山嶺隧道排水盲管白色結(jié)晶物形成原因分析及相關(guān)問題探討

許彥輝

摘要：在我國鐵路隧道施工過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)排水盲管處有白色結(jié)晶物質(zhì)存在，嚴重的甚至造成排水盲管堵塞，本文對白色結(jié)晶物形成的原因進行了分析，并對其危害、防治措施進行了探討，對此類工程的施工有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：排水；結(jié)晶物形成原因；分析；探究

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）22-0151-01

1白色結(jié)晶物的可能來源

1.1圍巖。當?shù)叵滤鹘?jīng)石灰?guī)r等富含碳酸鈣礦質(zhì)的巖層時，將會攜帶有大量的鈣鹽物質(zhì)。流水進入隧道區(qū)域后，在管道內(nèi)流速較緩或存有積水的部位將會產(chǎn)生鈣質(zhì)沉淀，經(jīng)長期的沉淀積累，這些沉淀將會結(jié)晶凝結(jié)成塊，最終堵塞排水管道。

1.2環(huán)境水。假如環(huán)境水中含有大量硫酸鹽或硫酸根離子，這些硫酸鹽往往會與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣（石膏）。這些硫酸鈣與混凝土中的鋁酸鈣發(fā)生再次發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生可以析出的硫鋁酸鈣晶體（鈣礬石）。

1.3混凝土原材料?；炷林饕怯赡z凝材料，細、粗集料，以及外加劑與水拌制而成的混合體。

首先水泥作為膠凝材料，在影響白色結(jié)晶物形成的原因上，占據(jù)決定性因素。水泥產(chǎn)品通常含有2-3種組分，即水泥熟料、石膏和混合材料。其中，水泥熟料的主要成分有3CaO-SiO₂，2CaO·SiO₂，3CaO·Al₂O₃及4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃四種。其組分當中CaO的含量占到了60%之多。這四種熟料礦物都能夠與水發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物。水化產(chǎn)物中一種主要的成分是Ca（OH）₂，Ca（OH）₂是一種白色的晶體，極易溶于水，并能與C02相結(jié)合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃），晶體。因此，商品混凝土表面若出現(xiàn)白色物質(zhì)，其中大部分可能的成分就是CaCO₃、Ca（HCO₃）₂和Ca（OH）：晶體。其次水泥產(chǎn)品中另一重要組成成分是石膏，其化學式為CaSO₄·2H₂O。石膏在水泥中起到調(diào)節(jié)凝結(jié)硬化時間的作用，所以是水泥產(chǎn)品中必要的礦物。石膏中的硫酸根極有可能與某些金屬離子結(jié)合成相應(yīng)的硫酸鹽，而少部分硫酸鹽同樣也會以白色晶體的形式從混凝土當中析出。

1.4實例分析。某西南地區(qū)隧道排水盲管形成白色結(jié)晶物，通過對該地段的圍巖、環(huán)境水取樣進行檢測分析，該地段圍巖為砂巖，屬于沉積巖，不屬于石灰?guī)r，碳酸鈣含量低，環(huán)境水中硫酸根含量為為130mg/ml，含量極低，基本上可以排除圍巖和環(huán)境水對白色結(jié)晶物形成的影響。通過對白色結(jié)晶物取樣檢測分析，取適量樣品置于試管內(nèi)，加入少量的水，試管右側(cè)連接一導(dǎo)管，導(dǎo)管插入另一試管且裝有澄清的石灰水溶液中，發(fā)現(xiàn)一部分溶解，另一部分仍以固態(tài)存在，加入少量的稀鹽酸后，迅速產(chǎn)生大量的氣泡，且右側(cè)的試管明顯有渾濁現(xiàn)象。另取適量白色結(jié)晶物置于已烘干至恒重并事先稱量好的瓷坩堝中，將其一并稱量后放入高溫電阻爐中，加熱至900℃灼燒至恒重，樣品取出干燥冷卻后，稱量灼燒后坩堝與樣品的重量，由此得出樣品灼燒后的質(zhì)量有所減少。由此可以得出白色結(jié)晶物中含有大量的碳酸鹽，尤以碳酸鈣晶體和碳酸氫鈣晶體居多，并且來源應(yīng)主要為混凝土原材料及水化產(chǎn)物。

2排水盲管堵塞造成的危害

當隧道排水盲管堵塞后，大量積水將會留存于襯砌背后，如果得不到及時治理，就會導(dǎo)致以下后果：（1）積水過多而使水壓力較大時，襯砌難以承受壓力，致使襯砌破裂，引發(fā)滲漏水現(xiàn)象。當圍巖壓力過大時，最終可能引起隧道塌方。（2）原先完好的圍巖及圍巖結(jié)構(gòu)面軟弱夾層，受到流水的侵蝕而產(chǎn)生泥化或軟化現(xiàn)象，將會失去其應(yīng)有承載力，進一步加大襯砌壓力，導(dǎo)致襯砌變形或破裂。（3）在寒冷或嚴寒地區(qū)，被堵塞于排水管路中的流水與積存于襯砌背后的水在凍融循環(huán)的作用下，會造成排水管道與襯砌的凍脹裂損，嚴重危及排水系統(tǒng)與整個襯砌結(jié)構(gòu)的安全。滲漏水在頂部形成冰掛，側(cè)墻形成冰柱，地面形成冰錐冰坡等，影響行車安全。

3排水盲管堵塞防治措施

3.1降低混凝土總堿含量?；炷猎牧霞八a(chǎn)物產(chǎn)生的Ca（OH）₂與空氣中的CO₂相結(jié)合生成白色的CaCO₃和Ca（HCO₃）₂是造成堵塞產(chǎn)生的主要原因，因此要想辦法降低混凝土中的總堿含量。由于排水盲管埋設(shè)于防水板與噴射混凝土之間，故排水盲管白色結(jié)晶物來源于噴射混凝土，通過采取低堿水泥，降低速凝劑的堿含量或采取低堿速凝劑、無堿速凝劑等措施來控制混凝土的總堿含量。

3.2定期用高壓水或壓縮空氣疏通排水管道，不使管道內(nèi)的泥沙、碳酸鈣塊狀沉積影響管道的暢通。

3.3調(diào)整管道的設(shè)計參數(shù)。選用摩阻系數(shù)較小的管材和調(diào)整轉(zhuǎn)彎處管道的曲率半徑。摩阻系數(shù)較小的材料對管內(nèi)水流的阻力較小，同條件時相應(yīng)水流速度較大，因此有益于維護管路的暢通。在管道轉(zhuǎn)彎處，彎管的阻力系數(shù)在一定范圍內(nèi)隨曲率半徑R的變化而變化當R與管道直徑d之比值小于1時，阻力系數(shù)將隨著R/d的減小而急劇增加，這是由于R/d較小時，轉(zhuǎn)彎處會出現(xiàn)漩渦區(qū)，增大局部阻力的緣故。當R/d>3時，阻力系數(shù)又隨著R/d的增加而增大，這是由于較大的R值需要加長彎管，增大了摩阻力的緣故，因此，彎管的曲率半徑通常在（1～4）d的范圍內(nèi)為最佳。

3.4在已經(jīng)形成嚴重堵塞的地段，往往只能在相鄰地段鉆孔將襯砌背后的水釋放出來，然后重新設(shè)置疏通管道，但成本比較高，而且影響隧道的正常運營。

4結(jié)論

通過對隧道排水盲管處白色結(jié)晶物的成分、形成原因分析、危害及防治措施的敘述，隧道工程施工中通過嚴格控制原材料的質(zhì)量，合理調(diào)整排水盲管參數(shù)，嚴格按照施工規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求施工，嚴格監(jiān)控各道工序等方面采取措施，盡量避免白色結(jié)晶物的形成，為相似工程的施工提供一定參考。