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头条丨地下综合管廊的渗漏维修技术与防水措施!

摘要:城市地下综合管廊在建成后,会因为各种原因产生渗漏水,严重影响管廊内设备、管线、电缆的安全使用,采用堵、排、防、抗相结合,刚柔相济、因地制宜的原则,用综合整治的方法来解决了地下综合管廊渗漏水的问题。

关键词: 地下综合管廊 回填灌浆 固结灌浆 化学灌浆 综合整治

武汉天河机场T3航站楼的城市地下综合管廊是采用明挖后整体浇筑和预制块拼装浇筑相结合的施工技术,分为主廊道和副廊道,城市综合管廊埋深5米左右,埋深浅,紧靠机场公路、地铁、城际高铁、机场跑道等,汽车、地铁火车、高铁火车、飞机等通过地下综合管廊附近的时候,会对地下综合管廊的结构有一个荷载震动扰动,并且管廊内有热水管、电缆、水管等产生温度和管廊外界的温度形成温差,温差大造成结构缝变形增加,并且埋深浅,雨季的时候地表水积聚,对管廊的水压比较大,造成管廊渗漏水,影响管廊的安全运营和管廊的使用寿命缩短。

为适应地下综合管廊这种特殊的使用环境,我们提出了结合化学灌浆、固结灌浆、回填灌浆、帷幕注浆相结合的技术,因此,在堵漏材料选取上,主要采用高弹性高粘接力的填塞型聚氨酯类和橡胶类防水密封膏和防水涂料、非固化橡胶灌缝胶(液体橡胶),在固结灌浆、帷幕灌浆材料的选取上,主要采用耐潮湿低粘度特种改性环氧树脂灌浆材料、丙烯酸盐、聚合物建筑胶水等材料,这些材料性能均高于符合国家和行业现行标准要求。

一、 渗漏水现象和原因分析:

(一)、拼装接缝、变形缝、沉降缝渗漏水

(1)结构沉降或变形不均匀导致内外止水带被撕裂,以及搭接头焊接不牢固、施工时遭破坏穿洞、地表的水压力太大超出设计止水带能承受的压力等,如遇外防水也存在隐患而失效,就会造成变形缝、伸缩缝漏水。

(2)止水带一侧的混凝土未振捣密实,会在其周围形成渗水通道。

(3)因为荷载扰动和内外温差等原因,造成结构变形、收缩等导致变形缝、沉降缝处止水带一侧出现空隙,从而形成渗水通道,导致变形缝、沉降缝漏水。

(4)以前堵漏施工队伍不正确的施工,造成缝内污染严重,并且防水效果失效。

(二)、施工缝(冷缝)、不规则裂缝渗漏水

有以下几种情况可能造成施工缝渗漏:

(1)地下综合管廊的结构混凝土浇筑前纵向水平施工缝面上的泥砂清理不干净。

(2)纵向水平施工缝凿毛不彻底,积水未排干。

(3)施工缝处钢板止水带未居中或接头焊接有缺陷。

(4)施工缝混凝土浇筑时漏浆或振捣不密实。

(5)地下综合管廊的现浇衬砌施工缝止水带安装不到位,振捣造成止水带偏移。

(6)现浇衬砌也会因各种原因出现结构裂缝,如材料使用不当(原材料质量差、配比不合理),施工质量存在缺陷(拆模早、养护不及时、混凝土离析),外界环境(温度、湿度)不良影响等因素,都有可能引起混凝土裂缝发生。

(7)以前堵漏施工队伍不正确的施工,造成缝内污染严重,并且防水效果失效。

(三)、结构面混凝土缺陷渗漏水

(1)结构面的混凝土缺陷,主要是由于捣固方法不当或者模板质量缺陷等导致混凝土浇筑不密实而引起,当外界水压大于此处混凝土抗渗压力时,就出现渗漏水现象,主要表现为点渗漏和面渗漏。

(2)设备安装件的管头、管道根部、穿线管根部、钢筋头、拉筋孔等预埋件处防水密封处理不好,也常出现渗漏。

(3)综上所述,本工程的渗漏主要归纳为:点渗漏、面渗漏、线渗漏(施工缝、诱导缝、结构裂缝)。将根据不同的渗漏方式采取不同的治理措施。

二、综合治理技术措施:

根据裂缝不同的形成原因和造成渗漏的原因再根据地下结构的不同使用功能和使用环境,采用不同的方法、不同的工艺、不同的材料进行综合整治。

(一)、 伸缩缝(诱导缝、变形缝)渗漏水治理

1、治理目标:把裂缝中的水驱除到结构的背面,修复橡胶止水带的功能。

2、治理工艺

2.1、治理工艺一:

首先对混凝土结构背后进行灌注水泥类浆液(水泥浆添加胶水、加添加剂、无收缩灌浆材料、高渗透材料、丙烯酸盐),对结构背后的存水空腔进行回填灌浆和固结结构背后的回填土层和粉质粘土层和砂石层。让背后没有存水的通道,加固结构背后的围岩结构。

根据现场渗漏水的情况不同,制定钻孔方案,对变形缝两层相邻模板,采用钻孔法(钻直径为28~32 mm的孔),钻透结构层,钻到结构的背后去,向结构深层注浆,以水泥浆和丙烯酸盐、聚氨酯灌浆材料为主,根据水的酸碱度、含泥量等指标现场调整灌浆材料的比例和配比,使结构背后存水的空洞、孔隙全部密实,采用康泰KT-CSS螺杆灌浆泵灌牙膏状水泥浆,水灰比高达:1:3,一般在1:1到1:2灌注浓浆,采用活塞泵灌注丙烯酸盐和聚氨酯类灌浆材料、水中胶凝混凝土材料,两种灌浆方法根据情况一起或单独使用,尽量使衬砌背后不存在有水的空洞或孔隙、固结围岩、减少围岩的透水率。

康泰KT-CSS螺杆泵拥有多线螺旋技术,折线螺旋技术,纳米抗磨技术,可调式定子技术,万向传动技术等多项先进技术。它可以高压力的灌注各种大浓度的、高黏度的、强磨损的流态及膏状浆液,从根本上保证浆液的水灰比、含砂量、泌水率、饱满度和密实度。

2.2、治理工艺二:

沿伸缩缝(诱导缝、变形缝)人工用电镐清理裂缝两侧,凿除污损侧面到原来坚实的基面,稍微扩宽裂缝,深度15-20厘米(根据结构的厚度来调整),宽度5-6厘米,用高压水清理干净浮渣、杂物,保持裂缝内干净,用高强速凝双快水泥配合KT-CSS抽管工法沿裂缝封闭成无管空腔,留出水通道和注浆孔,高快水泥封闭厚度在3厘米左右,封闭的表面要凹进去3-4厘米,采用电加热,导热油型的KT-CSSII型反应缶,加入特种改性橡胶非固化灌浆材料,加温到220°-250°,并且进行均匀搅拌。

倒出高温的特种改性灌浆材料(液化),用螺杆灌浆泵向无管空腔中灌注已经完全液化的特种改性非固化橡胶,相邻的孔出胶后,采用闸阀关闭相邻注浆孔,再进行多次补充灌浆,确保无管空腔、裂缝渗水通道、橡胶止水带的孔隙内全部填满特种耐变形非固化橡胶材料,灌浆再到间隔2-3个的灌浆孔进行灌浆,相当于修复橡胶止水带额功能。

此灌浆需要有多年施工经验的技术员和技术工人,设备员一同协作灌浆,因为是高温加热灌浆材料,施工的时候要做好防烫伤的安全防护,如果市政管廊内通风状况不好,不能电加热施工,或设备安装到位以后,电加热施工存在消防安全隐患的情况下,可以采用改性常温橡胶非固化和特种水性环氧胶水复合的材料施工的工艺,沿伸缩缝(诱导缝、变形缝)人工用电镐清理裂缝两侧,凿除污损侧面到原来坚实的基面,稍微扩宽裂缝,深度15-20厘米(根据结构的厚度来调整),宽度5-6厘米,用高压水清理干净浮渣、杂物、以及原来的无效堵漏材料,保持裂缝内干净。

用KT-CSS高强速凝双快水泥配合抽管法沿裂缝封闭,采用针孔法灌注聚氨酯类混合液灌浆材料,临时灌浆封闭施工缝内渗漏水,保持槽内干净干燥,采用热吹风烘干表面潮湿气,涂刷改性环氧类界面剂,填塞改性常温橡胶非固化和特种水性环氧胶水复合材料,再用热风机吹,增加密封材料的粘接性能,再采用高快水泥胶泥封闭厚度在3厘米左右,封闭的表面要凹进去3-4厘米,再采用热吹风烘干表面潮湿气,涂刷环氧类界面剂,改性常温橡胶非固化和特种水性环氧胶水复合材料,再用热风机吹,增加密封材料的粘接性能,相当于修复橡胶止水带。

此工法施工需要有经验的技术员和技术工人,设备员一同协作灌浆,把水堵住后,再在伸缩缝事先预留的凹进去的表面槽内填塞高触变的聚硫密封胶或高弹性聚氨酯密封胶和橡胶类密封胶,根据现场情况来确定,用铁皮做成“W”槽状,用膨胀螺丝把它固定在施工好的伸缩缝两侧,再用密封膏封闭铁皮槽和衬砌表面的接缝,此施工目的是增强施工缝中材料封闭强度和变形度,最后表面再在伸缩缝(诱导缝、变形缝)表面安装不锈钢的槽钢,起到美观的作用。

特种非固化橡胶的粘结性能和抗变形性能非常优异,可以抗变形300%~400%。采用该材料整治的地下通道和地铁车站的结构,一般都能满足设计单位最初对结构的设计理念和要求。

此材料在常温下是膏状,永远不固化,有自愈合功能,在加热到200°的时候就变成半液体流质状态,流动度和可灌性增加,我们就是利用特种非固化橡胶的这个特殊的物理特性来进行灌浆的。采用了传统的丙凝的灌浆堵漏的施工工艺,再配合上新型的特种非固化灌浆材料,利用特种非固化橡胶的物理特性来加热,高温灌浆的新工艺,采用堵漏的新技术,达到灌浆堵漏的目的。改性常温橡胶非固化和特种水性环氧胶水复合材料,是适应低温或消防严格要求的施工环境下的一种复合型材料。

施工示意图

图1-1 伸缩缝(诱导缝、变形缝)渗漏水治理工艺一

图1-2 伸缩缝(诱导缝、变形缝)渗漏水治理工艺二

图1-3 施工设备(水泥埋入式注浆嘴和注浆用闸阀)

(二)、施工缝、结构裂缝、冷缝、断裂缝处理

治理目标

采用针孔法对结构深层注浆,向裂缝(隙)中填满KT-CSS系列特种低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料,把水挤出结构的裂隙和空隙,恢复衬砌混凝土的密实度和结构整体性。

治理工艺

用微损的办法——针孔斜侧钻孔法灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料,堵漏的同时补强加固。灌浆材料采用KT-CSS系列环氧灌浆料,这些材料固化快、无溶剂、黏度低,并有很强的粘结强度,让有裂缝处的衬砌混凝土恢复形成一个整体,可防止因震动扰动变形破损再重新出现渗漏。

图2-1 施工缝、结构裂缝、冷缝、断裂缝处理工艺(立面图)如下:

图2-2 施工缝、结构裂缝、冷缝、断裂缝处理工艺(剖面图)如下:

(三)、结构大面积渗漏水治理

(1)渗漏水较大时,先灌注聚氨酯灌浆材料到结构背后止住水;然后再补充灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料,作补强加固。

(2)对麻面渗水采用梅花型针孔灌浆法灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料,作堵漏和补强加固。

(3)对无法灌浆的微细缝隙(缝隙在0.01 mm以下)渗漏部位,可涂刷水泥基渗透结晶型防水材料,让渗透性强的结晶体填满渗潮部位细小的渗水通道。

(4)用以上三种方法恢复有缺陷混凝土的密实度和结构整体性,把水挤出二衬的裂隙和孔隙。再用水泥基类刚性抗渗砂浆喷涂或刮涂,增强结构的抗渗效果,起到防水、加固双重作用。

(5)管件、钢筋头等预埋件根部堵漏完成后,再开槽填嵌密封胶。

图3-1 穿墙刚管渗水治理方案示意图

三、地下综合管廊堵水所用的主要材料:

(一)KT-CSS高触变密封胶

采用丁晴橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等具有不同功能的六种橡胶共混方式生产出专用防水胶泥材料,其相关技术指标如下:

1.低温零下40度不断裂、有柔性且与基材粘结牢固。

2.高温90度不流淌,具备高触变性和自身0.3MP强度。

3.潮湿、干燥基面能保持持久粘结力,100%内聚破坏。

4.酸碱盐溶液浸泡后外观无变化、延伸性大于40MM、质量变化不超过1%.

5.自愈性强,

6.具备0.8MP以上抗窜水性。

7.无溶剂,环保无毒。

8.自膨胀率10%左右。

(二)KT-CSS-III特快型聚合物抢修砂浆

KT-CSS-III特快型聚合物抢修砂浆每袋20公斤,内装聚合物乳液5公斤(A组),干粉料15公斤(B组),使用时将A、B组分搅拌均匀,稠度100mm,初凝时间40min,终凝时间60min;一天抗压大于10MPa,28天强度抗压大于30MPa;1天抗渗压力大于P10,28天抗渗压力大于P15;1天粘结强度大于1Mpa,28天粘结强度大于1.2Mpa。

(三)KT-CSS-IA型早凝早强高强灌浆料

KT-CSS-IA型早凝早强高强灌浆料主要应用于隧道、矿井、大坝、地下岩体的注浆防水,抢修加固,与KT-CSS-VI型水中不分散灌浆料配合主要应用于岩体活动水和突水的堵漏,即先用KT-CSS-VI型注浆将水压退,再用KT-CSS-IA型注浆,90min后凝固;使用时在一台高速乳化分散机中先注入270公斤水,开动高速乳化分散机将1000公斤KT-CSS-IA型徐徐加入到高速乳化分散机中,加完后,再搅拌6-15分钟,然后用压浆泵将浆液压进岩体、压进隧道矿井结构混凝土或管片壁后、压进疏松裂缝有缺陷的混凝土;性能指标:水料比0.27,初始流动度15秒、30分钟流动度25秒,浆液高速乳化分散15分钟后细度:小于0.05mm,初凝时间90min、终凝时间100min,4小时抗压强度大于20MPa,28天抗压强度大于90MPa;搅拌好的浆液必须在60分钟内注浆压完,否则浆液会迅速变浓,无法压浆。

(四)KT-CSS-WZ21高触变双组分聚硫密封胶

(1)主要成份:液态聚硫橡胶、增塑剂。

(2)产品外观:A组份为白色匀质膏状物;B组份为深褐色匀质膏状物。

(3)技术性能:

  适用期:≥2h 表干时间:≤24h

  下垂度:≤3mm 弹性恢复率:≥70%

  拉伸模量:≥0.2MPa 低温柔性:-20℃

  密度:1.6±0.1g/cm3 质量损失率:≤5%

(五)高渗透改性环氧防水注浆材料和粘结剂

改性环氧界面粘合剂是为了改善不同材质间的粘结效果而研发的粘合剂,它具有粘结力强的性能,底涂能渗入混凝土毛细管或微细裂隙,固结后形成一定厚度的不透水增强层,既具防水功能又提高了该层混凝土的力学强度,耐戳穿力强。面涂可经受180度以上高温并将混凝土和沥青混凝土牢固粘接,其粘结强度和抗剪强度均在5MPa以上,性能远远超过改性沥青乳液。

性能指标

高渗透改性环氧防水与粘接双功能界面粘接剂的性能(Q/KH05-2006)

序号

试 验 项 目

单位

技术指标

1

胶砂体的抗压强度

MPa

≥60

2

胶砂体的抗剪切强度

MPa

≥30

3

冻融系数

%

≥96

4

粘结强度 干/湿

MPa

≥5/4

5

透水压力比

%

≥350

6

初始粘度

mPa.s

2.50~5.40

注: 1、在南方使用的工程,施工方在材料抽样送检时可以不做冻融系数检测

2、施工前工程单位送检必检项目为序号2、4、5项

(六)KT-CSS-3-II型水中胶凝高强灌浆料

主要应用于隧道、大坝、地下岩体的驱水后防水加固。使用时将100kgII型与40-50kg水混合高速搅拌机(500立升,大于1000转/分钟,线速度10-20米/秒的高速搅拌机)搅拌均匀,然后用5MPa的压浆泵将浆体压进岩体、压进隧道顶部、压进酥松的裂缝的混凝土,当与水接触时浆体不分散,随着泵压力的加大,水中不分散高强灌浆料浆体逐渐把水挤走到半径20-50米以外。

按0.45加水搅拌均匀后技术指标如下表

序号

项 目

技术指标

1

凝结时间

初凝 h

2:10

终凝 h

5:00

2

抗压强度 Mpa

1d

≥10

28d

≥30

360d

≥40

KT-CSS系列丙烯酸盐灌浆料它是一种以丙烯酸盐为主的灌浆树脂,主要用于控制下水道水渗透、稳固和凝固疏松的土壤。

由于它不含游离丙烯酰胺单体,它的LD50大于或等于5000,它的暴露毒性只有丙烯酰胺灌浆(AM)的1/100、N-甲基乙丙烯酰胺(NMA)的1/50,所以在美国和欧洲容许这类产品直接使用地下工程而不需要申请化学灌浆应用批准证书;它的低表面张力、低粘度:通常小于10CPS,让它拥有非常好的可灌性;它的凝胶时间短,且可以准确控制;使它拥有非常好的施工性能;更重要的是它的固结体具有极高的抗渗性:渗透系数可达10-10m/s。非燃品,非暴物;不污染环境;聚丙烯酸盐树脂没有毒性,不含游离丙烯酰胺;固结物具有很好的耐化学性能,可以耐石油、矿物油、植物油和动物油。

四、环境保护措施

施工中将多余废料集中处理,所排污水均要达到国家排放标准。

施工中产生的废弃物,按照要求将其堆放到指定地点,不得随意丢弃,保证施工环境整洁。

五、防水堵漏加固工程质量标准

经对地下综合管廊结构背后进行钻孔注超细早强快凝无收缩水泥基灌浆材料防水堵漏的同时又起到补强加固作用,再对地下综合管廊结构内电缆沟的其他渗漏水裂缝以及裂缝进行化学灌浆防水堵漏和补强加固后,工程质量能达到国家标准《地下防水工程技术规范》GB50108-2008规定的二级防水工程质量标准要求。

施工小结:我们采用以上综合技术措施对武汉天河机场T3航站楼的城市地下综合管廊的渗漏水进行了治理,经过18个月和2个雨季,治理效果优良,我们处理过的渗漏水没有再在原处理部位渗漏过,从而证明我们的地下综合管廊的堵漏技术是成功而有效的。

材料与工艺的结合,是个发展和创新历程,灌浆材料和密封防水材料随时代的发展会层出不穷,我们相信,只要不断努力探索,勇于创新,就一定能解决更多的地下工程渗漏水的难题,解决更多地下工程的渗漏水。

六、参考文献:

1、陈小峰,朱旭,《地铁隧道漏水原因分析及对策研究》。 科学中国人 2016-21。

2、陈森森,城市地铁堵漏施工综合技术措施[J] 。不良地质体化学灌浆技术 2016.10,344-351。

3、《地下工程防水堵漏应用技术》 (90年)姓名:沈春林 职称:教授级高 级工程师。

4、《中国化学灌浆的现状与未来》蒋硕忠、邓敬森2005年10月由长江出版社 出版。

5、中国科学院广州化学研究所主办《广州化学》,2002。Vol. 27。

作者简介

陈森森:1973年5月出生,1994年高分子材料专业毕业,高级工程师,地下工程堵漏专家,长期在高速公路、铁路隧道、地铁隧道等地下工程从事防水堵漏、补强加固、回填灌浆和固结灌浆、帷幕灌浆工程施工。