对当前地下铁道工程防水技术的探析

　　摘要

地下铁道受地下水的影响，随着城市化进程的加快，越来越多的铁路通道修建在地底，这使地下工程的防水技术越发重要。防水问题不仅影响工程本身的使用寿命和质量，还影响到整个地下工程的运行。可以客观的说，地下铁路工程防水技术直接决定了地下工程的使用年限和使用效果，要系统的从工程个个方面采取防水措施，现阶段的地下铁路防水技术来言，一方面克制自然环境的威胁，另一方面以暗挖隧道、明挖结构为例，详细阐述围岩防水、结构自防水、附加防水层以及排水系统等防水技术，指出对于具体工程，应根据基本特征选择不同的防水技术。

　关键词：地下铁路；工程防水技术；地下水；隧道

　1绪论

　　1.1研究背景

地铁一般都包括车站及区间两部分内容，而地铁的大部分都处于地下位置，因此，在防水方面不仅要对地下水的渗水现象进行有效的预防，还需要对日常降水进行有效的管理。地铁的防水工作的质量状况对于地铁的建设以及后期的维护都有着不可估量的决定性作用。在一些水文地质比较特殊的城市当中，地铁的防水工程建设更是极为关键。为此，文章对针对城市地铁工程的防水状况展开探讨，分析及完善防水质量，对于地铁施工建设及后期的正常运转有着积极影响。

1.2研究目的与意义

随着国家综合经济实力的不断提高、城市发展水平的不断进步，城市地铁越来越受到重视和欢迎，而且地铁优点很多：既缓解了城市交通的压力，也成为城市文明现代化的重要标杆。但在地铁修建的时候，受城市中地下管线、道路、建筑物等因素的制约，导致地铁施工受各式各样环境限制条件，比如如何保护建筑物、交通以及地下管道，如何使地面沉降受到控制并确保居民的正常生活与工作等，因此，和一般隧道相比，像含隧道这样的地铁施工要求更苛刻。在铁路工程施工过程中，隧道渗漏是常见的一种病害，为了避免隧道出现渗漏水情况，需要认真做好铁路隧道的防水施工，将每个技术要点控制好，保证铁路隧道工程质量。在隧道工程防水施工过程中，需要将每个技术要点把握好，保证隧道工程的质量。

　　1.3研究方法

文献综述法。就是对和本文研究相关的文献进行搜集和整理，对其中的理论知识加以研究和借鉴，通过对前辈们研究观点和成果的引用，为本文的写作打下坚实的理论基础。

分析归纳法。通过对相关论点进行搜集，把比较零散的观点和论点进行整理，最终在此基础之上完成了本文的写作大纲和框架。

案例分析法。本文选择地下铁道工程防水作为研究案例，通过案例的分析达到以点代面的作用，在缩小研究范围的情况下让研究的观点更加细致和切实可行，通过案例分析以一个案例的问题折射出整个地铁站的发展问题，让研究结果具有更高的可信度。

　　2地下铁道工程防水技术概述

　　2.1地铁施工过程中防水工程的重要性

2.1.1防水工程关乎整个地铁施工建设的成败

城市地下水主要分为以下三方面即：承压水、潜水以及地表水。而地铁在建设的过程中大部分都是处在地下水的位置处。而地下水一般都会含有大量的碱性成分以及酸性成分。这些成分会和混凝土产生一定的化学反应，从而影响了混凝土内部钢筋的整体构造，降低了混凝土的强度，最终也会给人们的出行带来了非常大的影响。

2.1.2防水工程事关整个地铁是否能正常运营

地铁作为人流量最多的交通工具之一。因此对地铁的环境提出了较高的要求，必须保证地面干净，整洁，无污染，进而保证乘客的舒适性。另外，还要求相关物品不宜发生霉变，当然最值得要保证的是通讯设备、地铁轨道以及原件、电力线路不会应受潮而影响了地铁的正常运行。而要想更好的保障这些设备就必须要施工人员做好防水工作。

2.1.3良好的防水工程能够有效降低运营和维护的成本

如果地铁内部一旦发生渗水问题，就会导致其他物品发生霉变，从而增加了供电线路安全事故的概率并且对地铁的钢轨问题带来了严重的损害，同时还会造成投入更多的财力、物力以及人力来解决渗水问题，从而增加了维护成本以及运营成本。

　　2.2地下铁道工程的防水技术

2.2.1围岩防水技术

新奥法是一种应用的岩体力学基本理论，它主要的措施是通过维护与凭借围岩自己的承受能力为基础，利用混凝土作为主要的支撑和防护措施，合理的进行支撑和防护，从而有效的防止围岩出现变形以及松弛的现象，在操作过程中将围岩设定为整个支撑和防护体系的一部分，在施工的过程中不断地测量和监测围岩和支撑防护结构，从而指导整个地下铁道工程建设的基本方法。围岩防水技术方法把围岩同支撑和防护结构纳为一体进行考虑，这样就构成了地下铁道工程中防水的第一道安全线。围岩防水技术具体操作主要可以分为两个基本的步骤：（1）前期处理。前期处理对于明挖结构来说，主要指的是在支护结构以外附加一些深孔注浆结构，从而在整个基坑的外部形成一道类似于幕布的防水层；对于暗挖隧道来说，在前期的施工中主要采取上述方法，在周岩的内壁形成一层类似于幕布的防水层。其中明挖结构的防水层效果较好。但是具体情况也要结合具体的施工情况进行分析；（2）后期处理。针对明挖结构来说后期处理主要指的是在施工基坑处理完毕而即将进行主体工程建设的时候，首先识别出漏水点，对这些漏水点进行止水处理。在暗挖隧道的施工过程中，在前期的支持和防护工作结束以后，就要展开漏水点排查，进行探水注浆处理。

2.2.2结构自防水技术

在地下铁道工程施工的过程中必须选择合理的前期支撑和防护技术，喷射混凝土就目前来说是在施工过程中主要使用的一种支护方式，利用这种技术，不但起到了临时性的支持和防护目的，而且也做到了永久性的衬砌。目前我国国内的前期的支撑和防护喷射中主要使用的是干式非防水的混凝土，这种材料在一定程度上的确能够起到防水的作用，但是由于材料本身的限制，它的防水性能还是比较差的。而采用湿式喷浆技术，则可以有效的实现混凝土的均匀搅拌，防水效果要明显的高于前者。在整个地下铁道的施工过程中，二次衬砌和明挖的主体结构是整个工程的最后的防水线，最好这两方面的防水工作具有十分重要的意义。在浇筑防水混凝土的过程中，很多因素都会导致系统的整体防水性能变差，出现一系列的开裂现象。因此，在施工的过程浇筑的过程中要进行分层处理，并且实施振捣，不然难以保证其防水性能。其次，衬砌的过程中在拱部经常会产生缝隙，因此，需要进行注浆处理，对薄弱的地方需要反复进行回填处理。

2.2.3辅助防水层的设立技术

在地下铁道工程的施工过程中为了达到总体防水的基本要求，通常情况下为增加一道防水层，这道防水层设立的目的是进行施工补偿。因此，在选用防水层材料的过程中，要结合前面施工的特点进行分析，促使防水材料的各项性能和施工向匹配。就目前来说，采取“水密型”的全包防水是最理想的施工方案。但是，这种施工方案对材料和人员的要求比较高，目前在我国来说还行不通。因此，本文主要推荐“混合型”的方案。

2.2.4永久性排水系统施工技术

在进行上面的施工中，在建立附加防水层的过程中必须在防水层的下端和排水管道向连接，从而促使早起支撑和防护同防水层中间的水能够沿着附加的防水层流入到导管里面，最终排除。同时，在附加防水层的下端位置以及接缝的位置应该安置止水带，防止地下水向上流动。在这里本文还建议在施工的最后一个环节中，在排水管上安装一个可控阀门，将它的初始状态设置为“水密型”，从而可以在最大的范围内减少地下水的深入，还能够进行排水，一举两得。

2.2.5施工缝隙的防水施工技术

在施工的过程中经常会产生一些变形的缝隙和施工遗留的缝隙，通常情况下这些缝隙的宽度在两厘米左右，对于这些缝隙必须采取一定的措施进行处理。首先，在变形缝隙的位置可以放置橡胶止水带，并且在变形缝的内壁处使用橡胶进行密封处理。对于施工缝隙来说可以采用钢板止水带进行处理，但是在施工的过程中一定要注意不同时间段填筑混凝土的粘合问题。在施工的过程中如果混凝土的厚大比较大，可以人为设置一个凹缝，放入止水带，效果要更明显。

　　3围岩的前后防水措施

在新奥法中，围岩与初期支护一起承担围岩压力起到一个整体性作用；同时二者在开挖阶段也密不可分，之后的防水和支护阶段相互影响。二者应同时考虑。按着“以防为主”的原则，采取堵水和隔水的措施，降低地下水的渗透系数，减小地下水的渗透量。在围岩防水技术处理是，主要做好预处理和后处理两个方面。要能满足基本要求的，才能显示工程经济效益和社会效益。

　　3.1预处理

围岩防水是常见的一种防水技术，在我国大部分城市运用较多，由于造价便宜和施工技术难度不高，因此深受欢迎。在围岩防水中，首先就是预处理。在地下铁道的明挖结构中，在围岩结构之外采取深空注浆、旋喷桩和搅拌桩等手段，在基坑外形成止水帷幕。由于能够及时的对全面粘性的喷锚支护进行施工，因此能及时有效地防威严的脱落和风化，防止围岩的潮湿和膨胀，保护原有岩体强度。而处理暗挖的隧道来讲，采取如地表提前注浆及洞内全断面注浆、超前预注浆、水平旋喷桩帷幕等措施，在隧道内的周围围岩内形成止水帷幕。至于采取什么样的预处理技术，要根据当地的地质条件，综合科学、经济的分析的原则，在不对开挖结构造成损害的情况下，对预处理措施进行选择性实施，以满足具体工程的要求。如不适合采用预处理措施，最好不要采用，以防给后续施工带来不必要的安全隐患。

　　3.2后处理

后处理对于明挖结构来说，具体的是指基坑开挖完成、主体结构施工前，针对渗漏点进行注浆止水。在预处理工作完成之后，后处理相当于检验和复查前面的预处理。围护结构未成型是，主要是桩间漏水，在进行桩间回填时可预留注浆管，对明显处进行桩后土体和桩外岩土体进行注浆止水，并对桩间空隙进行回填注浆。后处理对于暗挖隧道来讲，主要是在初期支护完成时，防水层施工前进行针对性的探水注浆及系统的回填注浆、固结注浆。后期处理在暗挖隧道实施困难较大，需一气呵成。根据现场客观条件来选择合理的方法。探水注浆是针对渗漏或涌水点，在空隙处进行注浆并迅速扩张凝固，使地层变得更加牢固并阻截水的流通，探明水路的准确位置，通过钻孔埋注浆管至岩层，实施注浆止水。系统的回填注浆通过初期支护施作时预埋的注浆管，对初期支护与围岩间的间隙进行注浆填充；之后视情况进行固结注浆，系统的固结注浆与探水注浆的原理相同，但二者必须在隧道那一定环纵向间距不知注浆孔的前提下。为了做好后期处理工作，开挖过程中的地质勘探要时刻跟进，做好随时测量的准备，对含水量较大、围岩脆弱，地质条件复杂的地段进行标记，作为后期处理的重要地段。但在现实的工程中，后期处理往往做的不尽人意，一方面是工期紧张，盲目的抢进度；另一个方面因是隧道、基坑开挖(或人工降水)引起的地下水流失、地下水位和地下水压的减小，此时的渗透的影响看不出来，边施工二次建筑和主体建筑，等到施工完成时，地下水位恢复，由于仍还有大量的空隙、孔隙的存在，造成大量的结构漏水。实践证明，凡是重视后处理的工程，完工后的渗漏水少，堵漏任务轻。

　　4结构自身的防水

所谓的结构自身的防水通俗是指是工程建筑结构自身能达到防水的目的，即建筑结构的钢筋混凝土结构既能承重又能防水。在新奥法中具体指二次衬砌和明挖主体防水混泥土。结构自防水具体指在混凝土中加入一定量的膨松剂、防水剂来，改善混凝土收缩应力，来控制混凝土的收缩，防止混泥土开裂造成渗漏，结构本身的防水就是最好的防水，为保证结构自防水的防水效果，施工人员应强化责任意识，严格按照施工方案和要求施工，并加强施工管理，严格控制施工过程中关键部位、关键工序的施工质量。任何一种防水方法都依附于结构的自身防水能力。结构自防水对于初期支护，关键是保证喷射混凝土的密实性，对于主体结构现浇混凝土,关键在于如何抑制混凝土结构的开裂。

　　4.1初期柔性支护

初级支护分为喷射混凝土、喷射混泥土加锚杆和喷射混泥土锚杆与钢架联合支护，喷射混凝土是运用最广也是最方便的支护形式，不仅用作临时支护,而且也用作永久村砌。隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层为初期支护。这不仅仅能控制围岩的应力，还能使结构更加安全和方便施工。目前国内暗挖隧道工程初期支护采用的是喷锚支护据围岩特点，选择混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等单一或组合的支护形式其主要成分为干式喷射非防水混凝土，虽然围岩的承载能力提高,能拦截一定量的地下水，但干式喷射混凝土水泥、砂、石和水很难混合均匀这将影响喷射混凝土防水性能。日前，国内新奥法隧道工程的模筑混凝大都采用分段浇筑的方式实施，由于不是一次成型，既存在大量的施工缝,也对围岩残余变形的约束力不够,将产生应力集中，使衬砌开裂。

　　4.2暗挖隧道二次衬砌

二次衬砌作为地下工程的最后一道防水，它起到至关重要的作用。它与初期支护组成复合式衬砌。二次衬砌一般在围岩和初期支护稳定后进行施工。二次衬砌和初期支护相对而说，在隧道现有初期支护的基础上再进行混凝土浇筑形成内层衬砌，这样优化了防水的路线、加固了结构、美化环境，同时为后期的设备装配做下基础。暗挖隧道二次衬砌采用现浇防水混凝土，其防水的效果靠的是自身的绝水性，它要有一定的厚度来支撑。现浇防水混凝土若配制不当施工质量差、养护不到位等,易形成开裂、孔洞、蜂窝麻面等，影响其防水效果。如果振捣不到位，不符合防水混凝土的配制原则，导致衬砌质量下降，而防水板依靠衬面的支持才能发挥防水作用，若防水板后面空隙有积水，形成水囊，在具有一定水位时，质量低的衬砌会受水压作用而断裂，形成渗漏。所以防水混凝土施工时的振捣是保证混凝土密实性的关键，浇筑时必须分层进行按顺序振捣、充分养护，否则难以起到应有的防水作用。另外，再施工前一定要对隧道的底部的残渣进行清洗，之后再用高压风机吹干，保证没有空隙产生，对超挖的部分用同质量的混凝土进行填充。对于洞口段后者围岩松碎的地方要尽早的二次衬砌保证施工环境的安全。暗挖隧道二次衬砌施工在拱部是薄弱环节，极易产生隙,最大达10cm。为此在二次衬砌施工完成后，应进行系统的村砌拱部与防水层间的回填注浆,方法与初期支护背后注浆相同，其目的是充实衬砌与防水层间的空腺,但应注意灌浆时压力的控制。仰拱的混凝土浇筑需一次成型，中间的施工缝和变形缝也要做防水处理。应用现浇的防水混泥土凝上后，既可以达到较好的防水效果，同时也可以实现承载结构和维护结构的。

　　5附加防水层

附加防水层不仅可以起到防水作用还能补强结构的强度，是工程中防水重要的一环。在第二次衬砌施工开始前，第一次衬砌完成后立刻铺设防水层。防水层的材料选择要根据工程的需求和现场条件，保证防水材料的耐久性和抗变形能力，防水层的材料大部分为卷材，卷材方便耐用，成型后不需保养，受天气的影响小，厚度均匀方便按防水设计求铺设，也方便现场管理。对于隧道顶部防水层的选材，优先选择背部有缓冲材料的复合板。保护防水板不受渗水压力的垂直作用和锚杆、喷射混凝土糙面的破坏。

　　5.1防水卷材的施工

地下工程的卷材防水层，维护结构要具有足够的坚固性，为卷材防水层同层结构共同工作提供条件。首先，先对施工表面进行清洗，除去铁锈和石渣以避形成空隙；因此，卷材防水层适用于铺贴在整体的混凝土结构基层上或铺贴在整体的水泥砂浆，沥青砂浆等找平层上。涂料的涂刷要反复几次均匀的涂抹。卷材的施工不能垂直的铺设，注意接缝的平整度在接缝处要预留足够的宽度。平面和立面的接缝处平整铺设，同时也要保持6cm的距离。施工完成后在防水层上浇筑混凝土作为保护层，可延长防水层的使用年限。另外，进行适量的排水，卸掉了直接作用于主体结构的部分静水压力，可减小主体结构的渗漏、解除水量较大的重力水对地下建筑的直接威胁,但应以不破坏地下工程水环境为前提。

　　5.2传统防水卷材的缺陷

传统防水卷材本身不能与结构层形成一个整体，对于复杂基层需多块拼接，材料相互搭接处的粘结难度较大。材料搭接处很难走到绝对封闭，在施工完成后与混凝土结构层间始终有一道界面接缝，目前没有与卷材质量相匹配的粘结剂，如果没有足够的养护措施，水流会在空隙处形成“窜流”，使后期的维护工作很难展开。这就要求研制新型的防水卷材能与混凝土结构层形成一个在长期浸泡中依然密不可分的整体，即使在施工过程中造成了破坏点，也不会发生“窜流”现象,破坏点与渗漏点完全致，极易检修。从而解决了“窜流”的历史性难题。

　　6排水系统

对于防水工作，我们不能仅局限于预防的手段上，还应该聚焦于如何排水即排水系统，根据现场需求，统筹兼顾，设计混合型的防水系统，即永久性的排水系统，而非施工中的“临时排水系统”。说先把地洞里的水和拦截的水排出，堵在洞外的水也要排走。在衬砌混凝土边墙后面建立集水区.设置渗水育沟，埋设有孔排水管;为例使漏水处有水的部分不堵塞，可以在漏水处铺设合成树脂，它能与岩体充分黏贴，透水性好，不易堵塞。在隧道的石质周围可以进行钻孔，使隧道中的水引入排水沟再通过钻孔排出，使围岩始终保持干燥。对离壁式衬砌，可在围岩与衬砌间作外排水沟。一般在洞内设纵向排水沟和横向排水坡度，以排出渗入或引入的地下水。此外，建议在引水的排水管上安装控制阀门，并使其在工程验收前始终处于“水密性”状态，以能保证各种堵水措施能按要求施作到位,最大限度地减小地下水渗人量同时在运营期间能有组织地定期地对地下水进行排放。

　　7接缝处理和施工缝的处理

接缝是指模筑混凝土的工作缝、沉降缝、伸缩缝、装配式衬砌的接头等,均是工程防水中的薄弱环节,须采取有效的接缝堵水措施。由于施工过程中混凝土灌注常造成防水板歪斜.致使PVC板无法按要求设置;拱部和边墙结合部的水平施工缝设置止水板也有困难这些都成为防水失效的原因。为了使新老混凝土层间粘结密实，混凝土的施工缝部位一般采用塑料、金属、橡胶止水带或使用缓膨胀型橡胶条。混凝土浇筑厚度较大时，可设凹缝,并在凹缝中设置止水带。对于钢筋混凝土或铁制管片或者砌块的接头，需要做专业的防水槽，在工程后期，用防水材料将其填密。对于后期工程中的漏水可以向环缝合纵缝压降注水；装配式衬砌中的螺栓孔也是漏水点，可添加氯丁橡胶或丁苯橡胶制成的密封垫圈。变形缝与施工缝的处理要从一开始的混泥土振捣开始，充分的振捣可以保证止水带与混凝土的粘结牢固，与此同时也要做止水带的保护工作。当采用防水板隔离层时，应在变形缝与施工缝两侧设置背贴式止水带,背贴式止水带可与防水板及结构混凝土密实粘结，可在变形缝与施工缝部位形成防水封闭区，防止防水层局部发生渗漏水时出现“窜流”现象。可在结构内侧施工缝与变形缝部位设置嵌缝槽，日后万一漏水可在预留槽中处理，不必再外凿槽。

　　结语

随着城市的人口越来越多，地铁建设工程的数量呈上升趋势，防水工程在工程施工中的比重越来越大，对防水工程的难点提出更高的要求，因此我们看待地铁工程防水应作为一个整体,从工程最开始的地址选取和地质勘探就要为以后的防水问题考虑，贯穿整个施工全过程;在防水设计、材料选择、施工工艺、防水施工队伍选择都要严格把关纳入防水系统中。对于具体工程细节,须根据不同的结构形式、结构所在地质区段的工程地质及水文地质条件、不同的施工方法以及造价高低来确定相适应的防水技术措施;每种防水方法均有利弊,要逐个分析具体结合当时情况来选择。以全面堵水为前提，以结构自防水为根本，以施工缝变形缝等接缝为防水重点，采取多道防线，每道防线都是同等重要的，做好多种防水的措施有备无患。精心设计，精心施工。目前防水效果较差的主要原因之一是工程施工中未能按要求施作到位，防水工程应由具有相应专业资质的优秀队伍施工。研究更加优化的防水材料，加强新材料、新技术、新工艺的应用。

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　　致谢

在校的这三年时间里很感谢老师们对我的淳淳教诲,是你们教会了我们勤奋学习,诚实做人,踏实做事,以宽容之心面对生活。指引着我们沿着正确方向前进。在点滴汇聚中使我逐渐形成正确、成熟的人生观、价值观。特别要感谢我的指导老师给予我很大的帮助。感谢我的家人,我永远的支持者,正是在你们殷切目光的注视下,我才一步步的完成了求学生涯。没有你们,就不会有今天的我!我一直很感谢你们,让我拥有一个如此温馨的家庭,让我所有的一切都可以在你们这里得到理解与支持,得到谅解和分担。你们的支持和鼓励是我前进的动力。