巖溶區地鐵結構滲漏水病害分析與整治技術

羅立娜

摘 要：巖溶隱蔽、富水、變化的特點致使巖溶區地鐵結構滲漏水病害尤為嚴重，危害地鐵運營安全。文章通過深入分析巖溶區地鐵結構滲漏水病害成因，指出應通過襯砌表觀病害檢查、地鐵沿線巖溶探查和地鐵結構長期監測等方法及時掌握地鐵襯砌結構滲漏水情況及周邊巖溶發育狀況。針對性地總結出一套富水巖溶區地鐵結構滲漏水病害整治技術，可為從事地鐵養護工作的技術人員提供參考。

關鍵詞：地鐵結構;巖溶區;滲漏水;病害分析;整治技術

近年來，地鐵建設蓬勃發展，施工技術日新月異，穿越膨脹土、溶洞、褶皺、斷層等各種不良地層和特殊地質段已屢見不鮮，其中不少地鐵工程修建在富水巖溶地層中，如長沙地鐵3號線、武漢地鐵6號線、廣州地鐵9號線、大連地鐵5號線等[1-5]。巖溶隱蔽、富水、變化的特點致使巖溶地區地鐵滲漏水病害尤為嚴重，對地鐵結構、內部設施、周邊環境產生不良影響，危害地鐵運營安全。富水巖溶地區地鐵結構滲漏水病害處治是對我國地鐵工程養護管理工作提出的又一挑戰。

1 巖溶發育機理

巖溶是可溶性巖石（碳酸鹽類、硫酸鹽類和鹵素類巖石）在具有溶解能力的地下水的溶蝕作用下產生的各種地質作用、形態和現象的總稱。可溶性巖層和有溶蝕能力的流動地下水是巖溶發育的基本條件 [6]。

在可溶性巖石中，不溶性碳酸鈣（CaCO3）受到水（H2O）和二氧化碳（CO2）的作用形成微溶碳酸氫鈣（CaHCO3）以及CaHCO3重新分解的過程，使巖層逐漸受到溶蝕的作用而形成形態各異、大小不一的溶洞。

2 滲漏水病害成因

2.1 設計、施工、材料等因素

經調研發現，設計、施工、材料等因素[7-8]是導致地鐵工程出現滲漏水病害的直接原因，主要包括：地鐵工程防排水設計疏漏或不合理、施工單位未按圖紙施工、施工質量不到位、防水層不密貼、管片縫隙大、防水材料老化、混凝土碳化、腐蝕等。

2.2 巖溶區地下水豐富、承壓水水頭高

巖溶地區地下水儲量豐富，以裂隙水、溶蝕裂隙水、巖溶管道水、溶洞水的形式不均勻地賦存于巖層的洞穴和裂隙中。富集的巖溶水往往對地鐵結構產生較大的水壓力[9-10]，一旦地鐵結構出現裂縫或局部地段出現防水薄弱環節，巖溶地下水便會引入地鐵內部，造成滲漏水病害。

2.3 巖溶發育引起地鐵結構不均勻沉降

運營期監測數據表明，當地鐵穿過巖溶區時，局部地段的結構變形會一直持續增加，甚至有的地段還出現突然下沉的情況。經分析，在運營期間，造成巖溶區地鐵結構不均勻沉降的主要原因如下：

（1）在流動地下水的侵蝕下，可溶性巖石裂隙及溝槽逐漸擴寬，原有巖溶洞穴規模不斷擴展，新的溶洞不斷形成;

（2）地鐵車輛振動及周邊建筑工程施工所產生的外加荷載、抽排水等，加速巖溶發育，甚至破壞原有溶洞的穩定，造成坍塌[11-12]。

巖溶發育或坍塌致使地鐵結構產生嚴重的不均勻沉降，造成結構開裂、管片接縫增大、管片錯臺（圖1）、變形縫錯位等情況，為地下水滲入地鐵內部打開通道，給地鐵運營安全帶來不利影響。

2.4 不溶性物質沉積堵塞排水通道

滲入地鐵的地下巖溶水經泄水槽、排水溝、泄水孔等排出時，水中部分可溶物質CaHCO3會慢慢分解出不溶性物質CaCO3，同時，地層中的泥砂也會隨地下水進入地鐵排水系統，這些物質經水的搬運，在排水通道的低洼、轉彎、接頭處逐漸沉積（圖2），隨著時間的推移，沉積物越來越多，致使地鐵內部排水系統不暢，出現局部積水、串流現象[13]。

3 滲漏水病害調查

3.1 襯砌表觀病害檢查

為及時發現滲漏水病害，控制滲漏水進一步發展，地鐵檢修人員定期對襯砌結構有無滲漏水現象進行檢查。如發現滲漏水，首先檢查滲漏水部位的范圍和出水形式，再采用秒表、溫度計、pH值測定器、導電計等工具進一步測定水的流量、溫度、pH值、導電度等[14]，判斷滲漏水病害的發展程度以及是否對襯砌結構存在劣化作用。

除采用人工檢查法外，還可采用現代化智能檢測手段檢查襯砌表觀滲漏水病害，如紅外線溫度場照相技術測量出水點，多光譜分析測量墻體表面的濕塊，激光掃描檢測技術[15]識別分析滲漏水的數量、面積等幾何特征。

3.2 地鐵沿線巖溶探查

探查地鐵周邊巖溶發育情況是富水巖溶區地鐵養護維修的一項重要工作。運營期間，技術人員通過水準儀、攝像測量、收斂和光纖監測系統采集水平位移、垂直位移、收斂變形等數據，對地鐵結構狀態進行評估。如發現異常，應及時采用跨孔高密度電法、地質雷達、跨孔地震CT（Computed Tomography）等物探技術[16]查明地鐵周邊溶洞的位置、形態、大小及地下水流向。相關單位收到探查報告后應立即采取措施預防滲漏水病害的發生或控制病害進一步發展。

4 滲漏水病害整治

4.1 巖溶區地鐵養護管理

巖溶區地鐵養護管理是有效預防和減少地鐵結構滲漏水的重要保障。在地鐵運營過程中，為提升地鐵養護管理水平，可采取以下措施。

（1）建立地鐵項目全生命周期管理系統。地鐵工程歷經百年，巖溶在此期間不斷發育變化。全生命周期管理系統有利于技術人員及時、準確地掌握地鐵建設基礎數據和養護數據，科學評估巖溶發育規律，全面診斷地鐵結構滲漏水狀況，做到早預防、早發現、早治理。

（2）制定管理辦法和作業標準。面對繁重的巖溶區地鐵養護工作，技術、管理、監督各部門齊抓共管，制定預養護[17]作業管理辦法，做好日常巡檢、定期探查和長期監測工作，按照作業標準治理滲漏水病害，同時，加大監督力度，保證養護維修的及時性和耐久性。

4.2 襯砌背后巖溶處治

車站結構底板下10 m內、區間結構底板下6m內、結構兩側3m內和結構頂部以上3m內的溶洞均需治理。根據溶洞充填狀況，采取排、堵、填結合的方式對溶洞進行處治，具體措施[18]如下：

（1）對無巖溶水的溶洞，全充填溶洞，直接向洞內灌注漿液充填擠密;

（2）對有巖溶水的溶洞，先抽出巖溶水，再向溶洞內充填粗骨料，最后注漿擠密;

（3）對破碎帶、溶溝、溶槽中賦存的承壓地下水，為切斷水力聯系，降低地下水對襯砌迎水面的壓力，應先引排，再注漿截堵。

在充填和封堵過程中，注漿漿液采用水泥漿或雙液漿，注漿參數根據現場監測數據進行調整，如出現異常，應降低注漿壓力或改用間歇式注漿，直至注漿結束。

4.3 結構表觀滲漏水處治

地鐵襯砌結構表觀滲漏水分為點狀漏水、線狀漏水和大面積漏水，多發生在混凝土缺陷表面、管片孔洞及各種接縫處。根據滲漏水的流量和部位，一般采取以下處治措施。

（1）混凝土表面點狀漏水或線狀漏水時，先沿滲水區域開鑿槽清洗，再涂刷環氧砂漿，待基面干燥后用快凝材料封堵，最后在表面涂抹防水砂漿。

（2）大面積襯砌結構滲漏水時，將水先匯集一點或數點，再集中堵塞滲漏點。如效果不理想，可鑿槽引排。

（3）結構“三縫”（變形縫、伸縮縫、施工縫）滲漏水時，以引為主，以堵為輔。先沿縫剔除槽中雜物，再沿槽擴寬擴深，埋設排水管引水至邊溝，最后外封密封膏或止水條。如“三縫”附近滲水嚴重，還需在滲漏水處壓注漿液止水。

（4）管片縫滲漏水時，先清出縫內雜物，查清滲漏部位，再在滲漏部位的兩端鉆孔深至管片密封橡膠條的終止孔處，接著在拼縫處布孔埋管，依次注入漿液，待漿液凝結后斷管封孔，最后做縫面修飾處理。

（5）襯砌破損但尚未出現滲漏水時，如破損范圍小，可直接在混凝土表面用環氧樹脂嵌補;如破損范圍較大，影響到結構安全，則需對破損襯砌進行碳纖維或掛網加固。

（6）定期疏通泄水槽、排水溝、泄水孔等排水通道，并根據積水情況通過開槽引流、增設引流管等手段完善部分地段的排水系統[19]。

4.4 不均勻沉降專項整治

在對巖溶區地鐵進行日常維護時，如發現地鐵結構已出現嚴重的不均勻沉降，應立即組織人員進行專項整治。主要治理措施如下。

（1）抬升和穩固地層。根據地鐵沉降狀況，以“多點、均勻、少量、多次”的方式，采用水泥—水玻璃雙液漿進行微擾動注漿，均勻加固土體，控制抬起量，使地鐵結構恢復原有狀態[20]。

（2）加固襯砌。對地鐵結構因不均勻沉降產生的裂縫或破碎，可采用張貼芳綸布加固或施作鋼板環加固。

（3）堵漏。地鐵不均勻沉降往往會引發結構接縫處或結構裂縫處滲漏水。一般情況下，采用上文中所述的處治措施進行滲漏水病害整治;若堵漏效果不明顯，則還應在襯砌背后進行隔斷注漿。

5 結語

本文結合巖溶區地鐵結構滲漏水病害問題，對國內多條地鐵展開了充分的調查研究，從巖溶發育機理、巖溶特性和設計、施工等方面分析了滲漏水病害成因，指出在長期調查巖溶區地鐵結構滲漏水病害的基礎上，根據襯砌結構滲漏水狀態，結合襯砌背后巖溶發育情況，采取“多種手段綜合運用，巖溶、結構整治雙管齊下”的方式治理病害，確保地鐵運營安全。

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收稿日期 2019-10-08

責任編輯 宗仁莉