地下基础设施渗漏防治与非开挖修复技术

基础工程设施渗漏防治与非开挖修复技术2017年11月1主 要 内 容一、水引发的基础工程设施灾害及病害二、水灾害防治材料的发展三、渗漏涌水防治技术四、隐蔽病害诊治技术五、城市地下空间开发防水支护技术六、结语2一、水引发的基础工程设施灾害及病害我国基础工程设施建设发展迅速，规模巨大1.土质堤坝：江河堤防27.68万公里，水库9.77万座2.隧道地铁：公路隧道1075.67万米，地铁3529公里3.道面工程：高速公路12.5万公里,高铁2.1万公里机场206个，计划未来五年新建66个4.地下管道：供水、排水管线长度超110万公里3一、水引发的基础工程设施灾害及病害基础工程设施安全运行面临严峻挑战水引发的工程灾害问题十分突出基础工程设施主要安全风险源：结构质量缺陷与性能劣化 使用条件和环境 荷载 地质环境条件（破碎带、地下水等）自然灾害（地震、滑坡、泥石流等）人为因素4一、水引发的基础工程设施灾害及病害堤防、土坝、尾矿坝数量众多，渗漏隐患普遍存在决堤、溃坝事故多发，造成重大损失和社会影响1998年洪水长江沿线发生险情 2016年7月1日，武汉市 2008年山西襄汾尾矿坝溃决，6000余处，其中渗漏、管涌险 新洲区举水河西圩院发 281人遇难情4000余处，九江干堤溃决生溃口，口门70多米5一、水引发的基础工程设施灾害及病害渗漏涌水对隧道、地铁、基坑等工程危害极大隧道漏水地铁基坑涌水坍塌地铁漏水隧道涌水6一、水引发的基础工程设施灾害及病害渗漏涌水对隧道、地铁、基坑等工程危害极大基坑渗漏基坑涌水涌砂基坑水泥搅拌桩止水帷幕失效基坑渗漏坍塌7一、水引发的基础工程设施灾害及病害每年有数千公里高速公路进行大中修水损害是导致路面过早破坏的主要原因之一开挖维修浪费资金资源，影响交通和环境唧泥翻浆是沥青路面顽疾开挖修补脱空唧泥导致水泥路面断板开挖重铺8一、水引发的基础工程设施灾害及病害机场达到206个，计划未来五年新建66个主要病害和安全隐患：脱空、开裂、沉陷修复困难断裂沉陷开挖维修开挖换板9一、水引发的基础工程设施灾害及病害高铁运营里程达2.1万公里，占全世界60%以上路基沉降是设计、施工和运营管理面临的主要难题之一沉降路基开挖修复沉降路基加固沉降路基返工返修路段停运10一、水引发的基础工程设施灾害及病害地下管道渗漏问题突出，造成水资源浪费和环境污染供水管道漏失率超过20%,每年漏失量超过100亿m3我国与发达国家管网漏失率对比11一、水引发的基础工程设施灾害及病害地下管道渗漏问题突出，造成水资源浪费和环境污染排水管道渗漏：全国295座地级以上城市，216座存在黑臭水体排水管道入渗：严重影响污水处理厂处理效率污水处理量基本一致污染物处理量变化巨大污染物都去哪了？南方某污水处理厂每月污水处理量与污染物处理量对比污水处理量逐年递增污染物处理量变化不大污水从何而来？南方某污水处理厂每年污水处理量与污染物处理量对比12一、水引发的基础工程设施灾害及病害城市道路坍塌事件频发，严重影响人们出行安全北京：深圳：2007年54起、2008年94起、2009年129起2013年5月20日路面坍塌造成5人死亡哈尔滨：2012年9天7塌郑州：兰州：2014年西三环18塌2015年8月西站十字附近路面7天7塌13一、水引发的基础工程设施灾害及病害2016年8月1日，郑州市中原路供水干管爆裂路面塌陷600多m2，三名路人坠落，1人遇难附近2万余居民生活用水中断14一、水引发的基础工程设施灾害及病害美国地下管道灾变导致爆管、路面塌陷等安全事故15一、水引发的基础工程设施灾害及病害2016年5月26日，意大利佛罗伦萨地下给水管道爆裂路面塌陷长度达183m，数十辆汽车陷入水中16一、水引发的基础工程设施灾害及病害2016年11月8日，日本福冈县JR博德车站前道路发生塌陷，在补好路面17天后，路面再度塌陷。17一、水引发的基础工程设施灾害及病害另一方面，地下基础工程设施建设方兴未艾。山区隧道 跨江越海水下隧道 城市地下空间开发 岛礁地下空间开发18一、水引发的基础工程设施灾害及病害川藏铁路是继青藏铁路之后的又一条“天路”。全线运营长度1838km，新建正线长度1738km，桥隧总长1413km，占线路全长的81%，工程投资预估算约2166亿元。19一、水引发的基础工程设施灾害及病害渤海湾海底隧道全长123km，这一跨度也将使得渤海海峡跨海通道远超日本青函海底隧道（约54km）、英吉利海峡海底隧道（约51km），将成为世界最长的海底隧道。20一、水引发的基础工程设施灾害及病害“十二五”时期，我国城市地下空间建设年均增速达到20%以上（据城建部）。“十三五”期间，地下空间作为城市地面空间的重要补充，建设发展需求旺盛，推动城市建设向地下发展是城镇化发展新阶段的必然需求。21一、水引发的基础工程设施灾害及病害水引发的工程灾害防治共性问题：涉及多种基础工程设施全寿命安全维护影响重大：严重影响国民经济运行和人民生活质量亟待解决：随着工程规模及服役年限增加日益严峻关键科学技术问题：灾变机理（水土耦合作用、淘蚀、隔振）探测检测、预警预报、修复加固、应急处治新材料、新结构、新技术、新装备22一、水引发的基础工程设施灾害及病害研究进展1、防渗修复支护材料（非水反应）2、渗漏涌水防治技术3、隐蔽病害诊治技术（无损检测+非开挖修复）4、地下空间开发（防渗、抗震）23二、水灾害防治材料的发展1、常用的防渗修复支护材料国内外常用材料：水反应材料原理：材料（必须）与水混合发生化学反应水泥类材料：常用的材料，抢险抢修时效性差水反应高聚物：遇水反应、膨胀，常用于堵漏难以封堵涌水或射流针对水反应材料应急抢险方面存在的不足提出基于非水反应材料的防渗加固支护技术理念材料不需要水参与反应24二、水灾害防治材料的发展2、非水反应高聚物材料重点研究发泡聚氨酯类非水反应高聚物发现普通非水反应高聚物：在有水环境下耐久性差(强度及韧性明显降低，体积收缩)通过多学科团队联合攻关，改性预聚体亲水组份研制不受水影响的新型防渗修复材料发泡聚氨酯异氰酸酯 多元醇25二、水灾害防治材料的发展2、非水反应高聚物材料亲水型水反应类开孔材料闭孔材料（聚氨酯类）高分子聚合物疏水型双组份发泡体水敏感型非水反应类双组份弹性体水不敏感型水敏感型水不敏感型26二、水灾害防治材料的发展2、非水反应高聚物材料 环保：对环境无污染 耐久：地下工程无紫外线条件下寿命可达100年 早强：反应时间数分钟数秒 适应性强：强度和密度可调；现场有水或无水 基础工程设施防护修复：防渗、堵涌、填充脱空、顶升沉降 地下空间开发：基坑支护、地下空间结构27三、渗漏涌水防治技术1、高聚物柔性防渗墙技术及装备垂直防渗一直是岩土与坝工界的公认难题土多孔材料；水无孔不入“千里之堤毁于蚁穴”全面防渗现行防渗技术：采用水泥类材料和挖槽、搅拌等方法扰动破坏较大，难以实施（场地及经费受限）水泥混凝土连续墙技术（意大利）水泥土搅拌桩技术（美国）28三、渗漏涌水防治技术开发静力压槽、提升注浆、套孔联接施工工艺技术难题：精密配比、高压注射(最大注浆压力17MPa)、压槽注浆同步施工(墙体厚度约2cm)流动模型 现场试验 工法装备 成套技术29三、渗漏涌水防治技术1、高聚物柔性防渗墙技术及装备技术特点与优势（与水泥混凝土防渗墙比较）高聚物防渗墙完好 扰 动 小：静力压入 抗震抗裂：与土体协调变形 施工便捷：设备宽度2.4m 造 价 低：节省工期和造价30%以上混凝土防渗墙开裂 适用范围：堤防、土坝、尾矿坝、截污坝及基坑造墙深度不超过30m理大拉应力约振 为 动 混 台 凝 试 土 验 防渗墙的1/730三、渗漏涌水防治技术2、渗漏涌水快速治理复合注浆技术涌水时常造成的灾害具有突发性国内外关于涌水应急抢险技术匮乏技术瓶颈：水反应材料容易被涌水冲散典型实例：日本福岛核电站采用水反应材料封堵涌水失效地面注入高分子聚合物发 2电 号机 机车间沟渠竖井裂缝处31三、渗漏涌水防治技术2、渗漏涌水快速治理复合注浆技术基于非水反应高聚物在水中反应与膨胀扩散特性提出高聚物水下注浆、膜袋注浆及其复合注浆方法主要难题：高聚物封闭域反压复合注浆技术技术特点：膜袋膨胀形成“栓塞”快速封堵涌水，高效、经济32三、渗漏涌水防治技术2、渗漏涌水快速治理复合注浆技术膜袋注浆快速封堵管涌33三、渗漏涌水防治技术工程应用上海苏州河板桩堤防应用高聚物水下复合注浆技术治理板桩堤防淘土、渗漏（采用传统方法十多年投入大量资金未能根本治理）34三、渗漏涌水防治技术工程应用上海苏州河板桩堤防应用高聚物水下复合注浆技术治理板桩堤防淘土、渗漏（采用传统方法十多年投入大量资金未能根本治理）35四、隐蔽病害诊治技术我国高速公路典型疑难病害之一：裂缝渗漏造成的脱空、积水、唧泥翻浆隐蔽性强，形态复杂多变，诊治困难探不准、判不准，防不住，治不住36四、隐蔽病害诊治技术开挖维修或整段加铺含病害，而且经济环保。处治一处病害约需30分钟。而开挖维修一37四、隐蔽病害诊治技术反演理论与软件高聚物材料及扩散机理隐蔽病害非开挖修复精准诊断精细注浆系统技术电磁、动力无损检测注浆工艺及装备隐蔽病害精准诊断定点定量精细注浆38四、隐蔽病害诊治技术技术特点与实施效果诊治融合，检修配套；填充脱空，排出积泥电磁、动力无损检测 反演分析、隐蔽病害诊断根据诊断结果定点定量精细注浆39四、隐蔽病害诊治技术水泥混凝土路面高聚物注浆技术40四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）高速公路快速检修京港澳高速公路（安阳-新乡）示范工程工程难题：唧泥翻浆日益严重，通车9年维修经费达5.4亿元41四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）高速公路快速检修京港澳高速公路（安阳-新乡）示范工程应用该成果80天修复病害24000余处，一次修复率95%42四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）高速公路快速检修京港澳高速公路（安阳-新乡）示范工程钻芯结果43四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）高速公路快速检修京港澳高速公路（安阳-新乡）示范工程每年平均节省维修经费4900万元；延缓中修5年以上2000019000 修复一处病害约30分钟1800016000应用成果前平均维修经费6000万/年 避免了开挖维修造成的1400012000100008000600040002000012000应用成果后平均维修经费1100万/年资源浪费和环境污染86004300 比开挖维修节省直接费用53%、节省间接费用75%40003400310023002000940 1100 12002001998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010年 度44四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）高速公路快速检修京港澳高速公路（安阳-新乡）示范工程每年平均节省维修经费4900万元；延缓中修5年以上 修复一处病害约30分钟 避免了开挖维修造成的资源浪费和环境污染 比开挖维修节省直接费用53%、节省间接费用75%45四、隐蔽病害诊治技术2、高速铁路无砟轨道沉降修复技术高铁无砟轨道沉降修复高聚物注浆技术46四、隐蔽病害诊治技术工程应用（1）某高速铁路路基和轨道板施工完成后，数十处轨道板沉降(最大沉降量40mm)应用该成果7天内全部抢修，排除工程缺陷，保障工程按标准交验47四、隐蔽病害诊治技术3、地下管道隐患精确诊断与非开挖修复技术地下管道渗漏、脱空是导致地面坍塌的主要原因地质条件复杂，深层隐患探测修复困难 开挖维修国家重点研发计划“城市市政管网运行安全保障技术研究”48四、隐蔽病害诊治技术3、地下管道隐患精确诊断与非开挖修复技术融合电磁与视频检测的地下排水管道隐患识别技术C测CCTV检测技术探地雷达检测技术49四、隐蔽病害诊治技术3、地下管道隐患精确诊断与非开挖修复技术给水管道渗漏区域自动化快速检测技术 分布式噪声监测 渗漏主动识别 GPS远程传输50四、隐蔽病害诊治技术3、地下管道隐患精确诊断与非开挖修复技术基于光纤水听器的长距离给水管道渗漏检测技术 高灵敏度光纤声压传感 检测距离大