XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型系列

防滲、防水、防腐加固材料在整治隧道漏水中的應用

張俊儉 馬利榮 晉先堂

太原鐵路局工務處 030013

摘要：對鐵路養護管理單位而言，隧道滲漏水是一個普遍存在而又非常令人頭疼的問題，盡管現有的堵漏材料并不少，但因其局限性，能夠普遍應用且效果很好的還不多。本文通過在平型關隧道整治漏水中的實際應用，提出了拱 “堵”、邊 “排”，集中“引”、局部“導”、成片“封閉”的綜合整治原則，將“水泥基滲透結晶型防水材料（XYPEX‘賽柏斯’系列材料）”應用到既有隧道漏水整治工程中，取得了較好的效果。又重點介紹了水泥基滲透結晶型材料XYPEX“賽柏斯”的機理、性能特點、材料分類，并對各類施工工藝和施工中的注意事項進行了闡述。該材料和工藝可作為整治既有隧道漏水病害的方法推廣使用。

關鍵詞：隧道 漏水 病害 整治 修復

襯砌滲漏水是鐵路隧道較為普遍的病害，我局管內共有隧道241座，總延長142235m，據2006年秋檢資料統計，因滲漏水造成隧道A級劣化的就46座，造成隧道B級以上劣化的達102座，占全局隧道總數43%。因襯砌滲漏水，極易造成隧道襯砌腐蝕裂損、道床開裂變形、翻漿冒泥、線路幾何尺寸難以控制、鋼軌零配件銹蝕及軌枕失效等問題，冬季時還容易造成結冰侵限，影響行車安全。隧道內滲漏水還會使洞內環境潮濕，嚴重影響維修養護人員的正常作業和檢查。因此隧道滲漏水已成為鐵路管理單位十分頭疼的問題，整治隧道漏水成為隧道養護工作中非常重要的環節。下面將我們在管內京原線平型關隧道中采用XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型系列材料整治襯砌滲漏水病害的應用，分別從病害情況原因分析、XYPEX“賽柏斯”的機理、性能及施工應用情況進行了說明。有不足之處請指正。

 

一、概況

㈠平型關隧道滲漏水情況

平型關隧道位于京原線平型關至東淤地間，中心里程274.570km，全長6189.8m，洞內鋪設60kg/m無縫線路，整體道床，線路坡度為3%、-5%，隧道內排水設備大部分為雙側密井暗管水溝，出口有900m中心水溝，正洞左側進口端設平行導坑，長2834m，該座隧道位于山西省五臺山東北部的唐河與滹沱河分水嶺。線路通過最高點海拔為1553.12m，最大埋深300m。

平型關隧道漏水比較嚴重，經調查，該隧道明顯的漏水點1405處，滴水成線366處，嚴重漏水地段4處，大面積滲水部位138處。幾處較為嚴重的滴水成線處所出水量一般為0.5t/晝夜，最大時達到2.6t/晝夜。由于長年嚴重漏水，洞內相對濕度較大，襯砌腐蝕剝落，鋼軌及附件脫皮掉塊磨耗嚴重，使用年限縮短一半。隧道地下水資源十分豐富，地下水位的增高，道床下軟弱層增多，導致了整體道床下基礎承載力不均，道床下沉斷裂，軌道幾何尺寸難以保持，對運輸造成極大的威脅。

㈡病害原因分析：

    1、隧道穿越地層地質條件復雜，地下水豐富

開型關隧道通過中低山區，系構造剝蝕、黃土系堆積地形，呈梁狀及峁狀高地，受地表水侵蝕作用形成10-30m的深溝狹谷，氣候屬山西高原大陸性半干旱氣候區，據氣象資料記載，年平均氣溫6.8℃，最低氣溫-27℃，最高氣溫37.3℃,年平均降水量495.9mm,最大年降水量614.6mm。

隧道穿越花崗巖、花崗片麻巖及輝綠巖層，有三條逆斷層橫切隧道，斷層內均有破碎物填充。由于區域性構造破碎帶較發育，巖體內發育有大量地下水，兩處溝內有泉水流出，水量0.5-1.0  l/s。隧道出口附近風化層較厚，含地下孔隙潛水，含水層為花崗片麻巖風化成砂礫狀及碎石狀，單位涌水量為0.13t/晝夜。因此大量地下水匯集到隧道周圍，通過隧道整體道床及襯砌孔隙流出，形成底部涌水或襯砌嚴重滲漏水。

    2、施工質量差、防排水措施不得力

平型關隧道于1967年6月開工修建，1971年7月竣工，歷時四年零一個月。施工期間正處于十年動亂時期，施工管理混亂，施工質量較差，襯砌內有許多蜂窩麻面，許多地段的混凝土強度和密實度均達不到設計要求；圍巖超挖處所回填不密實，襯砌背后形成空洞，為水提供了存儲空間；襯砌背后沒有采取有效的防水措施。

3、襯砌混凝土化學腐蝕，造成混凝土結構的破壞

通過對隧道內分段所取的16個水樣水質分析結果表明，水對襯砌混凝土既有溶濾性侵蝕，也有碳酸性侵蝕。經分析，水內含有過量的侵蝕性碳酸，能溶解混凝土中碳酸鈣使混凝土受到破壞。這種侵蝕也會擴大漏水孔隙，嚴重時還會造成混凝土結構破壞。

4、隧道上部廠礦生產廢水沒有妥善處理，滲入隧道造成漏水

隧道上部附近有繁峙縣選礦廠一處，該廠廢水未設置有效的儲水設施，廢水隨溝亂流，最近的一處距隧道路線不到十米，并有兩處橫交隧道中線流過。因此每天有大量廢水滲入隧道，為隧道漏水提供了水源。

5、隧道襯砌的應力變化使混凝土產生裂隙

由于隧道穿越地帶復雜，地下水較為豐富，以及施工質量差等到因素，使襯砌產生變化的內應力而造成襯砌裂紋、錯牙等病害，裂紋最大寬度達30mm，錯牙最大達40mm，一般都在20mm左右，這些裂隙的存在為地下水滲漏提供了條件。

檢查中發現滲漏病害基本都在蜂窩、麻面、襯砌裂紋及三縫（伸縮縫、沉降縫、工作縫）等部位，據調查統計，約占滲漏總數的95%以上。

 

二、水泥基滲透結晶型防水材料簡介

（一）XYPEX“賽柏斯”的機理與性能特點：

    XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型防水材料是引進加拿大的專有技術而生產的，它是由一組活性極強的化學物質和波蘭特水泥、特殊級配的硅砂等組成的灰色粉末狀無機材料。其工作機理是，XYPEX特有的活性化學物質利用混凝土本身固有的化學特性及多孔性，以水做載體，滲透到混凝土微孔及毛細管中傳輸、充盈，催化混凝土內的微粒和未完全水化的混凝土再次發生水化作用，而形成不溶于水的枝蔓狀結晶體，充塞混凝土的微孔及毛細管道，提高混凝土的密實度。由于它的活性物質和水有良好的親和性，它可以在施工后乃至很長的一段時間里，沿著需要維修的混凝土中的細小裂縫和毛細管道中的滲漏水源向內層發展延伸，深入到混凝土的內部再水化結晶與混凝土成為一個整體，它和混凝土的膨脹系數是一致的，不易產生裂縫，即便產生新的裂縫，又可通過水化作用再結晶進行自我修復，提高抗滲能力，并增強混凝土的強度、密實度及耐久性，延長混凝土的壽命，所以防水作用是永久性的。

（二）XYPEX“賽柏斯”特點：

（1）XYPEX能長期耐受強水壓，可承受1.5~1.9Mpa。

（2）XYPEX滲透結晶深度是超凡的。日本土木學會進行的試驗，放置12個月后，測得其深度達300mm。

（3）XYPEX防水防滲作用是永久的，它具有神奇的自我修復功能。清華大學水利水電工程系所作的“XYPEX摻合劑材料自愈抗滲性能試驗研究報告”中，XYPEX產品可以12次的自我修復（此僅是測試儀器的限值，從原理上講可以n次的自我修復），并提高混凝土抗滲能力。涂層對于混凝土結構出現的0.4mm以下的裂縫遇水后有自我修復的能力，這種能力是永久性的。

（4）XYPEX涂層不影響混凝土的呼吸，使混凝土結構能保持干燥、不潮。

（5）XYPEX屬無機物，能增強混凝土耐久性，與結構同壽命。

（6）XYPEX耐高低溫，可在-32°C~+130°C的持續溫度下，在-185°C~+1530°C間歇性溫度下保持其作用。耐濕、耐紫外線、耐輻射、耐氧化、耐碳化。

（7）XYPEX能防止化學腐蝕，可保護鋼筋及金屬埋件，并對鋼筋起保護作用。耐酸堿：長期接觸pH值3.0~11.0；間歇性接觸pH值2.0~12.0（包括酸堿物質、氯化物和堿性物質的腐蝕）?？箖鋈谘h300次以上，防止凍融循環對混凝土的破壞。

（8）XYPEX可抑制堿骨料反應（AAR），能有效提高混凝土強度達20%~29%，而且膨脹系數與混凝土基本一致。

（9）XYPEX無毒、無味、無污染。

（10)XYPEX可用在迎水面，也可用在背水面；應用領域廣泛；它可在潮濕基面上施工，也可和混凝土澆筑同步，故可縮短工期；涂層表面可以接受別的涂層；施工方法簡便，不需找平層、施工后也無需保護層，只是一道工序，故省工、省料、省時。

㈢平型關隧道施工中使用的水泥基滲透結晶型防水材料XYPEX（賽柏斯）系列材料及其的作用

1、XYPEX濃縮劑

XYPEX濃縮劑是活性最強的一種，加水調和后可用作地上或地下混凝土結構漿狀涂料，也可用作雙涂層中第一層涂料，還可以調成半干料團，用于結構連接處堵漏，裂縫、缺陷和蜂窩麻面處結構修補。其主要作用是防滲、防潮、補強。

2、XYPEX增效劑

作為XYPEX濃縮劑的第二層涂層，在第一層上形成堅硬的表層，增強濃縮劑的效果。

3、XYPEX修補堵漏劑

它是一種結晶型的速凝、不收縮、高粘接強度的水泥混合劑，主要是用于混凝土結構的修理。

4、XYPEX摻合劑

XYPEX摻合劑是有獨特結晶作用的干粉混合劑，它是和水泥同步使用，使結構防滲、防水、防腐、提高強度，是在混凝土或砂漿配料時加入的。

三、整治原則及施工工藝

㈠平型關隧道滲漏水整治原則

對于任何一座隧道的滲漏水整治，均需遵循“排、截、防、堵”的綜合整治措施。平型隧道的漏水情況比較嚴重，隧道的邊墻、拱部各個部位都普遍存在，有因襯砌劣化局部涌水的、有混凝土裂縫邊墻冒水的、有因“三縫”防水失效薄弱處所噴水的、還有因混凝土施工質量不均密實度低造成成片蔭水等多種情況。這次整治施工中采用了拱 “堵”、邊 “排”，集中“引”、局部“導”、成片“封閉”的不同方法，即：

1、 拱“堵”：拱部漏水找到出水點后，視水量大小，漏水量不大較小時，采取直接封堵的辦法；漏水量較多時，鑿出漏水部位，分不同方向設置集水管，降低水壓后封堵。

2、 邊“排”：邊墻部位的滲漏水，找到出水點后，在邊墻襯砌上開槽埋設暗管，將水一直引入道床排水溝排除；如無明顯集中現象，可間隔一定距離設置排水盲溝一條，將水排入隧道側溝。

3、 集中“截”：無論是邊墻還是拱部，集中在一點或數點的漏水，均要鑿除漏水部位混凝土，在襯砌外圍巖的各個方向打集水鉆孔，埋入集水管，將水截在襯砌與圍巖交界處，埋設排水管，從拱部引至邊墻，再從邊墻引入側溝。

4、 局部“導”：對于襯砌裂縫處所、工作縫、沉降縫、伸縮縫等滲漏水部位，采取在裂縫部位鑿開一定深度和寬度，在槽內設半圓尼龍管，將水導入水溝。

5、 成片“封閉”：對于襯砌表面無明顯滴水成線、涌水、冒水現象，但表面滲水較嚴重，濕度較大，襯砌長期處于污水腐蝕狀態的情況，采取清除混凝土表面灰塵、油漬和浮漿，噴涂或涂刷結晶滲透型防水材料兩層，對混凝土襯砌進行表面封閉處理的辦法。

㈡施工工藝流程

1、各種裂縫、三縫及集中大量漏水整治工藝流程

 

2、大面積滲漏水封閉工藝流程

襯砌表面處理       劣化部位局部強化      涂刷兩道XYPEX濃縮劑       涂刷一道XYPEX增效劑       養護

㈢施工過程

1、對于寬度超過0.4mm的裂縫及各類施工縫漏水的處理

⑴順施工縫或裂紋漏水處所開鑿底寬40-60mm、上口寬70-100mm、深700-100mm的U型槽。

⑵清理干凈潤濕后，涂刷一層XYPEX濃縮劑灰漿。

⑶扣蓋Φ40mm的半圓型PVC管，用XYPEX將PVC管在槽內粘接牢固，形成排水道。

⑷用XYPEX修補堵漏劑將PVC管后部與襯砌間填平、壓實。

⑸再涂刷一層XYPEX濃縮劑灰漿和XYPEX增效劑灰漿（齊縫寬兩側刷200mm）。

⑹導水管末端引至隧道側溝。

⑺養護。

                           XYPEX增效劑灰漿（增效劑:水=5:2）

XYPEX濃縮劑灰漿

XYPEX修補堵漏劑（堵堵劑:水=3.5:1）

半圓PVC排水管

XYPEX濃縮劑灰漿（濃縮劑:水=5:2）

                           集水管（同一個斷面的集水管數量由水量確定）

 

 

 

 

                       施工縫漏水整治示意圖

對多道裂縫滲漏水的情況，采用樹叉型導流集中在一處，然后引入混凝土襯砌邊墻，根據引流的數量，在邊墻襯砌上開鑿底寬70-80mm，頂寬100-120mm，深100mm的U型槽，與拱部、邊墻的導管連通，將水引入雙側深水溝。

如開槽后流水量較大，需在出水口部位鉆孔插入導管引流減壓，用XYPEX修補堵漏半干料團封堵，再按上述步驟實施。

2、對襯砌劣化（疏松、風化、蜂窩麻面、空洞）處所漏水的處理

⑴鑿除襯砌不密實、蜂窩麻面及松動部分，除掉松散物質，直至堅固基面。

⑵用水浸濕基面后，去掉表面明水。

⑶涂刷一層XYPEX濃縮劑灰漿。

⑷XYPEX濃縮劑灰漿初凝后，用XYPEX用摻合劑砂漿半干料團填塞夯實。

⑸涂刷一層XYPEX濃縮劑灰漿。

⑹涂刷一層XYPEX增效劑灰漿。

⑺養護。（示意圖見下頁）

3、對襯砌表面大面積洇水的處理

首先對襯砌破損部位利用XYPEX修補堵漏劑進行局部加強處理，涂刷兩遍（濃縮劑:水=5:2）或噴涂（濃縮劑:水=5:3）XYPEX濃縮劑每遍0.5kg/m²，待濃縮劑終凝后（一般約需4-6小時，根據工作溫度確定），對表面進行濕潤，涂刷一遍（增效劑:水=5:2）或噴涂（增效劑:水=5:3）XYPEX增效劑每遍0.5kg/ m²。增效劑主要是起提高濃縮劑滲透性和其表面硬度及干燥的作用。然后進行養護。

XYPEX增效劑灰漿

XYPEX濃縮劑灰漿

XYPEX摻合劑砂漿

襯砌砼劣化                      XYPEX濃縮劑灰漿

           示  意                        用水潤濕表面

 

 

 

 

襯砌劣化處所漏水整治示意圖

4、養護

⑴涂層呈半干狀態后，即應開始用霧狀水噴灑養護，養護必須用凈水，水流不得過大，否則會破壞涂層。一般間隔6-8小時噴水一次，夏季施工4-6小時一次，連續養護2-3天。

⑵在施工后48小時須防避雨淋、嚴重的砂塵、霜凍及暴曬及4℃以下低溫。

㈣注意事項

1、基層要處理干凈?；鶎颖砻骐s物徹底清理，用清水沖洗干凈，保證表面潮濕但不能有明水存在。

2、嚴格按比例配制材料（各種材料均有詳細的使用說明）。

3、混凝土劣化及薄弱部位要先修補再做大面積涂刷。

4、對裂縫、施工縫處理時，要鑿成“U”形槽，不得鑿成“V”形槽。

5、噴霧狀水養護工序不得簡化和省略。

 

四、結論

㈠通過對水泥基滲透結晶型防水材料XYPEX“賽柏斯”在平型關隧道中的應用，對隧道各部位漏水整治后效果進行跟蹤檢查，隧道漏水、冒水、滴水成線的情況已消除，而原來存在的大面積滲水也得到了非常有效的治理，說明水泥基滲透結晶型防水材料（XYPEX）能夠應用到隧道漏水病害整治中，而且是唯一的材料運用，并且效果良好。

㈡水泥基滲透結晶型防水材料（XYPEX）的作用機理是“滲透結晶功能”，即材料中的活性成份能夠以水為介質，通過混凝土毛細孔逐步向混凝土內部滲透，與混凝土中的游離CaO交互反應生成不溶于水的結晶物，在混凝土裂縫中進行自我修復，使砼結構形成一個致密的區域，提高了混凝土的抗滲能力及耐久性。

五、工程回訪情況反饋

在2008年10月隧道漏水整治完工以來，經過了兩個冬季一個雨季的考驗，鐵路局及工務段工作人員進行了不間斷的跟蹤調查，并對設備實際狀態進行了詳細記錄，從現場反饋的資料可以看出，采用XYPEX(賽柏斯)水泥基滲透結晶型防水堵漏材料整治隧道漏水，效果良好。主要有以下幾個方面：

1、原來隧道內集中漏水處所共有128處，最嚴重的地方，檢查工作人員需穿雨衣才能通過，經過整治， 128處漏水處所已全部得到處理。

2、對于工作縫、沉降縫、伸縮縫等滲漏處所原有93處，整治后，漏水病害全部消除。

3、對于襯砌表面滲水原有9000余平方米，整治后，表面達到了干燥狀態，只是在2009年5月發現有3處/2.5m²滲水部位又出現水漬，經檢查發現，在施工時此三處基面沒有處理干凈，使得材料不能完全與混凝土襯砌結合沒有充分發揮作用，隨后，由施工單位對此三處滲水部位進行了處理，經跟蹤檢查，效果良好。

4、經過整治，隧道內道床路面的潮濕泥濘狀態全面消除，隧道襯砌大面積滲漏水情況已經消滅，隧道內鐵路線路、軌道、接觸網設備、信號設備以及通信系統使用環境得到全面改善，損壞和更換頻率大為降低，取得了明顯的經濟和社會效益。

    5、水泥基滲透結晶型防水材料（XYPEX）適用范圍較廣，施工工藝簡單，易于現場工人操作，形成工法后，在現場應用中具有較高的推廣價值。

 

參考文獻

 

⑴ 王士坤.土木工程材料問答實錄.機械工業出版社，2007年8月，36

⑵ 沈春林.水泥基滲透結晶型防水材料.化學工業出版社，2005年8月，2，9-11

⑶ 高鶴江，蔡洪謨.鐵路橋隧養護簡明手冊.中國鐵道出版社,1994年2月,200。

⑷ 鐵路橋隧建筑物大修維修規則.中國鐵道出版社，2000年1月，54

 

作者簡介： 張俊儉 太原鐵路局工務處 高級工程師 027-21765 ZJJ6708@SOHU.COM

           馬利榮 太原鐵路局原平工務段 工程師 027-82125

           晉先堂 太原鐵路局原平工務段 工程師 027-81427