山岭隧道排水盲管白色结晶物形成原因分析及相关问题探讨

许彦辉

摘要：在我国铁路隧道施工过程中，经常会发现排水盲管处有白色结晶物质存在，严重的甚至造成排水盲管堵塞，本文对白色结晶物形成的原因进行了分析，并对其危害、防治措施进行了探讨，对此类工程的施工有一定的借鉴意义。

关键词：排水；结晶物形成原因；分析；探究

中图分类号：U455.49 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）22-0151-01

1白色结晶物的可能来源

1.1围岩。当地下水流经石灰岩等富含碳酸钙矿质的岩层时，将会携带有大量的钙盐物质。流水进入隧道区域后，在管道内流速较缓或存有积水的部位将会产生钙质沉淀，经长期的沉淀积累，这些沉淀将会结晶凝结成块，最终堵塞排水管道。

1.2环境水。假如环境水中含有大量硫酸盐或硫酸根离子，这些硫酸盐往往会与混凝土中的氢氧化钙反应生成硫酸钙（石膏）。这些硫酸钙与混凝土中的铝酸钙发生再次发生反应，产生可以析出的硫铝酸钙晶体（钙矾石）。

1.3混凝土原材料。混凝土主要是由胶凝材料，细、粗集料，以及外加剂与水拌制而成的混合体。

首先水泥作为胶凝材料，在影响白色结晶物形成的原因上，占据决定性因素。水泥产品通常含有2-3种组分，即水泥熟料、石膏和混合材料。其中，水泥熟料的主要成分有3CaO-SiO₂，2CaO·SiO₂，3CaO·Al₂O₃及4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃四种。其组分当中CaO的含量占到了60%之多。这四种熟料矿物都能够与水发生反应，生成相应的水化产物。水化产物中一种主要的成分是Ca（OH）₂，Ca（OH）₂是一种白色的晶体，极易溶于水，并能与C02相结合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃），晶体。因此，商品混凝土表面若出现白色物质，其中大部分可能的成分就是CaCO₃、Ca（HCO₃）₂和Ca（OH）：晶体。其次水泥产品中另一重要组成成分是石膏，其化学式为CaSO₄·2H₂O。石膏在水泥中起到调节凝结硬化时间的作用，所以是水泥产品中必要的矿物。石膏中的硫酸根极有可能与某些金属离子结合成相应的硫酸盐，而少部分硫酸盐同样也会以白色晶体的形式从混凝土当中析出。

1.4实例分析。某西南地区隧道排水盲管形成白色结晶物，通过对该地段的围岩、环境水取样进行检测分析，该地段围岩为砂岩，属于沉积岩，不属于石灰岩，碳酸钙含量低，环境水中硫酸根含量为为130mg/ml，含量极低，基本上可以排除围岩和环境水对白色结晶物形成的影响。通过对白色结晶物取样检测分析，取适量样品置于试管内，加入少量的水，试管右侧连接一导管，导管插入另一试管且装有澄清的石灰水溶液中，发现一部分溶解，另一部分仍以固态存在，加入少量的稀盐酸后，迅速产生大量的气泡，且右侧的试管明显有浑浊现象。另取适量白色结晶物置于已烘干至恒重并事先称量好的瓷坩埚中，将其一并称量后放入高温电阻炉中，加热至900℃灼烧至恒重，样品取出干燥冷却后，称量灼烧后坩埚与样品的重量，由此得出样品灼烧后的质量有所减少。由此可以得出白色结晶物中含有大量的碳酸盐，尤以碳酸钙晶体和碳酸氢钙晶体居多，并且来源应主要为混凝土原材料及水化产物。

2排水盲管堵塞造成的危害

当隧道排水盲管堵塞后，大量积水将会留存于衬砌背后，如果得不到及时治理，就会导致以下后果：（1）积水过多而使水压力较大时，衬砌难以承受压力，致使衬砌破裂，引发渗漏水现象。当围岩压力过大时，最终可能引起隧道塌方。（2）原先完好的围岩及围岩结构面软弱夹层，受到流水的侵蚀而产生泥化或软化现象，将会失去其应有承载力，进一步加大衬砌压力，导致衬砌变形或破裂。（3）在寒冷或严寒地区，被堵塞于排水管路中的流水与积存于衬砌背后的水在冻融循环的作用下，会造成排水管道与衬砌的冻胀裂损，严重危及排水系统与整个衬砌结构的安全。渗漏水在顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱，地面形成冰锥冰坡等，影响行车安全。

3排水盲管堵塞防治措施

3.1降低混凝土总碱含量。混凝土原材料及水化产物产生的Ca（OH）₂与空气中的CO₂相结合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃）₂是造成堵塞产生的主要原因，因此要想办法降低混凝土中的总碱含量。由于排水盲管埋设于防水板与喷射混凝土之间，故排水盲管白色结晶物来源于喷射混凝土，通过采取低碱水泥，降低速凝剂的碱含量或采取低碱速凝剂、无碱速凝剂等措施来控制混凝土的总碱含量。

3.2定期用高压水或压缩空气疏通排水管道，不使管道内的泥沙、碳酸钙块状沉积影响管道的畅通。

3.3调整管道的设计参数。选用摩阻系数较小的管材和调整转弯处管道的曲率半径。摩阻系数较小的材料对管内水流的阻力较小，同条件时相应水流速度较大，因此有益于维护管路的畅通。在管道转弯处，弯管的阻力系数在一定范围内随曲率半径R的变化而变化当R与管道直径d之比值小于1时，阻力系数将随着R/d的减小而急剧增加，这是由于R/d较小时，转弯处会出现漩涡区，增大局部阻力的缘故。当R/d>3时，阻力系数又随着R/d的增加而增大，这是由于较大的R值需要加长弯管，增大了摩阻力的缘故，因此，弯管的曲率半徑通常在（1～4）d的范围内为最佳。

3.4在已经形成严重堵塞的地段，往往只能在相邻地段钻孔将衬砌背后的水释放出来，然后重新设置疏通管道，但成本比较高，而且影响隧道的正常运营。

4结论

通过对隧道排水盲管处白色结晶物的成分、形成原因分析、危害及防治措施的叙述，隧道工程施工中通过严格控制原材料的质量，合理调整排水盲管参数，严格按照施工规范和相关技术要求施工，严格监控各道工序等方面采取措施，尽量避免白色结晶物的形成，为相似工程的施工提供一定参考。