铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷快速修补及耐久性技术研究

铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷快速修补及耐久性技术研究

何晓文 吴玉哲 郗建军 郝大鹏 王相平

中国铁路兰州局集团有限公司银川工务段   宁夏银川  750000

摘要：重载列车以来，铁路涵洞设备劣化率逐年明显增高，且病害发展速度较快。由于重载列车的牵引吨数大幅提升，运行中动荷载、冲击荷载、横向振动等物理效应也相应加剧，导致了涵洞洞身开裂、施工缝管节下沉错台、盖板裂损等病害的发展。铁路涵洞地下过街通道在设计、施工、防水材料以及维护管理等方面存在不同程度的问题，导致地下过街通道因为防水体系失效，进而在防水薄弱环节出现渗漏水。渗漏水可能以点、线、面渗漏的形式出现，严重影响铁路涵洞地下通道冬季的正常使用功能，存在严重的安全隐患。

关键词：铁路涵洞；构造缝渗漏；缺陷；速修补；耐久性

1课题研究的意义及现状分析

目前国内铁路涵洞、通道设施缝隙通常采用橡胶止水带、沥青玛蹄脂、各类苯板和木板填充止水，但是都有着各自的不足，容易造成渗漏的产生。例如铁路涵洞伸缩缝装置中橡胶止水带与型钢机械连接之间的缝隙渗漏、伸缩缝装置在桥梁中间及检修步道处不连续造成渗漏；桥梁、通道缝隙止水充填材料与混凝土结构材料间界面缝隙渗漏，尤其是填充止水材料弹性回复率较低时，随着缝隙的变形填充材料与缝隙基面剥离造成的渗漏通道渗漏严重。

2项目研究内容、方法、技术路线及特色

2.1 项目研究的内容

①通过现场施工情况，为进一步优化设计提供依据。根据现场铁路天窗点时间限制在涵洞渗漏水的施工的基础上，研究解决冬季施工材料对施工工艺、施工环境、施工标准、施工工具等关键技术的要求，提出一套相对成熟、简单易行的施工技术方法。研究快速止水及涵洞施工质量耐久性问题、提出气凝胶环氧树脂致密橡胶弹性体运用于铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷中的可行性，并结合现场实际对材料性能进行优化。

②不同结构部位的加固补强不同材料特性研究、振动和位移部位的非固化产品技术研究在材料和设备的基础上，研究几种针对地裂缝、施工缝、变形缝、砼缺陷等进行渗漏水堵漏施工的标准工艺，并形成施工技术指南。

③针对在新材料研究的基础上，组合不同的材料特性进行试验。形成铁路涵洞渗漏水施工相关工艺流程，形成一套完整的涵洞渗漏水整治方案、渗漏严重的部位，遇水迅速反应，瞬间堵漏的工艺技术研究，依托相关工程项目进行施工工艺关键技术研究。

④根据西北地质特性和新材料的性能要求，通过对现有设备进行改进，探索设备和材料的施工参数，满足铁路涵洞施工快速、便携的特点要求。满足铁路涵洞渗漏水治理“天窗点”施工时间限制要求。

2.2 创新点

①通过疏堵结合，表里兼治的水害综合治理技术措施，研究与开发铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷快速止水新技术、新工艺。该技术施工简单、适应性强，能够有效延长铁路涵洞耐久性的使用寿命，减少了后期的养护工作和费用。

②针对水泥-水玻璃灌浆材；聚氨酯、丙烯酸盐堵漏灌浆材料，各有优缺点、适应的工程部位不同、所产生的效果各异。针对不同的渗漏形态、研发气溶胶韧性树脂环氧适宜的堵漏材料和工艺、以及设备是急需解决的难题。

③浆液粘度低、表面张力及接触角小,具有优良的浸润性能能在干、湿、饱和水条件下固化固结体具有较好力学性能和抗渗性能。具有抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀的性能, 并与多种材料的粘结力很强热膨胀系数与混凝土接近,故不易从这些被粘结的基材上脱开,耐久性好。研制了自身强度高、与带水混凝土粘结强度高、快速固化、有一定柔韧性能够适应铁路隧道需要的新型堵漏灌浆材料。研制了一个新的化学灌浆设备，满足了铁路隧道高效便捷的要求。研究探索了一种针对西北环境温度、特殊地质条件下裂缝、施工缝、变形缝等简单、易行的标准工艺和技术指南。

3涵洞调查阶段渗漏水现状调查报告

2022年 6月份，包兰铁路K511+900（芦花车站）涵洞边墙、惠农k524+800涵洞调查，2023年7月银川车站K454+270地下通道涵洞渗漏水进行调查，我们对包兰线铁路涵洞进行调查发现，所有涵洞均出现不同程度的损坏，其表现形式有钢筋混凝土局部开裂、钢筋锈蚀、伸缩缝损坏、漏水、栏杆和防撞护栏严重腐蚀、剥落、落水管锈蚀等。其中60％的桥通设施、地下通道存在渗漏水问题。银川铁路车站常年处在漏水状态，尤其到了冬季表现的尤为严重，在多次治理无效的情况下，在冬季地面会现成冰凌，这些冰凌会影响旅客出站，带来很大的安全隐患。铁路涵洞主体结构部表面回弹强度为38.21兆帕、拱墙回弹表面强度为45.21兆帕，周围有白色反碱结晶体，混凝土表面酥化现象。在两个涵洞施工缝有混凝土蜂窝麻面和裂缝，混凝土内部 疏松不密实、存在较多贯通的孔隙和通道，表面出现蜂窝麻面和裂缝。渗漏形式多以面渗漏和线渗漏为主，银川车站地下通道部分施工缝有带压管涌情况发生并水量大、一般情况下渗漏水量较小，混凝土表面及大理石地砖长期处于“阴湿” 状态。

图1：包兰铁路K511+900（芦花车站）涵洞施工缝注浆材料失效

4铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷快速修补及耐久性研发报告

4.1铁路涵洞结构构造缝渗漏水缺陷快速修补及耐久性技术研究技术要求

根据铁路涵洞劣质化病害的调查及渗漏水的概述，需要所研制的材料有一定的柔韧性，能够适应其动态变化。目前环保型环氧树脂堵漏材料虽然在武汉、广州、西安等铁路工程的堵漏方面有较好的效果，但也有缺点，脆性较大，伸长率在 1-2%左右，难以适应高速铁路涵洞病害处理的要求。因此，需要在现有材料的基础上进行研发，改善其柔韧性，满足铁路涵洞病害治理的要求。材料的柔韧性与强度是一个对立面，一般柔韧性增加，强度会变小。因此，我们根据公司现有环保型环氧树脂堵漏灌浆材料的技术性能，同时结合铁路涵洞劣质化病害的情况，参考了国内聚氨酯、环氧灌浆材料的标准，对铁路涵洞所要达到的性能指标设定如下：

产品性能指标

表1 气溶胶树脂环氧灌浆堵漏灌浆材料浆液性能

表2 气溶胶树脂环氧灌浆堵漏灌浆材料固结体力学性能

预期目标：结构构造缝防水等级应为一级，不得渗水，结构表面应无湿渍；顶部不得滴漏，其他部位不得漏水；结构表面可有少量湿渍，总湿溃面积不应大于总防水面积的2/1000，任意100㎡防水面积上的湿渍不应超过3处，单个湿渍的最大面积不应大于0.2㎡；漏水的平均渗漏量不应大于0.05L／㎡.d，任意100㎡防水面积渗漏量不应大于0.15L/㎡.d。

4.2试验使用的材料

有机类：1.  气溶胶树脂环氧（触变韧性）；2. 气溶胶环氧树脂防水防腐涂料（柔性），3.丙烯酸盐灌浆材料4. XT-PC 聚合物浓缩液（柔性防水材料）。5. 聚氨酯灌浆材料

无机类：6. 气溶胶环氧胶泥（渗透型）；7. . 环保型高渗透增强密封剂（复合型）；8. 普通硅酸盐水泥，强度等级42.5；9. 超细水泥基灌浆料。

（1）气溶胶树脂环氧（触变韧性）气溶胶环氧树脂灌浆材料是以环氧树脂为主剂，配以呋喃树脂为活性稀释剂、与曼尼希反应制备的固化剂相配合制备的一种表面张力小、粘度低、具有特优浸润能力的裂缝修复材料。主要用于混凝土结构细小裂缝、缺陷的修复。

（2）气溶胶环氧树脂防水防腐涂料（柔性）气溶胶渗透环氧树脂防水防腐材料是以高渗透环氧树脂裂缝修复材料技术为基础研制的一种改性环氧防水防腐涂料。它具有优异的渗透性能，能沿着水泥水化时产生的毛细通道渗入混凝土内，并固化粘结形成三维网络结构，封堵混凝土毛细孔道，形成混凝土结构深层永久防水防腐层，并对混凝土具有补强作用，从而能够避免一般防水防腐蚀材料与基底产生明显界面的缺陷。

（3）丙烯酸盐灌浆材料丙烯酸盐灌浆材料，主要成分为丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸钠盐溶液，以及过硫酸盐。具有低粘度和高渗透性能，沿着渗漏通道固结后，凝胶体与混凝土的融合性好，能够较牢固的粘附在混凝土面上，混合液初凝时间为30s，终凝时间为2～3min，胶体的抗压强度为0.01～0.06MPa，抗拉强度为0.02～0.04MPa，能够较好的起到封堵渗漏水的效果。

（4）XT-PC聚合物浓缩液（柔性防水材料）

该产品为乳白色聚合物浓缩液，产品具有延性好、有超强胶结能力，有优良的弹塑性。具有耐疲劳、优越的抗冻性能、耐紫外线照射、强抗老化性能。具有阻燃、耐磨损、抗腐蚀性能和无毒无污染的优点。XT-PC添加水泥和水混合后使用，根据添加水泥比例的多少，混合浆液可由柔性变为刚性，一般XT-PC:水泥的比例1:4（重量比）属于柔性，大于1:4（重量比）属于刚性。

（5）气溶胶环氧胶泥（渗透型）

有良好的渗透性，可随水的渗透深度而渗透，由于材料中的活性酶与混凝土中的游离碱进行化学反应，生成无机固态结晶充填混凝土的毛细孔隙，改变了混凝土的微观组织，混凝土内部的碱物不再外释，达到阻止油、水、酸的渗人，同时可保持混凝土的透气性能，具有良好的粘合作用；

5施工方法

5.1#渗漏点采用的工法（工法一）

 1#渗漏点采用主材为聚氨酯+ 气溶胶环氧树脂防水防腐涂料两种材料组合，即无机+有机双组合使用。  

对比气溶胶环氧树脂防水防腐涂料，即有机单组合效果。

采用主材为聚氨酯+ 气溶胶环氧树脂防水防腐涂料两种材料组合，即有机+有机双组合。气溶胶环氧树脂防水防腐涂料，即有机单组合。

注:建议取消迎水面注浆，参考《土石坝安全监测》渗流部分主要渗流数据为水位、压力、温度，三者是函数关系及渗润线变化值关系。影响银川火车站渗流主要原因之一施工缝中止水带与混凝土在冬季温度变化的材料温度屈指不一样，产生局部缝隙及渗流量。如果迎水面注化学浆存在注浆量大，实际效果作用不大。如果采用大面积水泥浆注浆,影响旅客出站环境因素影响很大，成本高。质量抗渗等级达到P10，质量保证10年。

5.2#渗漏点采用的工法（工法二）

气溶胶环氧树脂防水防腐涂料+（有+无）气溶胶环氧胶泥+XT-SS（密封型）三种无机材料的组合，即有机+无（有）机+有机三组合。三组合。无机结晶材料的组合，辅以XT-SS水泥浆修补小于0.4mm的受力裂缝、大于0.4mm的非受力裂缝和龟裂，检验无机材料和施工工法对桥墩混凝土出现的缺陷的修复效果和耐久性（含冻融、高旱、耐强紫外线）效果。

5.3#渗漏点采用的工法（工法三）

3#渗漏点采用气溶胶环氧树脂+环氧胶泥 +丙烯酸防水材料（复合型）三种无机材料的组合，即有机+无（有）机+有机三组合混凝土出现的缺陷的修复效果和耐久性（含冻融、高旱、耐强紫外线）效果。

5.4#渗漏点采用的工法 （工法四）

4#渗漏点气溶胶环氧树脂+ 聚合物浓缩液（柔性防水材料）水泥浆+XT-HPS（复合型）两种无机材料和一种有机材料组合，即有机+有（无）机+无机三组合检验二种无机结晶材料与一种有机材料的组合和施工工法对施工缝混凝土出现的缺陷的修复效果、耐久性（含冻融、高旱、耐强紫外线）效果。

6快速抢修的耐久性的结论

结合包兰线芦花台车站铁路涵洞及银川车站地下通道铁路涵洞特殊地质条件，参考了国内灌浆堵漏材料的标准，提出了气溶胶环氧堵漏材料的技术要求结合各种材料特性及试验工法。

工法一（施工缝结构带压明水泄漏）聚氨酯+ 气溶胶环氧树脂防水防腐涂料两种材料组合，即无机+有机双组合。此工艺适合带压明水泄漏的铁路涵洞结构缝堵漏，渗水量大时先止水，向变形缝内注入弹性聚胺酯发泡止水剂（遇水膨胀发泡），待漏水明显减小时再进行压力灌注气溶胶环氧树脂注浆液。适合铁路涵洞结构泄漏水，成本比较高。

工法二: （施工缝结构无压明水泄漏）气溶胶环氧树脂防水防腐涂料+（有+无）气溶胶环氧胶泥+XT-SS（密封型）三种无机材料的组合，能在2小时能封堵带压明水泄漏8平方米， 补漏强调达到35兆帕，耐久性达到材料设计使用数据目标。适合铁路涵洞结构泄漏水，成本比较低。

工法三：（涵洞地面带压明水泄漏）气溶胶环氧树脂+环氧胶泥 +丙烯酸防水材料（复合型）三种无机材料的组合，即有机+无（有）机+有机三组合。能在3小时能封堵带压明水泄漏10平方米， 补漏强调达到35兆帕，耐久性达到材料设计使用数据目标。适合铁路涵洞地下路面结构泄漏水堵漏，成本比较高。

工法四：（涵洞地面不带压明水泄漏）气溶胶环氧树脂+ 聚合物浓缩液（柔性防水材料）水泥浆+XT-HPS（复合型）两种无机材料和一种有机材料组合，即有机+有（无）机+无机三组合。对铁路涵洞底部路面使用丙烯酸防水材料进行路面注浆后对裂缝处进行气溶胶环氧树脂注浆封堵裂缝。能在3小时能封堵带压明水泄漏12平方米， 补漏强调达到35兆帕，耐久性达到材料设计使用数据目标。适合铁路涵洞地下路面非结构泄漏水堵漏，成本比较低

开展的气溶胶环氧树脂堵漏材料的实验室小试、中试、生产性试验，自检满足所提技术要求。

对所研制的气溶胶环氧树脂堵漏材料进行了物理力学性能、耐久性、环保性有资质的第三方检测，检测指标符合要求。

参考文献

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