地下水位上升条件下地铁车站渗漏治理研究

葛文浩 刘国强 曹玉新 郝委委 靳利安

1. 北京东方雨虹防水技术股份有限公司 北京 101111 2. 中电建铁路建设投资集团有限公司 北京 100160 3. 中电建成都建设投资有限公司 四川 成都 610000

根据交通运输部发布的2022年城市轨道交通运营数据速报，截至2022年底，中国大陆地区（不含港澳台）共有50个城市开通城市轨道交通运营线路290条，运营里程9584km，车站5609座。随着地铁的建设，北京城市轨道交通的发展已由重建设转变为建设、运营并重阶段。地铁车站在运营过程中出现的渗漏水病害会造成地铁车站的严重危害。渗漏水治理周期长、治理难度大、消耗资金多，已成为影响运营安全的重要问题[1]。

1 地下水位变化对北京地铁渗漏的影响

近60年来，随着北京大规模的建设和发展，地下水资源超采严重，地下水位普遍下降[2]。随着近年来南水北调和生态补水的开展，北京地下水位逐年上涨。根据市水务部门监测数据，截至2021年底，北京市平原区地下水位连续7年累计回升9.96m。通过预测“十四五”期间平原区地下水变化的趋势，预计2025年平原区地下水位相比2015年最低水位回升14.7m[3]。

表1 北京平原地区地下水位变化

罗富荣等[4]认为地下水位出现较大回升会对地铁结构的内力和变形产生一定的影响，结构整体破坏的可能性不大，但很有可能产生结构的开裂，进而造成地下水的入渗。随着北京地区地下水位明显上升，部分无水环境变为有水环境，既有地铁运营线路地下结构渗漏现象显著增多。根据地铁运营单位统计，地铁渗漏水量随地下水位的抬升而增加显著，变化过程基本一致。

2 常规治理方案及失效原因分析

2.1 目前治理方案分析

根据对北京地铁车站典型渗漏治理情况调研，现阶段主要采用注浆止水并结合有效排水进行处理[5]。常用治理方案如下。

1、裂缝、施工缝渗漏治理常规做法为灌注聚氨酯、丙烯酸盐或环氧树脂注浆材料进行渗漏治理[6]。

图1 地铁车站裂缝渗漏治理工艺

图2 地铁车站施工缝渗漏治理工艺

2、变形缝渗漏治理常用治理方式为采用丙烯酸盐等灌浆材料在中埋止水带迎水面进行注浆止水，并安装接水盒用做排水措施[7]。

图3 地铁车站变形缝渗漏治理工艺

2.2 渗漏治理失效原因分析

1、通过对现有治理方式、思路以及治理效果的调研，常规的治理方式能够解决临时堵水的问题，不能达到长期止水的目的，主要原因如下。

对渗漏水机理认识层次不深，通常从结构角度思考问题，未结合地下水变化、土层特点等进行综合分析，导致渗漏水治理综合性不强。由于地下水回升，大量车站结构由无水环境变为富水环境或由渗漏薄弱部位演变为明显出水点。仅针对结构进行治理往往导致临近区域反复出现渗漏情况。

2、地铁车站渗漏治理材料可选择面窄，目前主要使用材料为聚氨酯、环氧树脂及丙烯酸盐均有其适用性不足的工况。如油性发泡聚氨酯与水作用后膨胀堵塞裂缝达到止水目的，但高膨胀可能对结构造成二次破坏和泡沫状固化结构莲松且无弹性，耐久性差且不能适应裂缝涨缩变形，复漏严重；由于其凝固较快可用于临时堵漏或抢险工程。

3、现场勘查工作深度不足，仅仅通过目测方式进行渗漏水调研，未结合物探技术进行渗漏水综合检测，从而对渗漏水原因及渗漏源头没有针对性分析或评估。

3 系统性治理思路及案例分析

通过对地铁车站渗漏常规治理方案及失效原因的分析，我们认为目前的治理方案在地下水位上升条件下既有地铁车站渗漏治理中能够解决应急治理的问题，但是普遍达不到预期耐久性的要求。因此，应该提出系统性的解决思路。

本文以北京地铁7号线某车站为例，介绍地下水位上升条件下地铁车站渗漏系统性治理的技术路线。

3.1 案例介绍

本项目车站总长276.5m，主体为双柱三跨拱形结构，标准段结构总宽23.3m，总高17.44m，覆土厚度14.64m。车站主体两端接矿山法区间，采用暗挖PBA工法施工，矿山法车站与暗挖通道防水等级为一级，2.0mm厚的ECB防水板设防。PBA工法施工车站，受现有工艺工序的限制，渗漏水较严重，对地铁车站结构的安全性造成严重影响[8]。

图4 车站主体标准段结构示意图

车站于2014年完工交付使用之后，随着地下水位上升，间歇性出现渗漏水情况，主要体现在顶纵梁与二衬扣拱衔接处以及侧墙水平施工缝、变形缝等构造缝部位。整体呈现冬季渗漏量较大，其他季节渗漏量较小的规律。原地勘报告水位线与2020年10月该区平均水位线相对关系如图5所示。

图5 水位线相对关系图

针对该车站渗漏现场按照以下技术路线进行了系统性治理。

3.2 系统性治理技术路线

3.2.1 表观检测与物探技术分析相结合

本项目自从2014年至2019年，曾进行3个大范围治理。2020年7月-12月进行了前期的调查，发现在换乘通道、主体结构依然存在大量维修后复漏和新增渗漏点。尤其是拱顶区域，治理后出现反复渗漏，为精准确定渗漏源头，采用物探方式对拱顶进行分析[9]。

物探结果如图6所示，经过与表观渗漏裂缝检测对比，可以看到物探方式所定位结构脱空区域裂缝调查结果一致，脱空区与渗漏存在明显相关性。由于前期未进行物探分析，只针对渗漏部位结构层进行治理，导致了反复渗漏。后期在对结构进行治理的同时，对所定位脱空进行了针对性处置，保证了渗漏治理的耐久性。

图6 拱顶脱空区裂缝调查结果进行对比

该项目换乘通道部位出现大量阴湿，由于表面为铺装层，很难确定渗漏源头，导致针对该部位的渗漏治理无从下手。工作人员采用冲击映像法对通道进行探测[10]。如图7、图8所示。

图7 现场冲击映像法检测情况

图8 冲击映像法检测初步结果示意图

通过物探手段，精确定位疏松部位（图8方框部位），为针对性治理提供了数据支撑，治理工艺如下：病害定位→钻孔→安装注浆杆→注浆治理→铺装层恢复。

3.2.2 结构治理与土层改良相结合

常规渗漏治理思路通常从提高结构自防水性能角度出发，采取混凝土结构或构造缝内部注浆的方式进行处理。由于地下水位上升后，结构背后土体大量由无水环境变为富水环境或由低水头有水环境变为较高水头有水环境，只对结构进行处理往往出现在结构附近出现新渗漏点的现象。基于该机理，应在对结构进行渗漏水处理的同时对结构背后土体进行改良，降低土体含水量，以改善结构所处富水环境。依然以本项目为例，本车站F口通过通道与周围商场连通，该位置变形缝结构外与支护采用加气混凝土砌块填充，孔隙率较大且空洞已成为漏涌水的贮存空间。该位置布置图如图9所示。

图9 F口变形缝位置平面图

图10 变形缝渗漏治理施工工艺

基于治理耐久性的考虑，在对变形缝进行结构注浆封堵的同时，采用水泥基灌浆料作为永久性措施，降低结构外层土体孔隙率以及渗透系数[11]。

在出入口侧布孔，该处布孔位于0.8m肥槽下方，并避开变形缝钢边止水带，使用钻机在两侧侧墙及拱顶分别钻设注浆孔，然后使用水泥基灌浆料填充商业围护与主体结构之间的肥槽阻断渗水通道。

3.2.3 常规材料与新型材料相结合

目前针对地铁车站主要治理方式是针对在施工缝（裂缝）或变形缝两侧钻孔，通过灌注丙烯酸盐或聚氨酯类化学浆液从而达到止水的目的。

目前常用的注浆材料均有其适用性不足的渗漏治理工况。“丙烯酸盐”是一种凝胶，内部基本为水，基本没有强度，失水收缩严重，受外力容易挤出，但其可瞬间凝固和黏度极低可灌性好，可用于临时堵大水和与水泥复合进行地下土体帷幕注浆。“油性聚氨酯发泡剂”的特点前文已经进行论述。“水性聚氨酯发泡剂”遇水膨胀变成凝胶状的固结体，相对油性反应速度快可堵急水和抗渗性较强，同丙烯酸盐一样致命弱点是高含水量失水收缩严重导致体积变化大从而导致复漏率较高。

以封堵变形缝所需材料为例，根据对变形缝渗漏机理的分析，该类材料要求后期收缩小，耐久性好；水中可充分固化，潮湿面与水中与混凝土粘接力好；要有一定的强度和弹性，可适变结构形变及地铁振动荷载。以上灌浆材料不能作为变形缝渗漏治理的理想注浆材料。

特种功能防水材料国家重点实验室通过一系列研究实验，通过多次实验验证比选，针对本项目开发一种适用变形缝工况的新型弹性高分子注浆料。该类材料具有90%弹性恢复率，同时具有较好的潮湿基面粘结性能以及高固含量的特点。可以同时满足不均匀沉降以及地铁运营振动荷载冲击的不利影响，该材料的固结体及材料性质如下。

表2 弹性高分子注浆料指标

同时，为了提高渗漏治理效果，在对中埋止水带迎水面注浆的同时，对变形缝背水面通过预埋注浆管进行注浆处理，有效提高一次治理的耐久性。

4 结语

1、由于地下水位上升等客观因素，地下水环境变的更为复杂，近年来各城市渗漏水逐年增加，目前的治理经验为城市轨道交通渗漏水治理提供了宝贵的经验。

2、地铁渗漏水治理技术近年来得到了快速的发展，很多观点、技术已得到工程界的认同和工程实践的检验。但总体上说地铁防水技术还不够成熟还有许多方面有待完善和改进，常规的渗漏治理方式仅仅能满足临时止水的需求，需采用综合治理的思路提升渗漏治理的耐久性。

3、地铁渗漏治理技术是一项涉及面广的综合技术。它不仅仅是施工工艺的完善及合格材料的应用，更是结合结构治理工艺创新、土体改良、物探分析、新型材料等相关技术的综合运用。要做好地铁渗漏水治理需对以上要点深入理解、综合运用，才能使渗漏水治理更加可靠、持久。

4、通过针对北京某地铁车站系统性治理技术路线的实施，提高了地下水位上升条件下地铁车站渗漏治理的耐久性，为相似工程提供了可参考案例及解决思路。