盾構(gòu)隧道防水堵漏技術(shù)
2008-08-22 00:00
1 國(guó)內(nèi)外隧道建設(shè)及防水情況國(guó)內(nèi)外已建成大量地鐵、隧道，逐步形成了較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與工程實(shí)踐體系，但是在隧道及地下工程的防水方面認(rèn)識(shí)則相對(duì)落后。地鐵不可避免地要經(jīng)過含水量較高的地層(如上海地鐵所處地層大多為飽和含水軟粘土層)，所以必將受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水、堵漏措施，地下水就會(huì)侵入隧道，影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與附屬管線，乃至危害到地鐵的運(yùn)營(yíng)和降低隧道使用壽命。盾構(gòu)隧道滲漏水的位置是管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和手孔等。其中以管片接縫處為防水重點(diǎn)。通常接縫防水的對(duì)策是使用密封材料，以西德為代表的歐洲方面，采用非膨脹合成橡膠，靠彈性壓密，以接觸面壓應(yīng)力來止水，以耐久性與止水性見長(zhǎng)。德國(guó)PHOENIX公司提供的隧道襯砌合成橡膠墊就是其中較典型的形式，其工作機(jī)理如圖1所示。以日本為代表的方面，則采用水膨脹橡膠，靠其遇水膨脹后的膨脹壓止水。它的特點(diǎn)是可使密封材料變薄、施工方便，但耐久性尚待驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)主要采用水膨脹橡膠，并已開始研究開發(fā)水膨脹類材料與密封墊兩者的復(fù)合型。
2 盾構(gòu)法隧道的防水設(shè)計(jì)方法防水方法包括結(jié)構(gòu)自防水和其它附屬措施，如管片外防水涂層、管片接縫防水、做二次襯砌等。
2．1 管片結(jié)構(gòu)的自防水結(jié)構(gòu)自防水是首選的防水措施，主要方法為管片材料采用防水混凝土。地鐵結(jié)構(gòu)物一般用普通防水混凝土，而盾構(gòu)隧道襯砌由預(yù)制管片拼裝而成，多用外加劑防水混凝土，抗?jié)B可達(dá)S12以上，滲透系數(shù)K＜10-11cm／s。
2．2 管片外防水涂層管片外防水涂層需根據(jù)管片材質(zhì)而定，凡有較深裂紋的管片一般都要增加外防水涂層。對(duì)鋼筋混凝土管片而言，一般要求：①涂層應(yīng)能在盾尾密封鋼絲刷與鋼板的擠壓摩擦下仍保持完好；②當(dāng)管片弧面的裂縫寬度達(dá)0．3mm時(shí)，仍能抗0．6MPa的水壓，長(zhǎng)期不滲漏；③涂層應(yīng)具有防迷流的功能，其體積電阻率、表面電阻率要高；④涂層應(yīng)具有良好的抗化學(xué)腐蝕、抗微生物侵蝕能力和足夠的耐久性；⑤涂層要有良好的施工季節(jié)適應(yīng)性，施工簡(jiǎn)便，成本低廉。但應(yīng)指出，若管片制作質(zhì)量高，采用抗侵蝕水泥，不做外防水層也是可以的。
2．3 管片接縫防水管片接縫防水包括彈性密封墊防水、嵌縫防水和向接縫內(nèi)注入聚氨酯藥液等。下面介紹可靠性高的彈性密封墊防水的各種要求： (1)功能要求 ①短期防水要求密封材料因壓縮產(chǎn)生的接觸面應(yīng)力大于設(shè)計(jì)水壓力；②長(zhǎng)期防水要求接觸面應(yīng)力不小于設(shè)計(jì)水壓力；③密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許張開值應(yīng)滿足下式： δ≤BD／(ρmin—0．5D)十δ。十δs 式中：δ——環(huán)縫中彈性防水密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許的縫張開值(mm)； ρmin——隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm)； D——襯砌外徑(mm)； B——管片寬度(mm)； δ。——生產(chǎn)、施工中可能產(chǎn)生的環(huán)縫間隙(mm)； δs——鄰近建筑物引起的接縫張開值(mm)。 (2)耐久性要求 包括防水功能耐久性、耐水性、耐動(dòng)力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性等。 (3)密封材料種類 可分為單一材料的、合成材料的及水膨脹的?，F(xiàn)多采用水膨脹橡膠。它大大改善了盾構(gòu)法隧道的防水性，是今后的發(fā)展方向。在設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時(shí)間及環(huán)境可能造成的影響。
3隧道滲漏水機(jī)理引起隧道滲漏水的原因主要是防水材質(zhì)不良或違反操作規(guī)程造成的，具體可分為以下幾類：①管片在制作時(shí)養(yǎng)護(hù)不合理，表面出現(xiàn)氣孔和龜縮裂縫；管片在運(yùn)輸、拼裝中受擠壓、碰撞，缺邊掉角；②水膨脹橡膠粘貼不牢，或下坡時(shí)過早浸水使膨脹止水效果降低；②管片拼裝質(zhì)量差，螺栓未擰緊，接縫張開過大；④手孔、螺栓孔、注漿孔等薄弱部位未加防水墊片，封孔施工質(zhì)量差。
4 上海地鐵二號(hào)線隧道堵漏實(shí)例
4．1 工程概況上海地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，東昌路—東方路段位于浦東新區(qū)，其防水部分由上海市隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，上海市基礎(chǔ)工程公司施工。隧道的襯砌為預(yù)制鋼筋混凝土管片，外徑6200mm，內(nèi)徑5500mm，環(huán)寬1000mm。管片7昆凝土C50、S8，襯砌環(huán)縫及縱縫間防水采用彈性密封襯墊。該圓形隧道的標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2所示。地鐵途經(jīng)三個(gè)地質(zhì)層：①人工填土；②表層土；③第1層軟土。隧道大部分埋設(shè)于該層軟土中，它主要為灰色淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土加薄層粉砂，含水率43．1%一57．9%，垂直滲透系數(shù)10-6一10-7cm／s，水平滲透系數(shù)根據(jù)層理不同差別很大。 1998年4月，在隧道竣工驗(yàn)收之前，筆者應(yīng)上海市基礎(chǔ)工程公司委托，對(duì)該區(qū)段隧道的滲漏水進(jìn)行了調(diào)查，并提出了治理措施。
4．2 滲漏情況調(diào)查經(jīng)初步勘察，該區(qū)間段襯砌管片總體防水質(zhì)量是好的，但進(jìn)出洞口部位滲漏較為嚴(yán)重。對(duì)上行線進(jìn)洞口l00環(huán)做了詳細(xì)調(diào)查，結(jié)果如下： (1)該區(qū)間滲漏水主要為管片接縫處滲漏水。進(jìn)洞25環(huán)雖然做了縱環(huán)整環(huán)嵌縫，但因?yàn)橐恍┉h(huán)縫寬度不均勻，嵌入工字條后不能相互粘貼牢，而加封的水泥層又較薄，達(dá)不到防水目的，因而有幾環(huán)滲漏很嚴(yán)重，個(gè)別接縫處甚至有嚴(yán)重線漏。 (2)該區(qū)間隧道為兩頭高、中間低。盾構(gòu)在下坡段推進(jìn)時(shí)，盾尾容易形成積水，從而使底部彈性密封墊過早遇水膨脹，防水能力下降，所以下坡段底部滲漏較上坡段嚴(yán)重。
4．3滲漏處理方案根據(jù)不同部位、滲漏水的不同形式，采取下列具體處理措施： (1)環(huán)縱縫的線漏、滴漏以及兩腰滲漏水處宜采用注漿堵漏，即在滲漏嚴(yán)重處先打一小孔，插入塑料細(xì)管引排滲漏水，同時(shí)插入另一注漿管壓注聚氨酪漿材封堵滲水通道，當(dāng)確認(rèn)不滲漏水時(shí)剪斷注漿管(對(duì)有多處滲漏水點(diǎn)情況，應(yīng)先上后下，最后封堵兩腰)。在埋管處用快凝水泥封縫，周圍縱環(huán)采用工字形水膨脹膩?zhàn)訔l加封氯丁膠乳水泥作整環(huán)嵌縫處理。對(duì)于已做工字條嵌縫但仍有滲漏的環(huán)縫，在注漿堵水后，宜取出工字條，涂刷界面劑，再用快凝水泥封縫。 (2)0．15mm以下潮濕裂縫或微裂縫可采用無機(jī)水性高滲透密封劑涂刷封閉處理(如AS混凝土墻面涂料，SWF水泥密封材料等)。 (3)對(duì)o．20mm以上的微裂縫也應(yīng)注漿，采用聚合物砂漿類，用氯丁膠乳、鹵偏乳液、丙烯酸乳液等涂抹封閉。 (4)對(duì)于集中滲漏區(qū)段，可利用回填注漿孔鉆穿管片注入超細(xì)早強(qiáng)水泥和水溶性聚氨酪漿液。管片打穿時(shí)，考慮到注漿孔涌泥，配以橡塞密封裝置。 (5)區(qū)間7昆凝土管片存在的邊、角缺損部位，可采用高強(qiáng)、快凝、粘結(jié)良好的修補(bǔ)材料，如NC聚合物快速修補(bǔ)劑。
4．4 二次調(diào)查按照上述防水堵漏方案，經(jīng)過2個(gè)多月的施工，滲漏情況已明顯好轉(zhuǎn)，絕大多數(shù)的線漏、滲漏都已消除，只有個(gè)別地方還有少量滲水，基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明方案是行之有效的。該工程也已被上海市市政局質(zhì)檢站定為優(yōu)質(zhì)工程。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
2 盾構(gòu)法隧道的防水設(shè)計(jì)方法防水方法包括結(jié)構(gòu)自防水和其它附屬措施，如管片外防水涂層、管片接縫防水、做二次襯砌等。
2．1 管片結(jié)構(gòu)的自防水結(jié)構(gòu)自防水是首選的防水措施，主要方法為管片材料采用防水混凝土。地鐵結(jié)構(gòu)物一般用普通防水混凝土，而盾構(gòu)隧道襯砌由預(yù)制管片拼裝而成，多用外加劑防水混凝土，抗?jié)B可達(dá)S12以上，滲透系數(shù)K＜10-11cm／s。
2．2 管片外防水涂層管片外防水涂層需根據(jù)管片材質(zhì)而定，凡有較深裂紋的管片一般都要增加外防水涂層。對(duì)鋼筋混凝土管片而言，一般要求：①涂層應(yīng)能在盾尾密封鋼絲刷與鋼板的擠壓摩擦下仍保持完好；②當(dāng)管片弧面的裂縫寬度達(dá)0．3mm時(shí)，仍能抗0．6MPa的水壓，長(zhǎng)期不滲漏；③涂層應(yīng)具有防迷流的功能，其體積電阻率、表面電阻率要高；④涂層應(yīng)具有良好的抗化學(xué)腐蝕、抗微生物侵蝕能力和足夠的耐久性；⑤涂層要有良好的施工季節(jié)適應(yīng)性，施工簡(jiǎn)便，成本低廉。但應(yīng)指出，若管片制作質(zhì)量高，采用抗侵蝕水泥，不做外防水層也是可以的。
2．3 管片接縫防水管片接縫防水包括彈性密封墊防水、嵌縫防水和向接縫內(nèi)注入聚氨酯藥液等。下面介紹可靠性高的彈性密封墊防水的各種要求： (1)功能要求 ①短期防水要求密封材料因壓縮產(chǎn)生的接觸面應(yīng)力大于設(shè)計(jì)水壓力；②長(zhǎng)期防水要求接觸面應(yīng)力不小于設(shè)計(jì)水壓力；③密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許張開值應(yīng)滿足下式： δ≤BD／(ρmin—0．5D)十δ。十δs 式中：δ——環(huán)縫中彈性防水密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許的縫張開值(mm)； ρmin——隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm)； D——襯砌外徑(mm)； B——管片寬度(mm)； δ。——生產(chǎn)、施工中可能產(chǎn)生的環(huán)縫間隙(mm)； δs——鄰近建筑物引起的接縫張開值(mm)。 (2)耐久性要求 包括防水功能耐久性、耐水性、耐動(dòng)力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性等。 (3)密封材料種類 可分為單一材料的、合成材料的及水膨脹的?，F(xiàn)多采用水膨脹橡膠。它大大改善了盾構(gòu)法隧道的防水性，是今后的發(fā)展方向。在設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時(shí)間及環(huán)境可能造成的影響。
3隧道滲漏水機(jī)理引起隧道滲漏水的原因主要是防水材質(zhì)不良或違反操作規(guī)程造成的，具體可分為以下幾類：①管片在制作時(shí)養(yǎng)護(hù)不合理，表面出現(xiàn)氣孔和龜縮裂縫；管片在運(yùn)輸、拼裝中受擠壓、碰撞，缺邊掉角；②水膨脹橡膠粘貼不牢，或下坡時(shí)過早浸水使膨脹止水效果降低；②管片拼裝質(zhì)量差，螺栓未擰緊，接縫張開過大；④手孔、螺栓孔、注漿孔等薄弱部位未加防水墊片，封孔施工質(zhì)量差。
4 上海地鐵二號(hào)線隧道堵漏實(shí)例
4．1 工程概況上海地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，東昌路—東方路段位于浦東新區(qū)，其防水部分由上海市隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，上海市基礎(chǔ)工程公司施工。隧道的襯砌為預(yù)制鋼筋混凝土管片，外徑6200mm，內(nèi)徑5500mm，環(huán)寬1000mm。管片7昆凝土C50、S8，襯砌環(huán)縫及縱縫間防水采用彈性密封襯墊。該圓形隧道的標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2所示。地鐵途經(jīng)三個(gè)地質(zhì)層：①人工填土；②表層土；③第1層軟土。隧道大部分埋設(shè)于該層軟土中，它主要為灰色淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土加薄層粉砂，含水率43．1%一57．9%，垂直滲透系數(shù)10-6一10-7cm／s，水平滲透系數(shù)根據(jù)層理不同差別很大。 1998年4月，在隧道竣工驗(yàn)收之前，筆者應(yīng)上海市基礎(chǔ)工程公司委托，對(duì)該區(qū)段隧道的滲漏水進(jìn)行了調(diào)查，并提出了治理措施。
4．2 滲漏情況調(diào)查經(jīng)初步勘察，該區(qū)間段襯砌管片總體防水質(zhì)量是好的，但進(jìn)出洞口部位滲漏較為嚴(yán)重。對(duì)上行線進(jìn)洞口l00環(huán)做了詳細(xì)調(diào)查，結(jié)果如下： (1)該區(qū)間滲漏水主要為管片接縫處滲漏水。進(jìn)洞25環(huán)雖然做了縱環(huán)整環(huán)嵌縫，但因?yàn)橐恍┉h(huán)縫寬度不均勻，嵌入工字條后不能相互粘貼牢，而加封的水泥層又較薄，達(dá)不到防水目的，因而有幾環(huán)滲漏很嚴(yán)重，個(gè)別接縫處甚至有嚴(yán)重線漏。 (2)該區(qū)間隧道為兩頭高、中間低。盾構(gòu)在下坡段推進(jìn)時(shí)，盾尾容易形成積水，從而使底部彈性密封墊過早遇水膨脹，防水能力下降，所以下坡段底部滲漏較上坡段嚴(yán)重。
4．3滲漏處理方案根據(jù)不同部位、滲漏水的不同形式，采取下列具體處理措施： (1)環(huán)縱縫的線漏、滴漏以及兩腰滲漏水處宜采用注漿堵漏，即在滲漏嚴(yán)重處先打一小孔，插入塑料細(xì)管引排滲漏水，同時(shí)插入另一注漿管壓注聚氨酪漿材封堵滲水通道，當(dāng)確認(rèn)不滲漏水時(shí)剪斷注漿管(對(duì)有多處滲漏水點(diǎn)情況，應(yīng)先上后下，最后封堵兩腰)。在埋管處用快凝水泥封縫，周圍縱環(huán)采用工字形水膨脹膩?zhàn)訔l加封氯丁膠乳水泥作整環(huán)嵌縫處理。對(duì)于已做工字條嵌縫但仍有滲漏的環(huán)縫，在注漿堵水后，宜取出工字條，涂刷界面劑，再用快凝水泥封縫。 (2)0．15mm以下潮濕裂縫或微裂縫可采用無機(jī)水性高滲透密封劑涂刷封閉處理(如AS混凝土墻面涂料，SWF水泥密封材料等)。 (3)對(duì)o．20mm以上的微裂縫也應(yīng)注漿，采用聚合物砂漿類，用氯丁膠乳、鹵偏乳液、丙烯酸乳液等涂抹封閉。 (4)對(duì)于集中滲漏區(qū)段，可利用回填注漿孔鉆穿管片注入超細(xì)早強(qiáng)水泥和水溶性聚氨酪漿液。管片打穿時(shí)，考慮到注漿孔涌泥，配以橡塞密封裝置。 (5)區(qū)間7昆凝土管片存在的邊、角缺損部位，可采用高強(qiáng)、快凝、粘結(jié)良好的修補(bǔ)材料，如NC聚合物快速修補(bǔ)劑。
4．4 二次調(diào)查按照上述防水堵漏方案，經(jīng)過2個(gè)多月的施工，滲漏情況已明顯好轉(zhuǎn)，絕大多數(shù)的線漏、滲漏都已消除，只有個(gè)別地方還有少量滲水，基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明方案是行之有效的。該工程也已被上海市市政局質(zhì)檢站定為優(yōu)質(zhì)工程。
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