山岭隧道排水盲管白色结晶物形成原因分析及相关问题探讨.pdf

经验交流 山岭隧道排水盲管白色结晶物形成原因分析及 相关问题探讨 许彦辉 ( 中铁隧道集团有限公司工程试验分公司，河南洛阳4 7 1 0 0 9 ) 摘要：在我国铁路隧道施工过程中，经常会发现排水盲管处有白色结晶物质存在，严重的甚至造成排水盲管堵塞，本文 对白色结晶物形成的原因进行了分析，并对其危害、防治措施进行了探讨，对此类工程的施工有一定的借鉴意义： 关键词：排水；结晶物形成原因；分析；探究 中图分类号：U 4 5 5 4 9 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 4 - - 3 0 2 4 ( 2 0 1 6 ) 2 2 0 1 5 1 - 0 1 1 白色结晶物的可能来源 1 1 围岩。当地下水流经石灰岩等富含碳酸钙矿质的岩层 时，将会携带有大量的钙盐物质。流水进入隧道区域后，在管 道内流速较缓或存有积水的部位将会产生钙质沉淀，经长期的 沉淀积累，这些沉淀将会结晶凝结成块，最终堵塞排水管道。 1 2 环境水。假如环境水中含有大量硫酸盐或硫酸根离子， 这些硫酸盐往往会与混凝土中的氢氧化钙反应生成硫酸钙( 石 膏) 。这些硫酸钙与混凝土中的铝酸钙发生再次发生反应，产 生可以析出的硫铝酸钙晶体( 钙矾石) 。 1 3 混凝土原材料。混凝土主要是由胶凝材料，细、粗集料， 以及外加剂与水拌制而成的混合体。 首先水泥作为胶凝材料，在影响白色结晶物形成的原因上， 占据决定性因素。水泥产品通常含有2 - 3 种组分，即水泥熟料、 石膏和混合材料。其中，水泥熟料的主要成分有3 C a O S i O ：， 2 C a O S i 0 2 ，3 C a O A I ：0 3 及4 C a O - A 1 2 0 3 - F e 2 0 3 四种。其组分当中 C a O 的含量占到了6 0 之多。这四种熟料矿物都能够与水发 生反应，生成相应的水化产物。水化产物中一种主要的成分是 c a ( O H ) ：，C a ( O H ) ：是一种白色的晶体，极易溶于水，并 能与C O ：相结合生成白色的C a C O ，和C a ( H C O ，) ：晶体。因此， 商品混凝土表面若出现白色物质，其中大部分可能的成分就是 C a C O ，、C a ( H C O ，) ：和c a ( O H ) ：晶体。其次水泥产品中另 一重要组成成分是石膏，其化学式为C a S 0 4 2 H ：O 。石膏在水 泥中起到调节凝结硬化时间的作用，所以是水泥产品中必要的 矿物。石膏中的硫酸根极有可能与某些金属离子结合成相应的 硫酸盐，而少部分硫酸盐同样也会以白色晶体的形式从混凝土 当中析出。 1 4 实例分析。某西南地区隧道排水盲管形成白色结晶物， 通过对该地段的围岩、环境水取样进行检测分析，该地段围岩 为砂岩，属于沉积岩，不属于石灰岩，碳酸钙含量低，环境水 中硫酸根含量为为1 3 0 m g m l ，含量极低，基本上可以排除围岩 和环境水对白色结晶物形成的影响。通过对白色结晶物取样检 测分析，取适量样品置于试管内，加入少量的水，试管右侧连 接一导管，导管插入另一试管且装有澄清的石灰水溶液中，发 现一部分溶解，另一部分仍以固态存在，加入少量的稀盐酸后， 迅速产生大量的气泡，且右侧的试管明显有浑浊现象。另取适 量白色结晶物置于已烘干至恒重并事先称量好的瓷坩埚中，将 其一并称量后放入高温电阻炉中，加热至9 0 0 。C 灼烧至恒重， 样品取出于燥冷却后，称量灼烧后坩埚与样品的重量，由此得 出样品灼烧后的质量有所减少。由此可以得出白色结晶物中含 有大量的碳酸盐，尤以碳酸钙晶体和碳酸氢钙晶体居多，并且 来源应主要为混凝土原材料及水化产物。 2 排水盲管堵塞造成的危害 当隧道排水盲管堵塞后，大量积水将会留存于衬砌背后， 如果得不到及时治理，就会导致以下后果：( 1 ) 积水过多而使 水压力较大时，衬砌难以承受压力，致使衬砌破裂，引发渗漏 水现象。当围岩压力过大时，最终可能引起隧道塌方。( 2 ) 原 先完好的围岩及围岩结构面软弱夹层，受到流水的侵蚀而产生 泥化或软化现象，将会失去其应有承载力，进一步加大衬砌压 力，导致衬砌变形或破裂。( 3 ) 在寒冷或严寒地区，被堵塞于 排水管路中的流水与积存于衬砌背后的水在冻融循环的作用 下，会造成排水管道与衬砌的冻胀裂损，严重危及排水系统与 整个衬砌结构的安全。渗漏水在顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱， 地面形成冰锥冰坡等，影响行车安全。 3 排水盲管堵塞防治措施 3 1 降低混凝土总碱含量。混凝土原材料及水化产物产生 的C a ( O H ) ：与空气中的C O ：相结合生成白色的C a C O ，和c a ( H C O ，) ，是造成堵塞产生的主要原因，因此要想办法降低混 凝土中的总碱含量。由于排水盲管埋设于防水板与喷射混凝土 之间，故排水盲管白色结晶物来源于喷射混凝土，通过采取低 碱水泥，降低速凝剂的碱含量或采取低碱速凝剂、无碱速凝剂 等措施来控制混凝土的总碱含量。 3 2 定期用高压水或压缩空气疏通排水管道，不使管道内 的泥沙、碳酸钙块状沉积影响管道的畅通。 3 3 调整管道的设计参数。选用摩阻系数较小的管材和调 整转弯处管道的曲率半径。摩阻系数较小的材料对管内水流的 阻力较小，同条件时相应水流速度较大，因此有益于维护管路 的畅通。在管道转弯处，弯管的阻力系数在一定范围内随曲率 半径R 的变化而变化当R 与管道直径d 之比值小于1 时，阻力 系数将随着P d d 的减小而急剧增加，这是由于R d 较小时，转 弯处会出现漩涡区，增大局部阻力的缘故。当R d 3 时，阻力 系数又随着R d 的增加而增大，这是由手较大的R 值需要加长 弯管，增大了摩阻力的缘故，因此，弯管的曲率半径通常在( 1 4 ) d 的范围内为最佳。 3 4 在已经形成严重堵塞的地段，往往只能在相邻地段钻 孔将衬砌背后的水释放出来，然后重新设置疏通管道，但成本 比较高，而且影响隧道的正常运营。 4 结论 通过对隧道排水盲管处白色结晶物的成分、形成原因分析、 危害及防治措施的叙述，隧道工程施工中通过严格控制原材料 的质量，合理调整排水盲管参数，严格按照施工规范和相关技 术要求施