合結構治理工藝創新、土體改良、物探分析、新型材料等相關技術的綜合運用。要做好地鐵滲漏水治理需對以上要點深入理解、綜合運用，才能使滲漏水治理更加可靠、持久。

4、通過針對北京某地鐵車站系統性治理技術路線的實施，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。