地鐵地下車站涌水涌沙病害及治理措施

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1、地鐵地下車站涌水涌沙病害及治理措施摘　要　結(jié)合北京某地鐵車站涌水涌沙病害的工程實(shí)例,指出地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害和道床病害是導(dǎo)致地鐵車站涌水涌沙病害的主要因素,分析該地鐵車站涌水涌沙病害可能的發(fā)生機(jī)理,分別針對緊急搶修和徹底根治兩種不同的要求和方案提出治理地鐵車站涌水涌沙病害的一些可行措施。關(guān)鍵詞　地鐵隧道結(jié)構(gòu)　地鐵道床　涌水涌沙病害　病害機(jī)理　治理措施自20世紀(jì)60年代起,我國就開始修建地鐵。地鐵線從開始運(yùn)營至今,已經(jīng)有了相當(dāng)長的運(yùn)營時間,到了一定的時期,不可避免地會出現(xiàn)一些病害。北京某地鐵車站就在近期出現(xiàn)了涌水涌沙病害。此

2、病害治理工程是國內(nèi)地鐵車站病害治理很具代表性的案例,我們應(yīng)該認(rèn)真分析涌水涌沙病害的成因,并提出對此類病害進(jìn)行治理的一系列措施。1病害概況10該地鐵車站主體結(jié)構(gòu)長約208m,東側(cè)有長約153m的喇叭口區(qū)段(明挖矩形結(jié)構(gòu))。車站自西向東以3‰的坡度下降,寬22.3m,高16.4m。車站為矩形雙層3跨框架結(jié)構(gòu),頂板埋深約4.8m,頂板結(jié)構(gòu)厚1.5m,側(cè)墻厚1.1m,底板厚1.3m。車站框架結(jié)構(gòu)采用C35混凝土,結(jié)構(gòu)外防水為五氈六油防水層,變形縫處采用合成膠片和紫銅片加強(qiáng)。軌道系統(tǒng)是于車站主體結(jié)構(gòu)完成之后,在底板結(jié)構(gòu)上增設(shè)道床

3、,而后鋪設(shè)完工。道床厚0.28m,為C30素混凝土結(jié)構(gòu)。病害現(xiàn)象為在車站及站端明挖區(qū)間底板道床向外涌水、涌沙。經(jīng)現(xiàn)場勘察,在大約450m范圍內(nèi),從隧道結(jié)構(gòu)變形縫及道床開裂縫中向外涌水涌沙,共發(fā)現(xiàn)21個滲漏點(diǎn),涌水涌沙量大小不一。其中北側(cè)道床13處,7處處于變形縫位置;南側(cè)道床8處,1處處于變形縫位置。滲漏點(diǎn)均有泥沙涌出,有的點(diǎn)涌沙量較大,且發(fā)展速度較快。道床開裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重,局部區(qū)域道床與底板明顯脫開。另外,通過調(diào)查歷史資料,該車站主要穿越雜填土層、沙質(zhì)粉土層、細(xì)沙層、圓礫層及粘質(zhì)粉土層,結(jié)構(gòu)底板坐落在沙質(zhì)粉土層上。場

4、區(qū)范圍內(nèi)第四紀(jì)地層含有3層地下水,分別為上層滯水、潛水、承壓水。10病害并未達(dá)到威脅地鐵運(yùn)營安全的地步,但絕對不能任其發(fā)展,必須找到原因,針對病害采取相應(yīng)措施。2原因分析通常來說,地鐵日常的維修和養(yǎng)護(hù)主要集中在檢修軌道和消除安全隱患兩個方面,但是對于地鐵隧道結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土整體道床的維修和養(yǎng)護(hù),往往是很少甚至沒有的。因此,地鐵隧道結(jié)構(gòu)和道床就成為病害發(fā)生的薄弱環(huán)節(jié),這兩者一旦發(fā)生病害,也就成為地鐵車站涌水涌沙病害的主要病害因素。2.1隧道結(jié)構(gòu)的病害因素隧道結(jié)構(gòu)可能引起地鐵車站涌水涌沙病害的誘發(fā)因素主要集中在三個方面:結(jié)

5、構(gòu)的各種構(gòu)造縫、結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土自身的質(zhì)量以及隧道坐落位置的地質(zhì)條件變化。10隧道結(jié)構(gòu)在施工的過程中,為了方便施工會留有施工縫,考慮溫度變化,會預(yù)留伸縮縫。此外,還包括其他一些構(gòu)造縫。這些縫隙很可能成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),如果防水措施不利,甚至在防水措施有利的情況下發(fā)生防水部分老化嚴(yán)重,這些縫隙就可能成為結(jié)構(gòu)的裂縫。如果結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫,那么這些裂縫就為結(jié)構(gòu)以外的水和沙上涌提供了前提條件。使用若干年后的鋼筋混凝土質(zhì)量可以根據(jù)以下幾個指標(biāo)來衡量:混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)度、混凝土的抗?jié)B性能和鋼筋的銹

6、蝕狀況。這些指標(biāo)都是衡量鋼筋混凝土質(zhì)量的非常重要的指標(biāo),對于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土來說,以上任何一項(xiàng)指標(biāo)如果出現(xiàn)異常,都會進(jìn)一步導(dǎo)致整個地鐵隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害,形成裂縫,對行車不利。隧道結(jié)構(gòu)所在地點(diǎn)的地質(zhì)條件變化也是造成結(jié)構(gòu)病害的一個很可能的潛在因素。地下水水位的變化或者其他一些擾動,可能造成結(jié)構(gòu)基底的沙土軟化疏松,如果沙土疏松達(dá)到一定程度,極容易在結(jié)構(gòu)底板下方出現(xiàn)空洞,如圖1所示。這就使得原來整體座落在堅(jiān)實(shí)基底上的隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)部分的懸空,相當(dāng)于一架架空在底板空洞上方的橋梁,當(dāng)?shù)罔F車輛通過時,在振動荷載的作用下,空洞上

7、方的結(jié)構(gòu)底板的振輻和應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他部位,結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)裂縫等病害。2.2道床的病害因素根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn),地鐵道床普遍使用素混凝土澆筑而成,施工方法10是把結(jié)構(gòu)底板鑿毛后將混凝土與洞體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆在一起,這就造成了兩方面的隱患。首先,道床與結(jié)構(gòu)底板的結(jié)合方式是通過將結(jié)構(gòu)底板鑿毛后與洞體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆,這種結(jié)合方式整體性較差。一旦道床與結(jié)構(gòu)底板之間出現(xiàn)局部裂縫,很可能導(dǎo)致道床與結(jié)構(gòu)底板的局部脫開甚至大面積脫開。其次,由于道床為素混凝土,它的抗拉性能十分有限,一旦道床與結(jié)構(gòu)底板之間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象,道床極容易在拉力的作用下開裂,使整體道

8、床的整體性受到影響。除了會直接危及軌道的結(jié)構(gòu)和幾何形位,對行車安全造成威脅以外,也提供了水和沙上涌的途徑。2.3該車站涌水涌沙病害的原因隧道結(jié)構(gòu)的病害因素和道床的病害因素共同作用引起涌水涌沙病害。經(jīng)過討論研究,該地鐵車站涌水涌沙病害可能有以下兩種原因。(1)10大量的生活用水通過道床裂縫及結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)破損的變形縫進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板下的地