淺談城市軌道交通隧道結構滲漏的成因與治理

摘要：隨著國家交通運輸行業的快速發展，地鐵隧道施工技術日趨成熟，地鐵隧道越來越普遍。然而，城市地鐵隧道由于受建設條件及運營期材料性能劣化、列車振動、周邊活動、氣候條件等因素影響，導致運營期間出現滲漏水問題，大幅降低了隧道結構的安全性和可靠性，影響地鐵安全運營，因此，隧道結構滲漏成因分析與治理顯得尤為重要。隧道滲漏水是隧道常見的一種缺陷，直觀表現為結構裂縫，成因也比較復雜。因此，本文針對北京地鐵19號線區間隧道在運營期間的滲漏水現象進行深入分析與研究，統計了引起滲漏水的病害特性，針對不同的病害采取不同的處理措施，研究總結出了不同的滲漏水病害治理的常用方法，以期為類似隧道襯砌滲漏水的預防和整治提供借鑒。

關鍵詞：地鐵運營；隧道；結構裂縫；滲漏水治理

中圖分類號：U45 """""""""""""""文獻標識碼：A """"""""""文章編號：

Discussion on the Causes and Treatment of Structural Leakage in Urban Rail Transit Tunnel

FAN Tengfei，ZHANG Wei

（Beijing Rail Transit Operation Management Co.，Ltd.，Beijing 100071，China）

Abstract：With the rapid development of national transportation industry，subway tunnel construction technology has become increasingly mature and subway tunnels have become more common.However，due to the construction conditions and the deterioration of material performance during operation，train vibrations，surrounding activities，climate conditions and other factors，urban subway tunnels cause leakage problems during operation，which greatly reduces the safety and reliability of tunnel structure and affects the safe operation of subway， so it is very important to analyze and control the cause of tunnel structure leakage.Tunnel leakage is a common defect of tunnel，which is directly manifested as structural crack，and the reason is relatively complicated.Therefore，this paper conducted in-depth analysis and research on the phenomenon of water leakage in the tunnel section of Beijing Metro Line 19 during operation，counted the characteristics of the diseases causing water leakage，took different treatment measures for different diseases，studied and summarized different common methods of water leakage disease treatment， hoping to provide reference for the prevention and treatment of water leakage in similar tunnel linings.

Keywords：subway operation;tunnel;structural cracks;water leakage control

1 概述

針對隧道滲漏水病害，國內外學者開展了一系列研究。已有研究表明，隧道滲漏水病害極為普遍，嚴重影響地鐵的運營安全和使用壽命。滲漏水病害會使隧道內部環境潮濕，造成電網短路等事故，并且容易造成軌道濕滑，減小輪軌間的摩擦力，影響地鐵運營安全；潮濕環境將加劇管線、軌道等部件的腐蝕損壞，嚴重縮短地鐵運營設備的使用壽命。例如剛開通不久的北京地鐵19號線，在起新區間，上行K30+065處，因滲漏水嚴重，導致接觸網絕緣子被擊穿，接觸網無法送電。滲漏水有時還會裹挾周圍的土顆粒、泥沙，造成水土流失，使隧道產生不均勻沉降，導致隧道連接處等薄弱部位損傷，并造成接縫張開、錯臺擴大，繼而引發更為嚴重的滲漏水，形成惡性循環。通過調研發現，在隧道運營過程中的其他病害，如結構裂縫、不均勻沉降、拱頂沉降等，多由滲漏水直接或間接引起。隨著盾構隧道服役時間的增加，更多的滲漏水病害會暴露出來。另外，隨著交通基礎設施的完善，我國隧道建設步伐將放緩，可以預測我國隧道工程將由建設高潮期轉入運營維護期。因此，隧道滲漏水防治具有重要的研究意義[1]。

2 隧道滲漏水的成因

2.1 環境因素

隨著時間的推移，建筑物周圍環境發生變化。北京地區由于南水北調工程導致北方地區地下水水位上升，在2016年勘察時，北京市地下水位處于地表以下23 m～25 m，2022年再勘察時，北京地區地下水位線上升約8 m，導致地下建筑物水壓增大，防水壓力增大（見圖1）。設計之初，防水壓力小，設計方案未考慮水位上漲等因素，工程建成后地下水位升高，從而造成水壓過大，引起滲漏。

2.2 設計原因

在地鐵隧道設計過程中，因鉆探勘察存在局限性，造成設計者對水文地質具體情況掌握得不夠全面，再加上錯綜復雜的地質情況，所以不能準確、有針對性地做出地下水防治方案。此外，對地下建筑物的使用功能不夠了解，防水設計未能與實際使用相結合，只考慮了理論方案，進行了傳統的演算和模擬，沒有特殊部位設計處理方案，比如，在北京地鐵19號線運營過程中，汛期降雨導致大量地表水滲入地下，使地下水壓短時增大，從而導致隧道周圍應力增大，施工縫、變形縫、后澆帶等細部構造處理不當，稍有變形，在使用過程中會出現多處滲漏，使之成為滲漏隱患（見圖2）。

2.3 材料因素

防水材料是構筑物防水能否起到作用的關鍵，其能決定防水質量。隨著我國科技的迅速發展，新型建筑防水材料種類繁多，然而、無論采用何種材料，都必須面對與混凝土面結合的耐久性問題，這是影響防水堵漏效果的關鍵因素。在某些滲漏水治理工程中，由于防水材料與混凝土結合面處理不妥當，在短時間內就會出現脫落剝離的現象，最終導致防水功能失效，所以，應考慮材料的特性，針對不同形式的滲漏水，采取不同的防水材料。

2.4 施工因素

施工過程中，人為因素占據較大比重，施工作業人員整體素質參差不齊。在實際施工過程中，存在作業人員盲目追求施工進度，忽視施工質量的問題。例如，防水卷材粘貼不牢、穿墻管件的防水構造未能按照設計要求完成以及防水混凝土的質量控制不合格等問題，均為隧道使用埋下了隱患。

2.5 使用原因

安裝設備時，在結構內側，打螺栓孔固定設備，致使防水層破壞，使其漏水，是較為常見的一種現象。隧道內常需要多種安裝設備，土建結構是唯一的構筑物，在不破壞結構的情況下，將設備固定牢固，仍是一個待研究的課題[2]。

3 隧道滲漏水的形式

通過對北京地鐵19號線滲漏水點位的統計與分類，滲漏水的形式主要表現為以下幾種狀況。

波動滲漏：當地鐵列車通過時，土建結構受到強烈震動沖擊波的影響，導致隧道結構裂縫及車站結構裂縫并發生滲漏，當列車通過以后，滲漏即刻停止。

滲漏：滲漏的程度不同，較嚴重者用干布擦后，可觀察到多個小水珠外溢，短時間內即濕潤一片；輕微滲漏呈持續濕潤狀態，半天或數小時后，濕潤區域逐漸擴散。

潛流：隧道結構的漏水會沿著結構裂縫流出，水流較明顯，能看清水流方向，流速較快，最終形成一股略微帶壓的水流。

4 滲漏水治理

針對北京地鐵19號線滲漏水情況，制定了滲漏水治理方案（見圖3）。

4.1 治理原則

滲漏水治理原則為“注漿堵水、合理引流、綜合治理”，先進行二襯背后注漿，再對隧道內的點漏、線漏、面漏問題進行處理。重點對拱部及兩側范圍內結構的脫空區及襯砌內部結構缺陷部位進行填充注漿。

4.2 制定合理方案

施工中，應針對不同施工作業內容制定相應的治理方案，明確項目的具體工藝方法、相關參數、所用工具及材料。針對滲漏水治理應考慮以下問題。

1） 查明滲水原因。組織人員到現場實地考察，結合現場滲漏情況、地勘報告、檢測結果，找到滲漏水的原因。經過對北京地鐵19號線運營一周年數據調查統計發現，車站和隧道滲漏原因如下：①混凝土收縮裂縫滲漏；②盾構管片注漿孔封堵不嚴導致滲漏；③預埋管件細部防水構造未有效處理導致滲漏；④施工縫滲漏；⑤變形縫接水盒連接處滲漏。

2） 選擇合理的防水材料。針對北京地鐵19號線出現的滲漏水情況及其他地鐵線路的堵漏數據，最終確定，對于結構裂縫和施工縫，采用化學灌漿工藝，注漿材料可選用環氧樹脂、丙烯酸鹽兩種漿液，也可使用兩種漿液的混合漿液；對于結構背后空鼓、大面積滲漏水的問題，使用注入水泥漿+水玻璃工藝，材料選用普通硅酸鹽水泥；對于盾構管片注漿孔滲漏，使用堵漏靈封堵，再化學灌漿，灌漿材料可選用環氧樹脂、丙烯酸鹽兩種漿液，也可使用兩種漿液的混合漿液。

4.2.1 結構裂縫滲漏處置措施

隧道結構裂縫，首先在裂縫兩側進行斜向打孔，打孔位置距離裂縫3 cm～5 cm，打孔深度距離迎水結構面5 cm～10 cm，然后用壓注法灌注縫隙。經灌注止水后，內墻面再隨即涂刷兩遍環氧樹脂漿液。滲水嚴重的結構裂縫，可使用堵漏靈（速干水泥）進行表面臨時封堵，然后打孔注入環氧樹脂灌漿料（見圖4）。

4.2.2 預埋管件滲漏處置措施

地鐵車站及區間隧道的預埋穿墻管件多為鋼管，部分為鍍鋅鋼管，混凝土與預埋管件的黏結性較低，再者，混凝土本身特性易收縮，因此預埋管件處容易發生滲漏。該處滲漏可選微膨脹的剛性封堵材料，根據封堵效果，視情況決定下一步處理措施。當流量過大時可采用化學方法注漿，將漏水縫隙封堵后，再進行管件封堵。

4.2.3 變形縫滲漏處置措施

變形縫滲漏是地鐵車站常見的現象，變形縫受氣候條件影響，車站結構會有不同的變形。在冬季，車站結構會隨著溫度的降低而收縮，變形縫會隨之增大，進而導致漏水。北京地鐵19號線草橋站，車站中部變形縫最大變形約7 cm，每年冬季都會發生滲漏水現象。對于變形量較大的變形縫滲漏，采取了引流方式；對于一般變形較小的變形縫滲漏，例如北京地鐵19號線新宮站中部變形縫，采用了化學注漿的治理方法，當滲漏水較小時，固定在變形縫下面的接水盒發揮作用，將水引走，保證接水盒密封效果良好即可。

4.2.4 施工縫滲漏處置措施

總體來看，施工縫防水構造是相對較薄弱部位，在施工過程中，施工縫往往采用止水帶+遇水膨脹止水膠進行防水，但是在混凝土澆筑作業時，經常會發生止水帶偏移和變形，止水膠被混凝土破壞，從而導致防水措施失效。

運營過程中的地鐵線路，施工縫已成型，基本不會通過破除混凝土而去重新布置止水帶，一般選擇對施工縫進行封堵，采用化學注漿方法，漿液使用環氧樹脂、丙烯酸鹽，或者二者的混合液。

4.2.5 大面積滲漏水處置措施

當隧道結構大面積滲漏，若環氧樹脂及丙烯酸鹽灌漿料無法有效封堵該部位，可采用水泥漿或者水泥漿+水玻璃漿液填充空隙，達到減少滲透量，解決滲漏水的問題。完成空隙填充后，再使用化學注漿方法，對裂縫及施工縫進行加固補強，從而有效解決滲漏水問題[3]。

5 結語

綜上所述，地下工程屬于隱蔽工程，且長期受地下水位變化的影響，施工中采用的防水措施一旦失效，不僅不易修繕，還影響站內和隧道內設備的使用，隨著時間的推移，混凝土逐漸腐蝕，固定在混凝土結構上的設備會有松動、脫落的隱患。因此修建地下大型地鐵設施時，設計階段一定要綜合考慮水位、周邊環境的影響、周邊地形的變化等因素；施工階段，要嚴格把控防水質量和混凝土施工質量。本文結合北京地鐵19號線區間隧道和車站的治理效果，提出運營中的地鐵構筑物滲漏水治理方法。首先優先使用水泥漿進行治理，以實現大部分滲漏水區域的有效治理；其次，采用化學注漿方法進行加固處理，使用注環氧樹脂或者丙烯酸鹽進行注入，操作方便快捷。雙重注漿，可有效治理滲漏問題。

參 考 文 獻

[1]楊永剛.地下水對地鐵工程的影響及防治對策研究[J].中小企業管理與科技，2019（9）：115.

[2]劉德軍，仲飛，黃宏偉，等.運營隧道襯砌病害診治的現狀與發展[J].中國公路學報，2021，34（11）：178-199.

[3]董飛，房倩，張頂立.北京地鐵運營隧道病害狀態分析[J].土木工程學報，2017，50（6）：104-113.

編輯：楊洋