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堵漏公司讲解隧道渗漏水病害的预防与治理
文章作者:堵漏公司 上传更新:2018-06-18 22:16 来源:
隧道渗漏水是国内外隧道常见病害之一,有关资料统计,1990年,日本建成通车的公路隧道6705座,总长1970Km,其中运行条件恶化隧道占隧道总数的23.9%,其中大部分为衬砌开裂渗漏水。根据我国有关部门统计,1997年,我国铁路隧道5000多座,总长2500Km,其中因渗漏水影响运营的达1502座,占隧道总数的30%左右。
隧道渗漏水主要表现为拱部漏水、边墙淌水、施工缝、变形缝及混凝土裂缝渗漏水,隧底道床及路面积水和隧底翻浆冒泥等。
由于隧道渗漏水,增加了隧道内空气的湿度,造成钢轨、通讯、照明等设施的损坏,据铁路工务部门统计,渗漏水隧道钢轨的使用周期约为正常状态下的一半;由于道床及路面积水,特别是隧底翻浆冒泥,直接危及隧道的使用功能,造成不应有的交通事故;隧道渗漏水还加快了衬砌混凝土的碳化速度,特别是有腐蚀性的地下水,破坏了混凝土的结构,减少了隧道的使用寿命;隧道渗漏水还可能降低地下水位,对生态环境造成破坏;严寒地区隧道,渗漏水的危害更大,由于冬季渗漏水结冰,形成冰柱,侵入限界,造成行车事故,年复一年的冻融循环,破坏了混凝土结构,更有甚者,隧道渗漏水结冰,堵塞了整个隧道,使建成尚未投入使用的隧道报废。
由于隧道渗漏水的普遍性和严重的危害性,引起了工程界的高度重视,不少专家学者和堵漏公司对此进行了研究。
2、隧道渗漏水发生的原因分析
隧道渗漏水产生的原因是多方面的,有客观存在的原因,但更多的是人为因素造成的。分析隧道渗漏水发生的原因,以利于有针对性的预防和整治。
2.1 隧道的开挖使地下水渗流场发生了改变,隧道周边的地下水集中向隧道方向排泄
多年来,赋存于地层中的地下水按照由高压力区向低压力区渗透、补充、排泄的规律,形成了自己的正常渗流场和循环系统,通过正常的循环系统,保持了地下水的基本稳定。
隧道的开挖,在原有地层中形成了一个“空洞”,破坏了原地下水的平衡状态,形成了地下水的低压力区,改变了地下水的地下径流方向,向着开挖后的隧道方向汇集。研究表明,隧道开挖后,在隧道周围一定范围内形成了围岩松动区,在此范围内,由于地层的原始地应力的调整,围岩产生变形,裂缝张开,从而使地下水沿张开裂缝流入隧道,而在离隧道开挖轮廓线较远处,地层未受到扰动,地下水的径流路线仍按原来的规律进行(如图1)。
在可溶岩地段,一旦隧道开挖时揭开溶管、溶隙、溶洞和暗河,岩溶水就会大量涌入隧道。
由于地下水径流路线的改变使流入隧道附近的地下水量增多,给隧道渗漏水创造了充分的条件。
2.2隧道防排水设计上存在诸多漏洞
长期以来,人们对隧道渗漏水的病害的危害性认识不足,因此在隧道设计上存在重结构、轻防水的倾向。就拿现行的《铁路隧道设计规范》来讲,在长达112页的规范中,“防水与排水”一章仅有区区4页,而且大都是原则性的条文;在隧道设计时,许多设计人员对结构强度、刚度及稳定度进行多次计算、验算(这是很必要的),但除了水沟断面尺寸外,很少有人对防排水进行计算,即使在高水压地段水压值的计算,也只是考虑结构设计的需要。在较长时间内,对隧道防水最薄弱的底部,即使软岩或遇水易软化的岩石(如泥岩),既不设仰拱,又不铺底,放任地下水侵入道床,形成翻浆冒泥,危及行车安全。施工缝、变形缝处理材料只是按工程类比法(有些比较还并不同类)选用,很少按材料性能、地下水压力等进行计算。所有这些,都给隧道渗漏水埋下了隐患,致使有些隧道出现漏水病害后,设计单位与施工单位互相扯皮,质量难以保证。
可喜的是,目前铁道部已对隧道渗漏水病害给予了高度重视,《铁路隧道设计规范》已着手修改,“防水与排水”一章的内容增加了很多,有些应用效果不好或尚未完全成熟的防水材料未纳入,防水的重点部位给予了加强,各设计部门也重视了隧道防排水设计,这对预防隧道渗漏水是个好兆头。
2.3 隧道施工质量控制不佳,是隧道渗漏水发生的主要因素
2.3.1防水混凝土未达到预期的防水效果。
在隧道结构防水中,防水混凝土是防水的主体,只要让主体达到防水效果,其他问题就比较容易解决了。
但是在目前的防水混凝土施工中,违规作业的现象时有发生。
(1)不按设计配合比配制防水混凝土,特别是随意加水的现象并不罕见。
(2)不按规定浇筑混凝土。在浇筑高度大于2m的情况下,不采取任何措施进行浇筑,造成混凝土离析。
(3)未按规定进行混凝土振捣,致使混凝土不密实。
(4)拆模时间过早。
(5)未按规定的时间养护。
这些情况虽不是普遍存在,但的确不乏其例。
由于以上情况存在,造成混凝土衬砌不密实,表面蜂窝麻面现象严重,衬砌开裂,给地下水的渗漏开辟通道。
2.3.2 施工缝、变形缝处理时,操作不细,防水材料形同虚设。
施工缝、变形缝是隧道防水的重点,也是隧道渗漏水的多发部位,必须进行认真细致的处理。
但在实际施工中,存在着马虎、粗糙的现象:
(1)中埋式止水带固定不牢,浇筑混凝土时有卷起现象。
(2)止水条安放不规范,不按规定镶入槽内,而是随意粘贴或钉在接头混凝土表面,造成扭曲、变形;即使设了镶嵌槽,也不把灰土和浮碴清理干净。
(3)施工缝、变形缝处混凝土振捣不到位,止水带和止水条与混凝土不密贴。
由于以上原因,隧道建成后施工缝、变形缝渗漏水几率最高,有关资料表明,施工缝、变形缝渗漏水占隧道总渗漏水的60%以上,个别工程甚至出现“见缝必漏、无缝不漏”的现象,不得不花费高昂的代价进行整治。
2.3.3 隧道基底处理不到位,地下水隐蔽在底板以下,造成隐患。
隧道底板是防水最薄弱的部位,在以往的隧道设计中,底板不采取任何防排水措施,仅靠仰拱或铺底混凝土进行防水。但施工中经常出现漏洞,主要是基底处理不干净,有残留的泥水,在浇筑时,混凝土不能和地层紧密结合,中间存在泥沙夹层,影响了混凝土的质量,给防水造成了很大的隐患。隧道运营后,在列车动载及冲击荷载的作用下,隧道底板破裂,地下泥水便从下面冒出,轨道变形,直接危及行车安全。
2.3.4 塑料防水板千疮百孔,防水只是一句空话。
塑料防水板是复合衬砌结构防水中一道重要的防线,也是我国隧道结构防水的一大进步。二十多年来,塑料防水板从选材到无钉铺设、机械双焊缝等施工工艺都有了长足进步,塑料防水板在许多工程上都起到了防水、抗裂的作用。
但就在目前,塑料防水板的铺设也不尽人意。
(1)不采用无钉铺设工艺,仍用“铁钉”将塑料板钉在铺设基面上,而对穿透的钉孔不做任何处理。
(2)焊接工艺不过关,漏焊、焊穿现象仍有发生。
(3)对铺设好的塑料防水板保护不够,防水板被扎破、烧破,在二次衬砌前也很少对破损处修补。
对于塑料板的破损,有人讲,“打把破伞总比不打伞好”。实际上,塑料板与二衬混凝土之间不会粘贴,总留有透水间隙,只要塑料板漏水,就会一漏百漏,而且治理时寻找水源也非常困难。
2.3.5 隧道排水形不成体系,不能有效地排除衬砌背后的积水。
隧道与地下工程防水原则是:“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”。因此有限制地排出衬砌背后的地下水,减小地下水对衬砌的压力,也是结构防水的关键所在。
但目前隧道施工中,虽也建立了防排水体系,但由于种种原因,常使体系功能失效,如在二衬或注浆施工中,由于对排水盲沟、盲管未进行有效的保护,砂浆、浆液堵塞了盲沟、盲管,起不到排水作用;有的不设泄水孔或泄水孔堵塞,上部盲沟、盲管的水排不到排水沟中。这样,衬砌背后地下水越积越多,就在衬砌薄弱地方渗流排泄出来。
施工方面的原因主要就是这些。隧道防排水施工是个细致的工作,稍不注意,就会出现漏洞。
2.4 防水材料选择失当,不能满足长期防水需要
近几年来,隧道与地下工程防水材料迅速发展,防水注浆材料、混凝土外加剂、各种止水带、止水条、嵌缝防水腻子、渗透结晶型材料等,应有尽有。在众多生产厂家蜂拥而至的情况下,难免会发生鱼目混珠的情况。有些标称为橡胶防水腻子中根本无橡胶成份,抗水性极差,在水中浸泡很短时间便崩解;有些厂家生产的双面复合无纺布的塑料防水板,边上厚、中间薄,更有甚者,中间仅是两层无纺布复合,根本就没有塑料板;止水带、止水条的橡胶成份低,力学性能达不到使用要求;排水盲管刚度小,混凝土浇筑压力将其挤扁等等。虽然这些伪劣产品不是材料的主流,但如果不认真鉴别,不认真选择,一旦使用,定将后患无穷。
由于以上主客观原因的存在,隧道渗漏水现象屡屡发生,“十隧九漏”的说法虽显得有些夸张,但隧道渗漏水的确成了普遍存在的隧道病害,并以此为源,引发着隧道其它病害的发生,严重地危害着隧道结构和运营安全。
3、隧道渗漏水病害的预防
通过以上分析,隧道渗漏水发生的原因是多方面的,而且人为因素占主导地位,为了减少隧道渗漏水病害的发生,就必须采取相应的预防措施。
3.1 重视隧道防排水设计工作,完善隧道防排水设计
隧道防排水质量与防排水设计关系非常密切,隧道设计工作者要对防排水设计给予高度的重视,把防排水设计和结构设计放在同等重要位置上去对待,隧道防排水质量一定会有大的提高。
隧道防排水设计的内容,参照GB50108-2001的规定,结合隧道工程的特点,应该包含以下内容:
(1)工程的防水标准及应采用的工程措施。如采用多道防线防水,还应规定每道防线应达到的标准。
(2)防水混凝土的抗渗等级和其它技术指标,质量保证措施。
(3)塑料防水板的材料及性能指标,质量保证措施。
(4)接缝及预埋件安装处理的防水材料及性能指标,质量保证措施。
(5)隧道的内、外(明、暗)排水系统、材料及性能指标,质量保证措施等。
3.2 采取措施,尽量隔断或减少地下水向隧道方向的渗流
隔断或减少地下水向隧道方向渗流,是防止隧道渗漏水的主动性措施。其主要措施为:
3.2.1 浅埋隧道洞口、隧道上方的洼地要填平,对可能渗入隧道中的池塘、沟渠进行疏浚、铺砌,减少池塘或沟渠水下渗。
3.2.2 隧道开挖时,尽量采用光面、预裂等控制爆破技术,尽量减少开挖对地层的扰动,缩小爆破引起的松动区,从而减少地下水对隧道的危害。
3.2.3 在高压、富水、破碎、软弱围岩地段,开挖前进行全断面或帷幕注浆,在开挖隧道周围形成一层一定厚度的不透水或弱透水的防水帷幕圈,防止或减少地下水向隧道渗流。
3.3 强化防排水工程施工管理,确保防排水工程质量
强化防排水工程的施工管理,提高防排水工程质量,是预防隧道渗漏水的关键所在。
3.3.1 严格按防排水设计和施工规范进行施工,对设计图上允许选择的如盲管位置、泄水孔位置等,必须征得有关部门的认可,不得自行其事,不得违规操作。
3.3.2 隧道防排水工程大多是隐蔽工程,因此要强化隐蔽工程的检查验收制度,上道工序验收不合格,不得进行下道工序施工。
3.3.3 要由有防排水工程施工经验的人组织和进行施工,必要时可委托有防排水施工资质的专业队伍进行施工。
3.4 选用物理力学性能可满足防水要求、稳定性及耐久性好的防水材料
隧道工程是百年大计,隧道防水也必须满足隧道使用年限的要求,为使隧道防水可靠,必须在众多的防水材料中进行试验、检验,挑选出物理力学性能满足防水要求、稳定性及耐久性好的,防水材料用于防排水工程之中。
多年来,隧道渗漏水成了难以解决的痼疾。究其原因,就是认识没提到应有的高度,总认为隧道渗漏水无关大局;措施上不到位、施工不精细、材料不配套等。只要大家都认识到隧道结构防水的重要性,采取强有力的措施、精心设计、精心施工,隧道渗漏水现象是完全可以预防的。
4、隧道渗漏水的治理
隧道渗漏水形式多种多样,但其渗漏水机理是一致的,即渗水处与结构外地层存在水力联系或结构存在渗水通道。渗漏水治理时需仔细分析渗漏水成因,从根本入手,采取针对性的措施,才能较为彻底地根治渗漏水,切不可盲目封堵,治标不治本,否则只能欲速则不达,事倍功半。
根据渗漏水产生机理及施工经验,渗漏水治理施工应遵循“排堵结合、刚柔相济、因地制宜、综合治理”的原则。以下几种渗漏水形式进行针对性的治理。
4.1 施工缝及混凝土裂缝渗漏水治理
施工缝及混凝土裂缝渗漏水在隧道及地下结构渗漏水现象中较为普遍,产生的主要原因是施工缝止水带老化、脱落、止水带(条)安设不规范或混凝土产生冷缝、开裂等,从而导致衬砌后地下水沿裂缝渗漏。
对于施工缝及混凝土裂缝渗漏水治理应“以堵为主”。主要采用HCD高压注浆堵漏施工工艺将易施得DL610聚氨酯预聚体注射到施工缝及裂缝内部形成弹性固结体堵塞缝隙并修复止水带;然后采样易施得HF160防水浆料对裂缝及施工缝做防水处理。
4.2 变形缝渗漏水治理
变形缝渗漏水原因大体上有以下几点:
①止水带(条)安装工艺不到位,造成止水带(条)翻转、扭曲,导致地下水直接通过变形缝渗漏;
②止水材料老化、脱落,降低或丧失止水性能;
③变形缝两侧混凝土振捣不密实,产生渗漏通道;
由于变形缝两侧结构存在发生相对位移的可能,如对其只进行刚性封堵,极易在变形时被拉裂,从而又形成渗漏通道,因此,变形缝处渗漏水可按照“以排为主、排堵结合、刚柔相济、综合治理”的原则进行治理。
首先,沿变形缝台阶形切槽并连通至两侧排水沟或泄水孔,剔除或修复槽底已坏止水带等杂物并清洗干净,将遇水膨胀止水条嵌于窄槽底部,外面用水不漏封堵并用易施得HF160防水浆料柔性防水材料防水处理,然后在槽内嵌入透水弹簧盲管,用PVC半管封盖,盲管同槽壁间空隙用防水腻子密封,最后再用防水砂浆等材料封堵并抹平沟槽。
4.3 大面积渗漏水治理
混凝土施工过程中如存在漏振、过振等因素,导致结构混凝土出现局部不密实、蜂窝麻面等现象,加之隧道施工中对超挖及衬砌后回填不足,就会产生混凝土大面积渗漏水。
出现大面积渗漏水,首先应采用HCD高压注浆堵漏工艺对渗漏点进行注浆,充填混凝土内部空隙及细小裂缝。表面采用易施得HF200渗透结晶防水涂料涂抹。
4.4 基底渗漏水及翻浆冒泥的治理
由于隧道或地下结构基底处理不当,运营后在外力反复作用下,促使地基局部液化或软化,使基底出现裂缝,产生了地下水渗流通道,从而出现地面渗漏积水、翻浆冒泥的现象。
治理基底渗漏水及翻浆冒泥最直接有效的方法是先采用压密注浆对基础进行加固处理,再采用HCD高压注浆施工工艺进行堵漏处理。
4.5 特殊部位渗漏水治理
特殊部位的渗漏水指预埋件、电缆灯具支架、螺栓孔及预留孔洞等部位的周边渗漏水。其产生原因往往是由于结合处混凝土振捣不密实、周边防水处理工艺不完善。如长期渗漏水不仅影响到结构防水,还可能造成电讯故障,危及运营安全。
特殊部位渗漏水虽然渗水量小,一般HCD高压注浆堵漏施工工艺将易施得DL610聚氨酯预聚体注射到施工缝及裂缝内部形成弹性固结体堵塞缝隙并修复止水带;然后采样易施得HF160防水浆料对裂缝及施工缝做防水处理。
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