XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型系列

防渗、防水、防腐加固材料在整治隧道漏水中的应用

张俊俭 马利荣 晋先堂

太原铁路局工务处 030013

摘要：对铁路养护管理单位而言，隧道渗漏水是一个普遍存在而又非常令人头疼的问题，尽管现有的堵漏材料并不少，但因其局限性，能够普遍应用且效果很好的还不多。本文通过在平型关隧道整治漏水中的实际应用，提出了拱 “堵”、边 “排”，集中“引”、局部“导”、成片“封闭”的综合整治原则，将“水泥基渗透结晶型防水材料（XYPEX‘赛柏斯’系列材料）”应用到既有隧道漏水整治工程中，取得了较好的效果。又重点介绍了水泥基渗透结晶型材料XYPEX“赛柏斯”的机理、性能特点、材料分类，并对各类施工工艺和施工中的注意事项进行了阐述。该材料和工艺可作为整治既有隧道漏水病害的方法推广使用。

关键词：隧道 漏水 病害 整治 修复

衬砌渗漏水是铁路隧道较为普遍的病害，我局管内共有隧道241座，总延长142235m，据2006年秋检资料统计，因渗漏水造成隧道A级劣化的就46座，造成隧道B级以上劣化的达102座，占全局隧道总数43%。因衬砌渗漏水，极易造成隧道衬砌腐蚀裂损、道床开裂变形、翻浆冒泥、线路几何尺寸难以控制、钢轨零配件锈蚀及轨枕失效等问题，冬季时还容易造成结冰侵限，影响行车安全。隧道内渗漏水还会使洞内环境潮湿，严重影响维修养护人员的正常作业和检查。因此隧道渗漏水已成为铁路管理单位十分头疼的问题，整治隧道漏水成为隧道养护工作中非常重要的环节。下面将我们在管内京原线平型关隧道中采用XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型系列材料整治衬砌渗漏水病害的应用，分别从病害情况原因分析、XYPEX“赛柏斯”的机理、性能及施工应用情况进行了说明。有不足之处请指正。

 

一、概况

㈠平型关隧道渗漏水情况

平型关隧道位于京原线平型关至东淤地间，中心里程274.570km，全长6189.8m，洞内铺设60kg/m无缝线路，整体道床，线路坡度为3%、-5%，隧道内排水设备大部分为双侧密井暗管水沟，出口有900m中心水沟，正洞左侧进口端设平行导坑，长2834m，该座隧道位于山西省五台山东北部的唐河与滹沱河分水岭。线路通过最高点海拔为1553.12m，最大埋深300m。

平型关隧道漏水比较严重，经调查，该隧道明显的漏水点1405处，滴水成线366处，严重漏水地段4处，大面积渗水部位138处。几处较为严重的滴水成线处所出水量一般为0.5t/昼夜，最大时达到2.6t/昼夜。由于长年严重漏水，洞内相对湿度较大，衬砌腐蚀剥落，钢轨及附件脱皮掉块磨耗严重，使用年限缩短一半。隧道地下水资源十分丰富，地下水位的增高，道床下软弱层增多，导致了整体道床下基础承载力不均，道床下沉断裂，轨道几何尺寸难以保持，对运输造成极大的威胁。

㈡病害原因分析：

    1、隧道穿越地层地质条件复杂，地下水丰富

开型关隧道通过中低山区，系构造剥蚀、黄土系堆积地形，呈梁状及峁状高地，受地表水侵蚀作用形成10-30m的深沟狭谷，气候属山西高原大陆性半干旱气候区，据气象资料记载，年平均气温6.8℃，最低气温-27℃，最高气温37.3℃,年平均降水量495.9mm,最大年降水量614.6mm。

隧道穿越花岗岩、花岗片麻岩及辉绿岩层，有三条逆断层横切隧道，断层内均有破碎物填充。由于区域性构造破碎带较发育，岩体内发育有大量地下水，两处沟内有泉水流出，水量0.5-1.0  l/s。隧道出口附近风化层较厚，含地下孔隙潜水，含水层为花岗片麻岩风化成砂砾状及碎石状，单位涌水量为0.13t/昼夜。因此大量地下水汇集到隧道周围，通过隧道整体道床及衬砌孔隙流出，形成底部涌水或衬砌严重渗漏水。

    2、施工质量差、防排水措施不得力

平型关隧道于1967年6月开工修建，1971年7月竣工，历时四年零一个月。施工期间正处于十年动乱时期，施工管理混乱，施工质量较差，衬砌内有许多蜂窝麻面，许多地段的混凝土强度和密实度均达不到设计要求；围岩超挖处所回填不密实，衬砌背后形成空洞，为水提供了存储空间；衬砌背后没有采取有效的防水措施。

3、衬砌混凝土化学腐蚀，造成混凝土结构的破坏

通过对隧道内分段所取的16个水样水质分析结果表明，水对衬砌混凝土既有溶滤性侵蚀，也有碳酸性侵蚀。经分析，水内含有过量的侵蚀性碳酸，能溶解混凝土中碳酸钙使混凝土受到破坏。这种侵蚀也会扩大漏水孔隙，严重时还会造成混凝土结构破坏。

4、隧道上部厂矿生产废水没有妥善处理，渗入隧道造成漏水

隧道上部附近有繁峙县选矿厂一处，该厂废水未设置有效的储水设施，废水随沟乱流，最近的一处距隧道路线不到十米，并有两处横交隧道中线流过。因此每天有大量废水渗入隧道，为隧道漏水提供了水源。

5、隧道衬砌的应力变化使混凝土产生裂隙

由于隧道穿越地带复杂，地下水较为丰富，以及施工质量差等到因素，使衬砌产生变化的内应力而造成衬砌裂纹、错牙等病害，裂纹最大宽度达30mm，错牙最大达40mm，一般都在20mm左右，这些裂隙的存在为地下水渗漏提供了条件。

检查中发现渗漏病害基本都在蜂窝、麻面、衬砌裂纹及三缝（伸缩缝、沉降缝、工作缝）等部位，据调查统计，约占渗漏总数的95%以上。

 

二、水泥基渗透结晶型防水材料简介

（一）XYPEX“赛柏斯”的机理与性能特点：

    XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型防水材料是引进加拿大的专有技术而生产的，它是由一组活性极强的化学物质和波兰特水泥、特殊级配的硅砂等组成的灰色粉末状无机材料。其工作机理是，XYPEX特有的活性化学物质利用混凝土本身固有的化学特性及多孔性，以水做载体，渗透到混凝土微孔及毛细管中传输、充盈，催化混凝土内的微粒和未完全水化的混凝土再次发生水化作用，而形成不溶于水的枝蔓状结晶体，充塞混凝土的微孔及毛细管道，提高混凝土的密实度。由于它的活性物质和水有良好的亲和性，它可以在施工后乃至很长的一段时间里，沿着需要维修的混凝土中的细小裂缝和毛细管道中的渗漏水源向内层发展延伸，深入到混凝土的内部再水化结晶与混凝土成为一个整体，它和混凝土的膨胀系数是一致的，不易产生裂缝，即便产生新的裂缝，又可通过水化作用再结晶进行自我修复，提高抗渗能力，并增强混凝土的强度、密实度及耐久性，延长混凝土的寿命，所以防水作用是永久性的。

（二）XYPEX“赛柏斯”特点：

（1）XYPEX能长期耐受强水压，可承受1.5~1.9Mpa。

（2）XYPEX渗透结晶深度是超凡的。日本土木学会进行的试验，放置12个月后，测得其深度达300mm。

（3）XYPEX防水防渗作用是永久的，它具有神奇的自我修复功能。清华大学水利水电工程系所作的“XYPEX掺合剂材料自愈抗渗性能试验研究报告”中，XYPEX产品可以12次的自我修复（此仅是测试仪器的限值，从原理上讲可以n次的自我修复），并提高混凝土抗渗能力。涂层对于混凝土结构出现的0.4mm以下的裂缝遇水后有自我修复的能力，这种能力是永久性的。

（4）XYPEX涂层不影响混凝土的呼吸，使混凝土结构能保持干燥、不潮。

（5）XYPEX属无机物，能增强混凝土耐久性，与结构同寿命。

（6）XYPEX耐高低温，可在-32°C~+130°C的持续温度下，在-185°C~+1530°C间歇性温度下保持其作用。耐湿、耐紫外线、耐辐射、耐氧化、耐碳化。

（7）XYPEX能防止化学腐蚀，可保护钢筋及金属埋件，并对钢筋起保护作用。耐酸碱：长期接触pH值3.0~11.0；间歇性接触pH值2.0~12.0（包括酸碱物质、氯化物和碱性物质的腐蚀）。抗冻融循环300次以上，防止冻融循环对混凝土的破坏。

（8）XYPEX可抑制碱骨料反应（AAR），能有效提高混凝土强度达20%~29%，而且膨胀系数与混凝土基本一致。

（9）XYPEX无毒、无味、无污染。

（10)XYPEX可用在迎水面，也可用在背水面；应用领域广泛；它可在潮湿基面上施工，也可和混凝土浇筑同步，故可缩短工期；涂层表面可以接受别的涂层；施工方法简便，不需找平层、施工后也无需保护层，只是一道工序，故省工、省料、省时。

㈢平型关隧道施工中使用的水泥基渗透结晶型防水材料XYPEX（赛柏斯）系列材料及其的作用

1、XYPEX浓缩剂

XYPEX浓缩剂是活性最强的一种，加水调和后可用作地上或地下混凝土结构浆状涂料，也可用作双涂层中第一层涂料，还可以调成半干料团，用于结构连接处堵漏，裂缝、缺陷和蜂窝麻面处结构修补。其主要作用是防渗、防潮、补强。

2、XYPEX增效剂

作为XYPEX浓缩剂的第二层涂层，在第一层上形成坚硬的表层，增强浓缩剂的效果。

3、XYPEX修补堵漏剂

它是一种结晶型的速凝、不收缩、高粘接强度的水泥混合剂，主要是用于混凝土结构的修理。

4、XYPEX掺合剂

XYPEX掺合剂是有独特结晶作用的干粉混合剂，它是和水泥同步使用，使结构防渗、防水、防腐、提高强度，是在混凝土或砂浆配料时加入的。

三、整治原则及施工工艺

㈠平型关隧道渗漏水整治原则

对于任何一座隧道的渗漏水整治，均需遵循“排、截、防、堵”的综合整治措施。平型隧道的漏水情况比较严重，隧道的边墙、拱部各个部位都普遍存在，有因衬砌劣化局部涌水的、有混凝土裂缝边墙冒水的、有因“三缝”防水失效薄弱处所喷水的、还有因混凝土施工质量不均密实度低造成成片荫水等多种情况。这次整治施工中采用了拱 “堵”、边 “排”，集中“引”、局部“导”、成片“封闭”的不同方法，即：

1、 拱“堵”：拱部漏水找到出水点后，视水量大小，漏水量不大较小时，采取直接封堵的办法；漏水量较多时，凿出漏水部位，分不同方向设置集水管，降低水压后封堵。

2、 边“排”：边墙部位的渗漏水，找到出水点后，在边墙衬砌上开槽埋设暗管，将水一直引入道床排水沟排除；如无明显集中现象，可间隔一定距离设置排水盲沟一条，将水排入隧道侧沟。

3、 集中“截”：无论是边墙还是拱部，集中在一点或数点的漏水，均要凿除漏水部位混凝土，在衬砌外围岩的各个方向打集水钻孔，埋入集水管，将水截在衬砌与围岩交界处，埋设排水管，从拱部引至边墙，再从边墙引入侧沟。

4、 局部“导”：对于衬砌裂缝处所、工作缝、沉降缝、伸缩缝等渗漏水部位，采取在裂缝部位凿开一定深度和宽度，在槽内设半圆尼龙管，将水导入水沟。

5、 成片“封闭”：对于衬砌表面无明显滴水成线、涌水、冒水现象，但表面渗水较严重，湿度较大，衬砌长期处于污水腐蚀状态的情况，采取清除混凝土表面灰尘、油渍和浮浆，喷涂或涂刷结晶渗透型防水材料两层，对混凝土衬砌进行表面封闭处理的办法。

㈡施工工艺流程

1、各种裂缝、三缝及集中大量漏水整治工艺流程

 

2、大面积渗漏水封闭工艺流程

衬砌表面处理       劣化部位局部强化      涂刷两道XYPEX浓缩剂       涂刷一道XYPEX增效剂       养护

㈢施工过程

1、对于宽度超过0.4mm的裂缝及各类施工缝漏水的处理

⑴顺施工缝或裂纹漏水处所开凿底宽40-60mm、上口宽70-100mm、深700-100mm的U型槽。

⑵清理干净润湿后，涂刷一层XYPEX浓缩剂灰浆。

⑶扣盖Φ40mm的半圆型PVC管，用XYPEX将PVC管在槽内粘接牢固，形成排水道。

⑷用XYPEX修补堵漏剂将PVC管后部与衬砌间填平、压实。

⑸再涂刷一层XYPEX浓缩剂灰浆和XYPEX增效剂灰浆（齐缝宽两侧刷200mm）。

⑹导水管末端引至隧道侧沟。

⑺养护。

                           XYPEX增效剂灰浆（增效剂:水=5:2）

XYPEX浓缩剂灰浆

XYPEX修补堵漏剂（堵堵剂:水=3.5:1）

半圆PVC排水管

XYPEX浓缩剂灰浆（浓缩剂:水=5:2）

                           集水管（同一个断面的集水管数量由水量确定）

 

 

 

 

                       施工缝漏水整治示意图

对多道裂缝渗漏水的情况，采用树叉型导流集中在一处，然后引入混凝土衬砌边墙，根据引流的数量，在边墙衬砌上开凿底宽70-80mm，顶宽100-120mm，深100mm的U型槽，与拱部、边墙的导管连通，将水引入双侧深水沟。

如开槽后流水量较大，需在出水口部位钻孔插入导管引流减压，用XYPEX修补堵漏半干料团封堵，再按上述步骤实施。

2、对衬砌劣化（疏松、风化、蜂窝麻面、空洞）处所漏水的处理

⑴凿除衬砌不密实、蜂窝麻面及松动部分，除掉松散物质，直至坚固基面。

⑵用水浸湿基面后，去掉表面明水。

⑶涂刷一层XYPEX浓缩剂灰浆。

⑷XYPEX浓缩剂灰浆初凝后，用XYPEX用掺合剂砂浆半干料团填塞夯实。

⑸涂刷一层XYPEX浓缩剂灰浆。

⑹涂刷一层XYPEX增效剂灰浆。

⑺养护。（示意图见下页）

3、对衬砌表面大面积洇水的处理

首先对衬砌破损部位利用XYPEX修补堵漏剂进行局部加强处理，涂刷两遍（浓缩剂:水=5:2）或喷涂（浓缩剂:水=5:3）XYPEX浓缩剂每遍0.5kg/m²，待浓缩剂终凝后（一般约需4-6小时，根据工作温度确定），对表面进行湿润，涂刷一遍（增效剂:水=5:2）或喷涂（增效剂:水=5:3）XYPEX增效剂每遍0.5kg/ m²。增效剂主要是起提高浓缩剂渗透性和其表面硬度及干燥的作用。然后进行养护。

XYPEX增效剂灰浆

XYPEX浓缩剂灰浆

XYPEX掺合剂砂浆

衬砌砼劣化                      XYPEX浓缩剂灰浆

           示  意                        用水润湿表面

 

 

 

 

衬砌劣化处所漏水整治示意图

4、养护

⑴涂层呈半干状态后，即应开始用雾状水喷洒养护，养护必须用净水，水流不得过大，否则会破坏涂层。一般间隔6-8小时喷水一次，夏季施工4-6小时一次，连续养护2-3天。

⑵在施工后48小时须防避雨淋、严重的砂尘、霜冻及暴晒及4℃以下低温。

㈣注意事项

1、基层要处理干净。基层表面杂物彻底清理，用清水冲洗干净，保证表面潮湿但不能有明水存在。

2、严格按比例配制材料（各种材料均有详细的使用说明）。

3、混凝土劣化及薄弱部位要先修补再做大面积涂刷。

4、对裂缝、施工缝处理时，要凿成“U”形槽，不得凿成“V”形槽。

5、喷雾状水养护工序不得简化和省略。

 

四、结论

㈠通过对水泥基渗透结晶型防水材料XYPEX“赛柏斯”在平型关隧道中的应用，对隧道各部位漏水整治后效果进行跟踪检查，隧道漏水、冒水、滴水成线的情况已消除，而原来存在的大面积渗水也得到了非常有效的治理，说明水泥基渗透结晶型防水材料（XYPEX）能够应用到隧道漏水病害整治中，而且是唯一的材料运用，并且效果良好。

㈡水泥基渗透结晶型防水材料（XYPEX）的作用机理是“渗透结晶功能”，即材料中的活性成份能够以水为介质，通过混凝土毛细孔逐步向混凝土内部渗透，与混凝土中的游离CaO交互反应生成不溶于水的结晶物，在混凝土裂缝中进行自我修复，使砼结构形成一个致密的区域，提高了混凝土的抗渗能力及耐久性。

五、工程回访情况反馈

在2008年10月隧道漏水整治完工以来，经过了两个冬季一个雨季的考验，铁路局及工务段工作人员进行了不间断的跟踪调查，并对设备实际状态进行了详细记录，从现场反馈的资料可以看出，采用XYPEX(赛柏斯)水泥基渗透结晶型防水堵漏材料整治隧道漏水，效果良好。主要有以下几个方面：

1、原来隧道内集中漏水处所共有128处，最严重的地方，检查工作人员需穿雨衣才能通过，经过整治， 128处漏水处所已全部得到处理。

2、对于工作缝、沉降缝、伸缩缝等渗漏处所原有93处，整治后，漏水病害全部消除。

3、对于衬砌表面渗水原有9000余平方米，整治后，表面达到了干燥状态，只是在2009年5月发现有3处/2.5m²渗水部位又出现水渍，经检查发现，在施工时此三处基面没有处理干净，使得材料不能完全与混凝土衬砌结合没有充分发挥作用，随后，由施工单位对此三处渗水部位进行了处理，经跟踪检查，效果良好。

4、经过整治，隧道内道床路面的潮湿泥泞状态全面消除，隧道衬砌大面积渗漏水情况已经消灭，隧道内铁路线路、轨道、接触网设备、信号设备以及通信系统使用环境得到全面改善，损坏和更换频率大为降低，取得了明显的经济和社会效益。

    5、水泥基渗透结晶型防水材料（XYPEX）适用范围较广，施工工艺简单，易于现场工人操作，形成工法后，在现场应用中具有较高的推广价值。

 

参考文献

 

⑴ 王士坤.土木工程材料问答实录.机械工业出版社，2007年8月，36

⑵ 沈春林.水泥基渗透结晶型防水材料.化学工业出版社，2005年8月，2，9-11

⑶ 高鹤江，蔡洪谟.铁路桥隧养护简明手册.中国铁道出版社,1994年2月,200。

⑷ 铁路桥隧建筑物大修维修规则.中国铁道出版社，2000年1月，54

 

作者简介： 张俊俭 太原铁路局工务处 高级工程师 027-21765 ZJJ6708@SOHU.COM

           马利荣 太原铁路局原平工务段 工程师 027-82125

           晋先堂 太原铁路局原平工务段 工程师 027-81427