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地铁系统结构防水维护的创新案例
薛绍祖
(上海地铁咨询监理科技有限公司)

摘 要:国内外专业人士,对地铁系统结构防水维护,在不同年代、不同构筑物的工程中,认真研究工况,持续创新;本文介绍加拿大多伦多地铁旧线渗漏治理、以及上海地铁渗漏治理的案例;着重对其创新点分析解读,供业内人士参考。
关键词:渗漏治理;浆液阻断点;引流排水;非线性阻尼探质

1 前言
地下防水工程的特殊性体现在:1)对工程防水体系的耐久性要求与结构工程同寿命;2)地下主体工程的防水体系无法重修;3)地下工程的防水在施工阶段没有做好的话,就很难修补。
渗漏水很难修补好,怎么办?回答这个问题,先注意两个概念:工程质量和功能质量。如地铁区间隧道出现渗漏水了,表明工程质量有缺陷,但系统不一定不能使用;能不能用是功能质量。对地铁运营系统的维修,如渗漏水治理,其核心任务是保障和改善功能质量,不要涉入修复工程质量缺陷的误区,劳民伤财。因此,作者的观点是,地铁渗漏水治理应以导排(引流排水)为主,也就是说,对已经有渗漏缺陷的投入运营的系统,不要把‘堵漏’(堵的滴水不漏)视为‘终极目标’。投入运营的隧道修补工程质量缺陷,有诸多风险,常会带来次生灾害。那么,何时修补“工程质量缺陷”,要做特殊的、专门的组织安排。
质量是反映实体满足明确或隐含需要能力的特征和特性的总和。明确需要是指在标准、规范、合同和技术文件已经作出规定的需要;而隐含需要一是指用户或社会对工程或服务的期望,二是指人们共认的、不言而喻的、不必作出规定的。可以看出,完整的质量要求是应具有满足明确需要和隐含需要两个方面的能力。对于地铁运营系统,这样一个人流如潮的公共场所,人们对该场所的功能质量要求越来越高,充盈着许多变数。
2 多伦多地铁旧线渗漏治理
2.1 多伦多地铁系统简介
多伦多地铁及轻铁路线 (Toronto Subway and RT)是加拿大 多伦多市的城市轨道交通系统 。 首条路线于1954年落成,同时也是加拿大的第一条地铁线。现已发展成为拥有4条路线(其中一条为轻铁)及69个车站,路线总长度达68.3km的运输系统。 多伦多地铁由多伦多公车局 (TTC)营运,2004年每日乘客量为878 800人次。
首条路线为央街地铁线,全长7.4km,1954年3月20日通车。央街线于1963年从联盟车站取道大学路向北伸延至圣乔治站,形成一条U字形的地铁线。由于乘客量远超预期,非繁忙时段由原本以1列2卡车行驶改为最少1列4卡车;繁忙时段部分列车更由8卡车组成。本文将央街地铁线称为旧线,已有56年的运营历史;文中渗漏治理案例即央街地铁线维修工程。
2.2 壁后注浆处理结构变形处渗漏水
壁后注浆处理结构变形处渗漏水,见图1。
图1 壁后注浆处理结构变形处渗漏水
2.3施工缝钻孔注浆止水
施工缝钻孔注浆止水,见图2。
图2 施工缝钻孔注浆止水
2.4 沿裂缝埋管(嘴)注浆止水
沿裂缝埋管(嘴)注浆止水,见图3。
图3 沿裂缝埋管(嘴)注浆细部
2.5 混凝土面渗钻孔注浆防渗
混凝土面渗钻孔注浆防渗,见图4。
图4 混凝土面渗钻孔注浆防渗
2.6 效果解读
1)作者2006年首次在多伦多市中心圣乔治站拍摄到施工缝钻孔注浆的照片,见图2。2009年时隔三年,再次回访圣乔治站,曾拍照的同一位置,保持三年前的原样。这一局部的止水效果至少在三年以上。
2) 从多伦多地铁旧线,多处采用钻孔注浆的实况分析,该系统的维修人员较好的掌握了这一工艺。值得注意的是,根据不同的渗漏表现,他们也采用沿裂缝埋管(嘴)注浆工艺,见图3。
综观多伦多地铁维修的做法,这对我们的启示是,不要宣传一种工艺的万能;要分析渗漏原因,确定适合的工艺。
3 上海地铁渗漏治理
3.1 通道变形缝渗漏治理实例
上海火车站南北广场地铁通道的一个变形缝处,可看到“引流排水”的典型作法,如图5和图6所示。在图中还可以看到,后装的内贴可卸式止水带、顶板塑料导水板、白色的导水管等。
效果解读:引流排水是保障地铁通道正常使用的有效措施;要保持引流排水效果,必须定期维护。
图5 通道变形缝
图6 通道变形缝渗漏治理细部
3.2 浆液阻断点的设计与实施
盾构法隧道拼装式衬砌,管片之间设有橡胶密封垫;但在橡胶密封垫体系内侧的管片接缝均是连通的。一旦橡胶密封垫体系产生一处渗漏,渗漏水就会在管片接缝中穿行,很难找到渗水原点。因而在注浆堵水时,必须解决浆液在管片接缝穿流的问题。
这个长期困扰业界的难题,终于在上海地铁1号线大修工程中得到解决,浆液阻断点的设计与实施获得成功。
效果解读:这是一个好的设计构思,但制约因素多,“实施”成功率为50%。与此对应的工法是:一环管片渗漏,要在相邻的3环或5环管片先嵌缝后,再注浆止水。这样做,注浆堵漏效果可靠,但成本高。
4 高渗透改性环氧类材料
4.1 高渗透改性环氧类材料的创新点
高渗透改性环氧材料是指具有优异渗透性、可灌性的改性环氧材料,即指能渗入微米级的岩土孔隙与裂缝、能在混凝土表面通过毛细管道及微孔隙和肉眼看不见的微细裂纹渗入混凝土内、能灌入低渗透软弱地层的改性环氧材料。这是区别于不能渗入混凝土内、不能灌入低渗透性软弱地层的一般改性环氧材料的特称。
渗透机理的研究推翻了化学灌浆权威—美国卡罗尔教授“浆液粘度大小是影响其渗透能力的唯一因素”的结论,即粘度越小,渗透性越强。灌浆材料实质上是被灌岩土的粘合剂,因而从粘接动力学原理推导出影响浆液渗透性的决定性因素是浆液对被灌介质的亲和力而不是浆液的粘度。亲和力F与浆液在岩土表面的接触角θ和浆液自身的表面张力R有关。要使浆液渗入低渗透性地层的含水泥土中,必须是浆液对泥的亲和力F浆大于水对泥土的亲和力F水,才能将泥土中的水赶走取而代之。所以实现F浆>F水的关键是减少浆液与岩土的接触角θ,并调整浆液的表面张力以提高F浆。在此指导下我们借鉴油田注水驱油、清洁剂去油污的做法,运用表面活性增渗剂来减小接触角,因而使渗透能力获得进一步提高。
研究者运用动力学的原理和现代化的仪器对高渗透改性环氧浆液各组分间发生反应的反应速率、生成产物的结构及对力学性能的影响作了系统研究,发现了不同的组分间反应生成的不同的中间产物结构对后来固化形成的三维空间固结体的性能影响规律,找到了生成最佳结构中间体产物的各组分的大体比例和生成条件,摸清了在催化剂作用下使具有对称结构的非活性稀释剂丙酮分子活化的条件和提高活化率的规律。制定出合理的生产工艺流程和通过添加剂来促成和抑制某些反应,从而使浆材的力学性能、耐老化性能和渗透性能得到提高。
4.2 效果及创新点解读
1)广州地铁公园前站在建时裂缝渗漏水多;治理渗漏水时曾分区使用三种材料止水补强。跟踪观察结果如下:聚氨酯3年2个月复漏;改性环氧5年半复漏;高渗透改性环氧已13年无渗漏。
2)被化灌浆液充填的岩石偏光显微镜照片,见图7。
图7 化灌浆液充填的岩石偏光显微镜照片
5 化学灌浆与PEOS电脉冲防渗技术的组合应用
该技术是使用低电压、低电流将混凝土或者圬工衬砌内毛细管道水进行电离后,将水驱出结构物的技术。
电脉冲防渗技术 5 个基本单元是: 正电极(钛金属线);负电极(铜棒);正极和负极连接线;接线箱; 电渗透技术 控制箱。
电脉冲防渗技术控制箱,以不超过 40 伏直流电,产生正负脉冲带特定休眠期的反复循环周波。选择脉冲时序模式,产生电渗透效果,有效地驱除混凝土毛细水,并在至少10 年期间保持功能效果。
电脉冲防渗技术主要单元的安装布置如图8所示。
图8 电脉冲防渗技术主要单元的安装布置
采用化学注浆技术,首先治理混凝土裂缝和施工缝的渗漏水,系该工法的重要配合技术措施;这套组合技术本身就是创新亮点。
在云南西双版纳首府景洪市以南的藤蔑山公路隧道安装了电脉冲防渗技术系统。藤蔑山隧道长 3 公里,衬砌为现浇钢筋混凝土;隧道高度7.7 米,宽度13.7 米。在藤蔑山隧道的安装时间为2009年1 月5 日至22 日。并于2009 年2 月18 日投入运行。
5.1 效果及创新点解读
1)读取混凝土表面相对湿度变化来检测电脉冲防渗效果;相对湿度的明显递减如图9所示。
图9 相对湿度随时间递减图
2)现场直观的电脉冲防渗效果,如图10所示。由图可以看出,在埋设导线的两侧,混凝土面明显吸干的效果;两个导线的中间部分还显示湿渍;随着时间的推移,湿渍会逐渐减少。
图10 现场直观的电脉冲防渗效果
3)先采用化学灌浆治理明显渗漏水,然后安装电脉冲防渗装置,系本试验的创新亮点。
6 非线性阻尼探质技术
地下工程渗漏治理前,查明混凝土结构的缺陷至关重要。这里简要介绍非线性阻尼探质技术。非线性阻尼探质技术,系‘非破坏性检测’的新发展,这套理论的概念是这样的:每一种物质都拥有(微)能量及可以有一套能量传递或转化的规律,只要对不同物质、材质的组合结果建立一套正常/常规模型,然后用对照方法便可以判断那里是不符合规律;然后再用不同的手段对照及印证该问题的性质,等等。这套理论的成功,需要几个基本的「关键要素」包括:指导理论、精密的专用设备仪器、物质能量的规律、破解数据的能力(经验)。本项世界先进的独有技术系统已经通过多个在世界各地的不同种类项目执行并确认其有效性。
非线性阻尼探质技术及微能量转换与变化理论,构成一个立体或者说是三维的综合系统来达到直观的目的。非线性阻尼探质技术给出的最终混凝土结构缺陷三维图,见图11。
图11 非线性阻尼探质技术给出的最终混凝土结构缺陷三维图
7 结语
1)渗漏治理的创新是人们的关注点,创新的目的是不断提升渗漏治理的投资效益。投资效益的提升,具体地说,体现在渗漏治理后的“复漏期”。
所谓“复漏期”,就是渗漏治理后又产生渗漏的时间。作者认为“复漏期”至少应为3年,即大于3年,方说明设计选用材料和工艺的基本实效。
2)国家规范规定,地下防水工程质量验收时,施工单位必须提供 “结构背水内表面的渗漏水标示展开图”,展开图要标示经修补、堵漏的原渗漏水部位,复漏期可按标示展开图上的漏点数量变化率确认。
3)对本届会议的举行,深表欢迎;这是促进防水材料及工艺创新发展的同行业互动交流。基于多年来的工程实践,作者感悟到防水材料及工艺的创新发展,要“先学后创”,坚持科学发展观,只有学习好前人经验,洞察前人走过的路,才可能有创新灵感。
4)防水施工技术的创新发展,首要的环节是重视防水理论的研究,防水理论的“概念更新”,要有实验基础和切实的技术含量,反之,就变成“概念炒作”,后患无穷。


参考文献:
〔1〕朱妍.浅谈地铁隧道管片堵漏的方法,上海:《地下工程与隧道》2009年增刊,60~62页.
〔2〕张道真主编,黄艳雁, 薛绍祖副主编. 防水工程设计. 北京:中国建筑工业出版社,2010年.
(注:图示内容详见会刊2010年第6期)

[发布日期:2010/12/10] [关闭窗口]