岩溶区地铁结构渗漏水病害分析与整治技术

罗立娜

摘 要：岩溶隐蔽、富水、变化的特点致使岩溶区地铁结构渗漏水病害尤为严重，危害地铁运营安全。文章通过深入分析岩溶区地铁结构渗漏水病害成因，指出应通过衬砌表观病害检查、地铁沿线岩溶探查和地铁结构长期监测等方法及时掌握地铁衬砌结构渗漏水情况及周边岩溶发育状况。针对性地总结出一套富水岩溶区地铁结构渗漏水病害整治技术，可为从事地铁养护工作的技术人员提供参考。

关键词：地铁结构;岩溶区;渗漏水;病害分析;整治技术

近年来，地铁建设蓬勃发展，施工技术日新月异，穿越膨胀土、溶洞、褶皱、断层等各种不良地层和特殊地质段已屡见不鲜，其中不少地铁工程修建在富水岩溶地层中，如长沙地铁3号线、武汉地铁6号线、广州地铁9号线、大连地铁5号线等[1-5]。岩溶隐蔽、富水、变化的特点致使岩溶地区地铁渗漏水病害尤为严重，对地铁结构、内部设施、周边环境产生不良影响，危害地铁运营安全。富水岩溶地区地铁结构渗漏水病害处治是对我国地铁工程养护管理工作提出的又一挑战。

1 岩溶发育机理

岩溶是可溶性岩石（碳酸盐类、硫酸盐类和卤素类岩石）在具有溶解能力的地下水的溶蚀作用下产生的各种地质作用、形态和现象的总称。可溶性岩层和有溶蚀能力的流动地下水是岩溶发育的基本条件 [6]。

在可溶性岩石中，不溶性碳酸钙（CaCO3）受到水（H2O）和二氧化碳（CO2）的作用形成微溶碳酸氢钙（CaHCO3）以及CaHCO3重新分解的过程，使岩层逐渐受到溶蚀的作用而形成形态各异、大小不一的溶洞。

2 渗漏水病害成因

2.1 设计、施工、材料等因素

经调研发现，设计、施工、材料等因素[7-8]是导致地铁工程出现渗漏水病害的直接原因，主要包括：地铁工程防排水设计疏漏或不合理、施工单位未按图纸施工、施工质量不到位、防水层不密贴、管片缝隙大、防水材料老化、混凝土碳化、腐蚀等。

2.2 岩溶区地下水丰富、承压水水头高

岩溶地区地下水储量丰富，以裂隙水、溶蚀裂隙水、岩溶管道水、溶洞水的形式不均匀地赋存于岩层的洞穴和裂隙中。富集的岩溶水往往对地铁结构产生较大的水压力[9-10]，一旦地铁结构出现裂缝或局部地段出现防水薄弱环节，岩溶地下水便会引入地铁内部，造成渗漏水病害。

2.3 岩溶发育引起地铁结构不均匀沉降

运营期监测数据表明，当地铁穿过岩溶区时，局部地段的结构变形会一直持续增加，甚至有的地段还出现突然下沉的情况。经分析，在运营期间，造成岩溶区地铁结构不均匀沉降的主要原因如下：

（1）在流动地下水的侵蚀下，可溶性岩石裂隙及沟槽逐渐扩宽，原有岩溶洞穴规模不断扩展，新的溶洞不断形成;

（2）地铁车辆振动及周边建筑工程施工所产生的外加荷载、抽排水等，加速岩溶发育，甚至破坏原有溶洞的稳定，造成坍塌[11-12]。

岩溶发育或坍塌致使地铁结构产生严重的不均匀沉降，造成结构开裂、管片接缝增大、管片错台（图1）、变形缝错位等情况，为地下水渗入地铁内部打开通道，给地铁运营安全带来不利影响。

2.4 不溶性物质沉积堵塞排水通道

渗入地铁的地下岩溶水经泄水槽、排水沟、泄水孔等排出时，水中部分可溶物质CaHCO3会慢慢分解出不溶性物质CaCO3，同时，地层中的泥砂也会随地下水进入地铁排水系统，这些物质经水的搬运，在排水通道的低洼、转弯、接头处逐渐沉积（图2），随着时间的推移，沉积物越来越多，致使地铁内部排水系统不畅，出现局部积水、串流现象[13]。

3 渗漏水病害调查

3.1 衬砌表观病害检查

为及时发现渗漏水病害，控制渗漏水进一步发展，地铁检修人员定期对衬砌结构有无渗漏水现象进行检查。如发现渗漏水，首先检查渗漏水部位的范围和出水形式，再采用秒表、温度计、pH值测定器、导电计等工具进一步测定水的流量、温度、pH值、导电度等[14]，判断渗漏水病害的发展程度以及是否对衬砌结构存在劣化作用。

除采用人工检查法外，还可采用现代化智能检测手段检查衬砌表观渗漏水病害，如紅外线温度场照相技术测量出水点，多光谱分析测量墙体表面的湿块，激光扫描检测技术[15]识别分析渗漏水的数量、面积等几何特征。

3.2 地铁沿线岩溶探查

探查地铁周边岩溶发育情况是富水岩溶区地铁养护维修的一项重要工作。运营期间，技术人员通过水准仪、摄像测量、收敛和光纤监测系统采集水平位移、垂直位移、收敛变形等数据，对地铁结构状态进行评估。如发现异常，应及时采用跨孔高密度电法、地质雷达、跨孔地震CT（Computed Tomography）等物探技术[16]查明地铁周边溶洞的位置、形态、大小及地下水流向。相关单位收到探查报告后应立即采取措施预防渗漏水病害的发生或控制病害进一步发展。

4 渗漏水病害整治

4.1 岩溶区地铁养护管理

岩溶区地铁养护管理是有效预防和减少地铁结构渗漏水的重要保障。在地铁运营过程中，为提升地铁养护管理水平，可采取以下措施。

（1）建立地铁项目全生命周期管理系统。地铁工程历经百年，岩溶在此期间不断发育变化。全生命周期管理系统有利于技术人员及时、准确地掌握地铁建设基础数据和养护数据，科学评估岩溶发育规律，全面诊断地铁结构渗漏水状况，做到早预防、早发现、早治理。

（2）制定管理办法和作业标准。面对繁重的岩溶区地铁养护工作，技术、管理、监督各部门齐抓共管，制定预养护[17]作业管理办法，做好日常巡检、定期探查和长期监测工作，按照作业标准治理渗漏水病害，同时，加大监督力度，保证养护维修的及时性和耐久性。

4.2 衬砌背后岩溶处治

车站结构底板下10 m内、区间结构底板下6m内、结构两侧3m内和结构顶部以上3m内的溶洞均需治理。根据溶洞充填状况，采取排、堵、填结合的方式对溶洞进行处治，具体措施[18]如下：

（1）对无岩溶水的溶洞，全充填溶洞，直接向洞内灌注浆液充填挤密;

（2）对有岩溶水的溶洞，先抽出岩溶水，再向溶洞内充填粗骨料，最后注浆挤密;

（3）对破碎带、溶沟、溶槽中赋存的承压地下水，为切断水力联系，降低地下水对衬砌迎水面的压力，应先引排，再注浆截堵。

在充填和封堵过程中，注浆浆液采用水泥浆或双液浆，注浆参数根据现场监测数据进行调整，如出现异常，应降低注浆压力或改用间歇式注浆，直至注浆结束。

4.3 结构表观渗漏水处治

地铁衬砌结构表观渗漏水分为点状漏水、线状漏水和大面积漏水，多发生在混凝土缺陷表面、管片孔洞及各种接缝处。根据渗漏水的流量和部位，一般采取以下处治措施。

（1）混凝土表面点状漏水或线状漏水时，先沿渗水区域开凿槽清洗，再涂刷环氧砂浆，待基面干燥后用快凝材料封堵，最后在表面涂抹防水砂浆。

（2）大面积衬砌结构渗漏水时，将水先汇集一点或数点，再集中堵塞渗漏点。如效果不理想，可凿槽引排。

（3）结构“三缝”（变形缝、伸缩缝、施工缝）渗漏水时，以引为主，以堵为辅。先沿缝剔除槽中杂物，再沿槽扩宽扩深，埋设排水管引水至边沟，最后外封密封膏或止水条。如“三缝”附近渗水严重，还需在渗漏水处压注浆液止水。

（4）管片缝渗漏水时，先清出缝内杂物，查清渗漏部位，再在渗漏部位的两端钻孔深至管片密封橡胶条的终止孔处，接着在拼缝处布孔埋管，依次注入浆液，待浆液凝结后断管封孔，最后做缝面修饰处理。

（5）衬砌破损但尚未出现渗漏水时，如破损范围小，可直接在混凝土表面用环氧树脂嵌补;如破损范围较大，影响到结构安全，则需对破损衬砌进行碳纤维或挂网加固。

（6）定期疏通泄水槽、排水沟、泄水孔等排水通道，并根据积水情况通过开槽引流、增设引流管等手段完善部分地段的排水系统[19]。

4.4 不均匀沉降专项整治

在对岩溶区地铁进行日常维护时，如发现地铁结构已出现严重的不均匀沉降，应立即组织人员进行专项整治。主要治理措施如下。

（1）抬升和稳固地层。根据地铁沉降状况，以“多点、均匀、少量、多次”的方式，采用水泥—水玻璃双液浆进行微扰动注浆，均匀加固土体，控制抬起量，使地铁结构恢复原有状态[20]。

（2）加固衬砌。对地铁结构因不均匀沉降产生的裂缝或破碎，可采用张贴芳纶布加固或施作钢板环加固。

（3）堵漏。地铁不均匀沉降往往会引发结构接缝处或结构裂缝处渗漏水。一般情况下，采用上文中所述的处治措施进行渗漏水病害整治;若堵漏效果不明显，则还应在衬砌背后进行隔断注浆。

5 结语

本文结合岩溶区地铁结构渗漏水病害问题，对国内多条地铁展开了充分的调查研究，从岩溶发育机理、岩溶特性和设计、施工等方面分析了渗漏水病害成因，指出在长期调查岩溶区地铁结构渗漏水病害的基础上，根据衬砌结构渗漏水状态，结合衬砌背后岩溶发育情况，采取“多种手段综合运用，岩溶、结构整治双管齐下”的方式治理病害，确保地铁运营安全。

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收稿日期 2019-10-08

责任编辑 宗仁莉