1、,預防維護管理不善導致地下工程防水體系失效 西南交通大學 楊其新,目 錄,主要講三個內容 隧道及地下工程防水體系失效性 隧道及地下工程防水新技術 地下工程動態(tài)和可維護防水,隧道及地下工程 防水體系失效性,地下工程防水現狀分析 地下工程失效性原因分析 探索和解決的問題,從防水認識、基礎上提高防水技術水平,隧道及地下工程滲漏水是長期以來困擾專家們的一個頭痛問題,也是當前地下工程建筑中突出的質量通病和亟待深入解決的課題。,隧道及地下工程防水現狀,至2002年底，共有鐵路隧道5711座，總延長2833 km出現滲漏，其中嚴重滲漏水的隧道有1620座、23400處；占總座數的28.4%。,至2002年底

2、，共有公路隧道 1700座， 總延長704 km出現滲漏，其中嚴重滲漏水 隧道達500余座，約占總座數的30%。,隧道及地下工程失效有關數據統(tǒng)計,隧道及地下工程失效有關數據統(tǒng)計,我國北京、上海和廣州的城市地下鐵道中，滲漏水情況已在30左右；,中鐵西南研究院對廣州、沈陽等鐵路局管轄的地區(qū)部分隧道進行抽樣調查：隧道結構滲漏水達50.4，有的區(qū)段高達94%，嚴重滲漏水的約占調查數量的1/3。,建設部曾于1988年對全國10個省市210個混凝土襯砌 的地下室迸行調查，發(fā)現滲漏水工程占57；,在地下工程較發(fā)達的日本的在1988年對全國地下工程滲漏水情況調查，滲漏水也達到38.2以上。 前聯邦國，隧道滲漏

3、水的情況在32.6,隧道及地下工程失效有關數據統(tǒng)計,因此：情況是相當嚴重，這給我們建造現代化的地下工程有相當的距離。常言中的 “有十洞九漏”不無道理。 對200余座隧道及地下工程防水體系失效原因進行了統(tǒng)計分析，,發(fā)生的根源是什么呢？,隧道及地下工程失效有關數據統(tǒng)計,以上情況給我們提出2方面的問題： 1.怎樣發(fā)生？怎樣解決？ 2.用什么方法來評價和檢驗地下工程防水體 系施工階段的可靠性和服役期間的耐久性,隧道及地下工程失效性的原因,隧道及地下工程防水體系失效性是指防水體系和材料在使用過程中，由于外部作用侵蝕破壞或內部材料弱化，抵抗地下水環(huán)境的能力減弱或全部喪失。,隧道及地下工程失效性的原因,施工

4、導致防水失效的主要原因,隧道及地下工程失效性的原因,以上說明，高質量的防水，施工是重要的環(huán)節(jié)，包括精心施工管理、高品質的防水材料、有針對性的防水施工技術和工藝。因此，應針對不同的防水手段制定其施工細則，建立防水施工監(jiān)測機制，強化防水施工的重要性。,設計導致防水失效的主要原因,認識性問題：一般設計者認為滲漏水不影響結構的安全，在選用材料和方式上重視程度不夠，因此在防水設計方案中結合結構特征認真研究不充分，致使防水設計不合理。,針對性問題：未針對地下工程防水特殊性和防水施工的可行性進行防水設計，如采用防水板的隧道，防水板缺乏封閉圍巖和初襯表面裂隙的能力，在地下水豐富的情況下，易導致防水板失效。,設

5、計導致防水失效的主要原因,理念問題：目前地下工程使用壽命都在100年以上， 而防水材料的使用壽命均達不到這一要求，因此地 下工程防水設計應考慮防排水系統(tǒng)的可維護性和易 換性。,經濟性問題：盡管防水工程在地下工程中占的工程 總費用的比例是較小的，但往往設計者考慮造價的 原因，選用低廉品質差的材料，也是導致防水失效 的原因。,防水材料變異導致防水失效的主要原因, 混凝土中劣質添加劑含有高濃度的堿性成分 和不易分解的鹽類物質，導致混凝土結構的松軟，析出的物質對防水卷材侵蝕作用； 凍融交替使得防水材料結構變異； 巖石微生物侵蝕、粘結材料變異； 地下水中含有的不同濃度的酸、堿、鹽離子的侵蝕； 防水材質結

6、構的不穩(wěn)定性，導致材料結構組織的變異。,變異導致防水失效的主要原因,地下工程長期處于復雜的地下環(huán)境中，產生變異的因素很多，一旦發(fā)生變異，結構就會出現位移和變形、開裂、混凝土剝落等，進而使得防水體系失效。 圍巖的流變性：圍巖應力在調整過程中可能會使防水板受到來自一襯和二襯的擠壓，在基面不平整或有突出點處產生穿刺性損傷，造成防水層失效。 四季溫差較大的場合：常年凍融交替，受凍脹力強烈作用，殘余變形逐年積累，使襯砌結構位移和開裂，導致防水層逐步失效。 結構材料劣化：引起的變異，如混凝土碳化、鹽害、堿性集料反應等，其溢出物已是造成防水體系破壞的原因。,維護管理不善導致防水體系失效,排水系統(tǒng)堵塞，導致排

7、水系統(tǒng)不暢，如維護不善，將導致較大的水壓，長期積累致使結構開裂，破壞防水體系； 嚴寒地區(qū)的隧道，冰凍產生的凍漲力是導致結構開裂和排水管堵塞破裂的重要原因，因此地下工程的維修養(yǎng)護是十分重要的。,需要研究和改善的問題,研究和改善的問題,隧道 建設 期間 防水 質量 問題,服役 期間 防水 的失 效性 問題,地下工程服役期間防水的失效性,地下工程服役期間防水的失效性解決問題： 1.地下結構（圍巖）環(huán)境不均勻變形對防水體系產生的失效性，即防水體系的力學環(huán)境 2.防水材料的失效性，即防水材料的地質環(huán)境,隧道及地下工程環(huán)境與其它建筑工程不同，作為附著層的高分子材料，其服役期間耐久性的因素是很獨特的，除一般

8、由溫度、濕度、光照、酸堿環(huán)境作用引起材料老化和降解而失效外，還要考慮地下圍巖和襯砌結構的長期相互作用產生的擠壓、變形因素對防水體系產生的侵害作用。,地下工程服役期間防水體系失效對策,眾所周知，地下環(huán)境特殊的外力（水壓、凍脹力、塑性地壓，圍巖松弛地壓、偏壓、承載力不足、地震等）施加于結構，造成結構產生不均勻變形甚至開裂，致使防水層承受局部較大的壓力、剪力和拉伸力的作用而破壞。 這就是防水層在地下工程中的力學環(huán)境，一旦某項力學指標超過了防水層的容許值，防水層完整性發(fā)生破壞。,結果：防水材料耐久性將發(fā)生變化，即力學環(huán)境 將加速材料老化，造成防水層的加速失效。,地下工程服役期間防水體系失效對策,解決的

9、途經和對策: 1.防水層要和支護結構密貼，共同變形 2.研究動態(tài)防水在地下工程中應用的相關技術 3.研究地下工程防水體系的可維護性設計施工技術。,地下工程服役期間防水體系失效對策,對于地下工程防水材料，由于處于密閉環(huán)境中，極少受到大氣紫外線輻射，因此上述環(huán)境因素所產生的老化影響是次要的，主要影響因素為環(huán)境介質即化學腐蝕性介質（酸、堿、鹽）、水以及霉菌和細菌等微生物的影響。,防水材料服役期間的失效性:,目前對其失效性的研究主要集中在高分子材料的光熱老化、熱氧老化、光氧老化、化學介質中的老化機理及穩(wěn)定性進行研究。,防水材料服役期間的失效性,：,地質環(huán)境中的霉菌等微生物,1類是賦存與地質環(huán)境中的微生

10、物,對防水材料的侵蝕;,另1類是在潮濕恒溫地下環(huán)境中，材料產生的霉菌的分泌物引起材料分解并轉化為醇類和有機酸等物質.,這些物質的存在為霉菌和微生物生長繁殖提供了養(yǎng)料，促進其向縱深發(fā)展，形成材料降解導致其性能失效.,防水材料服役期間的失效性,地下工程中的防水材料與地下水是密切接觸的，長期接觸會在防水材料表面形成水膜，滲入到材料的內部，使材料含有親水基團的某些水溶性物質被溶解、抽提或吸收，從而改變了材料的組成而促使材料加速老化甚至使得材料功能失效 .,防水材料服役期間的失效性,地下工程中通常腐蝕介質有,混凝土異化溢出強堿和鹽等， 地下水中含有腐蝕性化學元素。,防水材料與這類腐蝕性介質接觸，它們之間

11、的作用比起高分子材料光氧化、熱氧化等要復雜得多.主要是材料的膨脹、軟化或溶解，發(fā)生系列的化學反應，最終導致材料外觀改變和物理性能下降，材料所具有功能逐漸失效.,防水材料服役期間的失效性,目前我國采用的檢測方法,這些方法能在短期內獲得材料老化失效單因素實驗結果，但針對地下工程特定領域材料的失效特點及機理很難做出定量評判。,自然環(huán)境老化實驗和人工加速老化實驗，在室內模擬近似環(huán)境條件，強化某些因素進行快速累計試驗.如 強酸、強堿、各種濃度鹽溶液等化學腐蝕性介質對材料的腐蝕老化; 無氧高壓力下微生物的繁殖以及對材料侵蝕: 流動介質作用下的凍融實驗等.,防水材料服役期間的失效性,:,國外同行學者研究認為,地下工程防水使用的材料在使用過程中宏觀物理性質發(fā)生了不可逆轉的變化，原因是材料內部微觀結構發(fā)生改變。 提出采用微觀分析來評價材料失效性, 研究手段主要有: FTIR、UV 、NMR、GC、GC-MS等技術和AFM、SEM、TEM、XRD等設備； 結合材料在失效過程中所發(fā)生的力學性能變化，如拉伸、伸長率等得出材料可能降解程度，進行多因素條件下的綜合評價.,所得的數據可以比較不同材料的失效性程度和量化指標.并可評價服役期間的行為. 目前這一研究還在進行中,期望有