隧道及地下工程防水失效性分析

发布时间：2008-08-28 阅读 次

    隧道及地下工程渗漏水是长期以来困扰专家们的一个头痛问题，也是当前地下工程建筑中突出的质量通病和亟待解决的课题。据铁道部工务部门2002年秋检数据统计：我国至2002年底，共有铁路隧道57ll座．总延长2 833 km，严重渗漏水隧道有1620座，占总座数的28．4％。交通部有关部门2002年数据统计：我国至2002年底，共有公路隧道1 700座，总延长704 km，严重渗漏水隧道达500余座，占总座数约30％。同时，我国北京、上海和广州的城市地下铁道中，渗漏水情况也已在30％左右。在地下工程较发达的日本，据调查渗漏水也达到30％以上。由此可见，既有隧道及地下工程渗漏水的情况十分严重。
    以上情况产生的根源是什么呢?笔者对200余座隧道及地下工程防水体系的失效原因进行了统计分析，分析数据表明：由于施工原因导致渗漏水的占34．2％，设计不合理占10．4％，防水材质在不同水环境条件下变异占33．1％。结构变异致使防水体系失效占1l％，维修养护不善占2．3％。由此可见，发生渗漏的原因是多方面的．因此研究和分析这些原因将对提高地下工程防水质量起到重要的作用。
　　1 防水失效原因分析
　　隧道及地下工程防水体系失效性是指防水体系和材料在使用过程中，由于外部作用侵蚀破坏或内部材料弱化．抵抗地下水环境的能力减弱或全部丧失。分析和研究地下工程在不同地下水环境介质中的失效影响因素与机理、失效材料所产生的物质对周围结构体性能的影响、建立评价各种失效影响因素指标及失效检测方法，是地下工程防水体系应研究的重要问题。
　　1．1防水施工原因
　　前述统计数据表明，防水施工阶段是地下工程防水失效的主要环节，对部分防水失效案例进行分析后发现．既有施工不精心和工艺方面的原因，也有施工管理和检测方面的原因，同时采用不同施工方法的地下工程．其防水失效原因也不尽相同。
　　1）复合衬砌隧道一般采用高分子防水板（卷材），其失效原因主要有：①防水卷材材质本身不能和喷射混凝土初衬密贴，安设时的冲击、背面突出物等易将防水板扎破，导致漏水；②板与板间的接合部是薄弱环节，稍有不慎会导致整个防水体系失效；③如遇混凝土壁面有较大空洞和凹凸的部位．二次衬砌的挤压及围岩变形会使防水板拉伸，特别是结合部位易发生断裂破坏。
　　2）喷涂防水的隧道及地下工程防水体系失效的原因有：喷涂防水膜很难保证其均匀性，虽然一般喷涂材料延展性较好，但抗拉强度较低，如发生较大外力作用，结构会发生变形和位移，易导致防水膜破裂，致使整个防水体系失效；另外该施工方法对喷涂的施工工艺精度要求高，但一般工程很难达到。
　　3）自防水混凝土的防水体系失效的原因有：地下工程工作面狭小，混凝土振捣密实度很难达到设计抗渗的要求，另外施工缝和变形缝也是这种防水措施的薄弱环节。
以上原因说明，防水施工过程是保证工程质量的重要环节，因此应强化防水施工的重要性．针对不同的防水方法制定相应的施工细则，并建立防水施工质量监测机制。
　　1．2防水设计原因
　　一部分设计师对防水重要性的认识不够，认为地下工程渗漏水不影响结构的安全问题，在选用材料和设计方式上重视程度不够，因此在防水设计方案中结合结构特征认真研究不充分，致使防水设计不合理。
　　由防水设计理念问题引发的失效：目前地下工程使用寿命都在100年以上，而防水材料的使用寿命均达不到这一要求，因此地下工程防水设计应考虑防排水系统的可维护性和易更换性。
　　由防水设计经济性问题引发的失效：尽管防水工程在地下工程中占的工程总费用比例是较小的，但往往设计者考虑造价的原因，仍选用价廉质差的材料．也是导致防水失效的原因。
　　1．3防水材料变异原因
　　根据笔者的研究，发现由于防水材料材质的变异导致防水体系失效的情况占有较大的比例，其原因有地下水环境和微生物侵蚀对防水材料性能的弱化、已有防水材料材质固有的弱点随使用环境的恶劣和使用时间推移逐渐丧失防水功能。如：广州地铁某区间在维修时，发现修建时铺设的防水板已大部分腐烂；四川某公路隧道在整理渗漏水时，发现该隧道漏水的原因是防水板的连接处大部分已失效；某铁路隧道在维修养护时，其防水卷材已变质老化。发生这些情况．归纳起来，主要有以下原因：①劣质的混凝土添加剂中含有高浓度的碱性成分和不易分解的盐类物质．导致混凝土结构的松软，析出的物质对防水卷材起了侵蚀作用；②冻融交替使得防水材料结构变异；③微生物侵蚀、粘结材料变异；④地下水中含有不同浓度的酸、碱、盐离子对材料的侵蚀；⑤防水材料材质结构的不稳定性导致材料结构组织的变异。
　　1．4工程结构变异原因
　　地下工程长期处于复杂的环境中，致使结构产生变异的不利因素很多，一旦发生变异，衬砌结构就会出现位移和变形、开裂、混凝土剥落等现象。进而使得防水体系失效。如由于围岩具有流变性，后期的同岩应力在长期的调整过程中可能会使防水板受到来自一衬和二衬的长期挤压．在基面不平整或有突出点处产生穿刺性损伤，造成防水层失效。在四季温差较大的场合，常年冻融交替，在冻胀力的强烈作用下，残余变形逐年积累，使衬砌结构位移和开裂，导致防水层逐步失效。结构本身材料劣化引起的变异，如混凝土碳化、盐害、碱集料反应等，其析出物也是造成防水体系破坏的原因。
　　1．5维护和管理原因
　　排水系统堵塞、不畅时，如果维护不善，将导致较大的水压长期积累引起结构开裂，破坏防水体系。在严寒地区的隧道，冰冻产生的冻胀力是导致结构开裂和排水管堵塞破裂的重要原因，因此隧道及地下工程的维修养护是十分重要的。

　　2主要的待研究问题
　　隧道及地下工程环境与其它建筑工程不同，作为附着层的高分子材料，影响其使用期间耐久性的因素是很独特的，除了一般的由温度、湿度、光照、酸碱环境作用等引起的材料老化和降解而失效外，还要考虑地下同岩和衬砌结构的长期相互作用产生的挤压、变形因素对防水体系产生的损害作用。
　　2．1地下结构（围岩）环境不均匀变形对防水失效性的影响
　　地下结构（围岩）环境不均匀变形对防水体系失效起较大作用是众所周知的事实，其原因比较复杂．主要体现在地下环境特殊的外力（水压、冻胀力、塑性地压、围岩松弛地压、偏压、承载力不足、地震等）施加于结构，造成结构产生不均匀变形甚至开裂，致使防水层承受局部较大的压力、剪力和拉伸力的作用而破坏。隧道的拱顶是导致防水失效的主要部位，铁路和公路隧道这类案例较多，其原因是由于隧道拱顶混凝土浇注工艺的缺陷，衬砌与防水层之间很难密实，有的甚至存在较大的空洞。此处往往容易形成水囊并积聚较大水压，围岩松弛扩大，作用在衬砌上的地压增加，致使衬砌开裂漏水。