北京地鐵既有結構滲漏風險防控體系研究

楊廣武，彭 華，李宇杰，李子晨，萬匡迪，宋 偉

（1.北京市軌道交通學會，北京 100101；2.北京交通大學土建學院，北京 100044；3.北京市地鐵運營有限公司，北京 100044；4.北京市政路橋科技發展有限公司，北京 100037）

近些年，在北京地鐵運營過程中地下結構滲漏現象大量出現，其中結構防水質量是問題發生的主要內因，地下水位上升是引發問題的直接外部因素。地鐵滲漏點多、面廣，嚴重危害著地鐵運營安全和環境安全[1-5]。當前，地鐵滲漏水的風險防控理論發展落后于運營地鐵發展需要，關于運營地鐵滲漏風險的識別、評價和應對策略在實際工程應用中具有一定的不適用性。因此，研究既有地鐵滲漏風險防控體系具有較強的現實意義。

目前，國內學者主要針對隧道滲漏病害成因及治理進行研究。葉飛等[6]總結了隧道滲漏風險的研究成果，基于對隧道滲漏水病害的發展原因、過程的分析，給出了基于泄壓理論的抑制滲漏發展及降低風險的方法。劉會迎等[7]從鐵路隧道的設計階段到施工階段較全面地探究了滲漏水病害的致險因子，并針對性地提出了抑制滲漏水發展及降低滲漏風險的建議。李鑫[8]以某運營期公路隧道的滲漏風險管理為例，通過實地考察、工程資料研究和利用模糊數學的方法，研究了滲漏水檢測及風險評價指標體系的構建。董飛等[9]基于北京地鐵隧道病害檢測結果，通過數學統計，分別對不同工法隧道病害展開分析，表明盾構隧道主要病害為滲漏水，其次為空鼓、翻漿冒泥、裂縫、陰濕。羅鑫[10]指出對隧道病害程度進行恰當分級是科學評價隧道病害狀況的重要方面。陳寧威[11]針對南京地鐵1 號線明挖法區間隧道因地基不均勻沉降導致結構變形漏水問題作了原因分析，提出采用EAA 環氧灌漿材料治理滲漏的措施。

以上研究重點關注了既有結構滲漏病害的治理與成因探究，鮮有涉及既有結構滲漏病害的風險防控。因此，本文依托北京地鐵滲漏病害現場踏勘結果，對既有結構滲漏的風險識別、風險評價和風險應對策略進行了研究，同時，形成一整套既有地鐵結構滲漏風險防控技術體系。以定性與定量相結合形式，建立新的地鐵結構滲漏風險等級劃分標準，并根據分類、分級結果，提出相應的風險應對策略。

1 北京地鐵滲漏現狀統計

1.1 車站滲漏統計分析

車站包括地面站、高架站和地下站，根據北京市地鐵運營有限公司所管轄的17條線路中252座車站滲漏病害踏勘數據顯示，地下站的滲漏情況明顯多于地面站和高架站，主要類型為濕漬和滲水。病害照片及統計分別如圖1～3。

圖1 車站頂板滲漏Figure 1 Roof leakage at a subway station

圖2 設備間側墻滲漏Figure 2 Side wall leakage in an equipment room

圖3 車站滲漏統計Figure 3 Station leakage statistics

1.2 隧道滲漏統計分析

暗挖法隧道滲漏明顯多于盾構法隧道，基本為濕漬、滴漏和線流類型。典型病害及統計如圖4～6 所示。

圖5 施工縫、變形縫滲漏Figure 5 Leakage of construction joints and deformation joints

圖6 區間滲漏統計Figure 6 Interval leakage statistics

2 既有地鐵滲漏風險識別分析

風險識別是軌道交通工程安全風險管理的基礎和前提，針對地鐵結構發生滲漏病害的風險，將其識別為外部環境因素、地鐵結構自身因素，以及針對乘客、職工和設備設施的影響程度。

2.1 外部環境風險

2.1.1 水文地質環境變化

根據北京市公開資料顯示，截至2022 年底，全市平原區地下水位平均埋深17 m 左右，與2015 年同期對比數據顯示，地下水水位上升將近9.5 m。北京地區地層以砂土和黏性土為主，由于地下水位的上升，地下結構周邊圍巖含水量增大，黏性土層受水位上升影響嚴重，其壓縮模量減小，黏聚力下降，造成土體的弱化；當地下水中存在腐蝕性離子時，混凝土構件由于其本身的孔隙性質，水通過孔隙進入后經長期浸泡，混凝土會在滲透以及腐蝕性離子的共同作用下，出現掉落脫皮的現象。

2.1.2 鄰近工程施工

鄰近工程施工會導致既有地鐵結構周邊地層的應力狀態發生變化，產生擾動，打破應力平衡狀態。地下水產生的動水壓力作用會使得土層中的松散細顆粒產生懸浮流動作用，產生流砂作用的同時由于動水壓力作用，可能導致土層中的細小顆粒穿越粗顆粒之間的空隙滲流，使土體結構破壞，從而造成既有地鐵結構的滲漏。

2.1.3 列車荷載

我國沿海發達地區的大量地鐵修建于飽和軟土、黏土地層中[12]，北京地鐵部分線路類似，如11 號線、19 號線等，地鐵列車振動引起下臥飽和土中孔隙水壓力的變化，直接導致隧道沉降變形，結構發生破壞，進而出現滲漏病害，掏空管片背后土體，改變結構應力狀態，進一步發生變形，盾構隧道變形會使管片接縫張開過大，加劇了滲漏水病害的發生。

2.2 結構耐久性風險

地鐵結構在服役期間隨著年代增加和外部受力等作用下發生耐久性破壞，出現各種病害，包括滲漏、裂縫、不均勻沉降等；并且這些結構病害在相互作用下繼續發展，造成列車運營安全性下降、結構破壞嚴重和服役壽命減少等問題。

2.3 乘客、職工和設備設施風險

2.3.1 對乘客、職工的影響風險

對乘客、職工的影響風險按照地鐵結構不同滲漏場景進行歸類，將統計的北京地鐵17 條線路車站的滲漏病害按照站廳、站臺、設備區、軌行區、出入口和通道6 種滲漏場景分類。其中，滲漏病害發生在設備區、軌行區占比61.43%，發生在站廳、站臺占比21.50%，其他場景總占比17.07%?？梢姖B漏病害對乘客、職工的影響風險主要發生在地鐵車站的站廳、站臺、設備區和軌行區。

2.3.2 對設備設施的影響風險

1) 接觸網。隧道滲漏水成分具有腐蝕性，導致接觸網受到腐蝕，接觸網中匯流排起到的關鍵作用就是對接觸網中的導線進行固定，由于匯流排耐蝕性差，同時，還要承受一定電流，若受到腐蝕，會大幅度降低機械性能，導致列車在行駛時發生脫槽、跳線等問題，影響正常運營。

2) 轉轍機。道床結構混凝土若劣化嚴重，則轉轍機基坑周圍道床結構局部出現強度低、空隙大、裂縫發育等現象，混凝土自身質量差，造成外界水源侵入。

3 既有地鐵滲漏風險評級

3.1 滲漏病害風險分類分級原則

3.1.1 分類原則

通過現場勘查分析，提出了地鐵結構滲漏病害風險分類分級原則。按照設備設施類型、與滲漏位置相對關系及對乘客出行影響進行定性分類，然后，按照滲漏水流量進行定量分類。

3.1.2 分級原則

1) 定性分級。①直接造成設備損壞影響運營或乘客出行；②經過一定時間滲漏造成設備損壞影響運營或乘客出行；③設備一定范圍內濕度增加，可能造成設備損壞影響運營。

2) 定量分級。潛在的風險主要是日排水量超過水泵排水能力造成區間積水、水漫道床后停運，因此按照排水量等級和水泵配置考慮一定安全儲備，劃分為：①每200 m 區間隧道日均排水量大于200 m3；②每200 m 區間隧道日均排水量為100～200 m3；③每200 m 區間隧道日均排水量為50～100 m3；④每200 m 區間隧道日均排水量小于50 m3。

3.2 滲漏病害風險分類分級

根據對設備和乘客出行的影響程度、滲漏的嚴重程度將風險等級劃分為4 個等級，即A(危險)、B(較危險)、C(較安全)、D(基本安全)，如表1～3 所示。

表1 區間滲漏風險定性分類分級Table 1 Interval qualitative classification and grading

表2 區間滲漏風險定量分類分級Table 2 Interval quantitative classification and grading

表3 車站滲漏風險分類分級Table 3 Station classification and grading

4 既有地鐵滲漏風險應對措施

4.1 滲漏治理原則

針對滲漏病害影響等級為A 級與B 級進行優先應急處置，采用快速表面封堵處理方式，待影響等級降低后進行綜合治理；針對滲漏病害影響等級為C 級和D 級的直接采取處置措施。

1) 應急處置。影響設備使用及乘客出行時，采用引流措施；排水量較大時，采用臨時封堵措施。

2) 滲漏治理。先治標再治本，最終以治本為目標，結構表面引流和封堵是治標措施，結構背后注漿水下不分散防水材料和修復中間防水層為治本措施；關注運營設備的安全狀態，防止出現注漿造成道床拱起、接觸網變形和排水溝污染；治漏材料技術指標滿足相關行業規范的最低要求，聚氨酯材料非應急情況不得用于滲漏治理；提高施工效率，控制時間，滿足非運營期天窗點要求，預留運營設備檢查時間，減少施工天窗點數。

4.2 應急處置方案

4.2.1 區間滲漏

區間滲漏應急處置針對短期內影響設備使用和列車正常運營的滲漏情況，采取以下措施，達到滲漏影響等級降低的目標，如圖7 所示。

圖7 區間滲漏現場應急處置Figure 7 Emergency response to interval leakage site

1) 針對線箱盒及控制柜類、設備類等內部有水的情況，采用臨時封堵或接引流管的方式進行處置；設備上方滲漏時，采取引流或設備遮蓋的方式進行處置。

2) 每200 m 區間隧道日均排水量100 m3以上的區間，對該區域的滲漏病害部位采取速凝水泥封堵材料等進行臨時封堵。

3) 施工縫、變形縫、裂縫和穿墻管等部位滲漏影響設備運行或列車運營，采用安裝接水盒或埋設引流管的措施。

4.2.2 車站滲漏

車站滲漏應急處置針對短期內影響乘客通行和站容站貌的滲漏情況，采取以下措施，達到滲漏影響等級降低的目的，如圖8～11 所示。

圖8 頂板應急處置示例Figure 8 Example of roof emergency disposal

圖9 側墻應急處置示例Figure 9 Example of sidewall emergency disposal

圖10 底板積水應急處置示例Figure 10 Example of emergency response to waterlogged baseboards

圖11 電梯井圍擋應急處置示例Figure 11 Example of emergency response to elevator shaft enclosure

1) 頂板滲漏：采用拖把清理地面積水，對于點滲漏問題，采用水桶盛接，放警示牌，及時清理積水；對于面滲漏問題，在底部鋪設防滑地毯，周邊放警示牌，安排人定期觀察，嚴重時安排人員現場值守。后續安裝接水槽等將水引至地面排水溝。

2) 側墻滲漏：采用拖把清理地面積水，鋪設防滑地毯，距墻40 cm 處堆放防汛專用沙袋，將滲漏水導流至排水設施內，滲漏嚴重部位放置警示提示牌。后續安裝接水槽等將水引至地面排水溝。

3) 底板積水：采用拖把清理地面積水，鋪設防滑地毯，距墻40 cm 處堆放防汛專用沙袋，將滲漏水導流至排水設施內，滲漏嚴重部位放警示牌，必要時采用警戒帶進行圍擋，并用吹地機將地面吹干。

4) 自動扶梯及電梯滲漏：對電梯進行斷電停運，出入口處進行圍擋封閉，電梯養護單位人員配合對控制裝置進行防護，對基坑積水進行抽排。對于嚴重的滲漏點，采用速凝水泥或化學堵水材料臨時封堵的方式處理。

5) 滲漏水臨時封堵：作業現場圍擋→搭設作業平臺→清理作業面→速凝水泥封堵(灌注速凝型化學漿液)→清理現場。

4.3 滲漏病害治理措施

4.3.1 技術原則

1) 遵循“防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”原則。

2) 治理過程中不得破壞原結構，堵漏的同時應把永久防水和補強加固統一考慮。

3) 順序：先排后堵、大漏變小漏、線漏變點漏、片漏變孔漏；先高后低，先頂板再墻身、后底板。

4) 材料符合《水泥基灌漿材料應用技術規范》(GB/T 50448—2015)和《非固化橡膠瀝青防水涂料施工技術規程》(DB11/T 1508—2017)。

4.3.2 變形縫滲漏治理

1) 線漏及以上治理(見圖12)。①襯砌背后填充水泥基灌漿料，進行止水；②鉆深孔至中埋式止水帶背后，灌注柔性環氧樹脂灌漿料；③清理背水面變形縫，填塞遇水膨脹橡膠條，灌注非固化瀝青；④有接水盒且空間允許時，安裝滴水鋼片；⑤背水面采用柔性環氧砂漿封閉，有接水盒時安裝接水盒。

圖12 線漏及以上治理Figure 12 Line leakage and above governance

2) 滴漏或濕漬治理(見圖13)。采用“彈性有機灌漿料封閉孔隙”的方式進行治理：①鉆深孔至中埋式止水帶背后，灌注柔性環氧樹脂灌漿料；②鉆淺孔至中埋式止水帶前方，灌注柔性環氧樹脂灌漿料；③背水面采用柔性環氧砂漿封閉，有接水盒時安裝接水盒。

圖13 滴漏或濕漬治理Figure 13 Drip or wet management

4.3.3 穿墻孔洞滲漏治理

1) 對于廢棄的穿墻孔洞，當滲水量較小時，可將孔洞內松散混凝土鑿除后填充剛性微膨脹防水材料，表面封堵滲透結晶材料；當滲水量較大時，先在襯砌背后填充速凝漿液，待止水后，再將孔洞松散混凝土鑿除填充剛性微膨脹防水材料，表面封堵滲透結晶材料。

2) 對于有預埋管線的穿墻孔洞，采用“無機材料填縫+有機材料封閉細小孔隙”治理。采用注漿法或封堵法等對管線和結構接縫進行防水密封，選用水泥基灌漿料和環氧樹脂注漿材料。

4.3.4 施工縫+裂縫滲漏治理

1) 線漏及以上治理。①采用注漿方法在結構迎水側注射灌漿材料封堵水源；②縫內填充剛性防水材料進行填充和止水，材料強度不低于原結構；③表面施作修復防水材料。

2) 滴漏或濕漬治理。①縫內填充剛性防水材料進行填充和止水，材料強度不低于原結構；②表面施作修復防水材料。

4.3.5 混凝土缺陷滲漏治理

1) 線漏及以上治理。①采用注漿方法在結構迎水側注射灌漿材料封堵水源；②打設不同深度的注漿孔向缺陷位置填充剛性防水材料，材料強度不低于原結構；③表面施作修復防水材料。

2) 滴漏或濕漬治理。①打設不同深度的注漿孔向缺陷位置填充剛性防水材料，材料強度不低于原結構；②表面施作修復防水材料。

5 結論

針對地鐵結構滲漏病害問題，結合現場調研結果，對北京地鐵滲漏病害風險防控體系做了深入研究，得到以下結論。

1) 車站滲漏統計中明挖法車站滲漏病害最嚴重，其中滲水、滴漏情況占比72.4%；區間滲漏統計中暗挖區間滲漏病害最嚴重，其中濕漬、滲水和滴漏情況占比84.4%。

2) 探明了北京地鐵結構發生滲漏病害風險的識別因素，包括外部環境因素、結構耐久性和對乘客、職工和設備設施的影響程度3 方面。

3) 提出了一種既有地鐵滲漏分類分級方法，對乘客出行影響、滲漏流量和對設備設施影響做定性分類，對不同日均排水量進行定量分級。

4) 提出先應急、再治理的技術措施，將病害分為變形縫滲漏、穿墻孔洞滲漏、施工縫滲漏、裂縫滲漏和混凝土缺陷滲漏5 種類型，采用注射灌漿材料和防水材料封堵水源+結構表面涂刷防水材料的方法進行治理。