巖土工程師輔導：巖土盾構隧道防水堵漏技術

　　1 國內外隧道建設及防水情況

　　國內外已建成大量地鐵、隧道，逐步形成了較成熟的結構設計計算理論與工程實踐體系，但是在隧道及地下工程的防水方面認識則相對落后。地鐵不可避免地要經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，地下水就會侵入隧道，影響其內部結構與附屬管線，乃至危害到地鐵的運營和降低隧道使用壽命。盾構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。通常接縫防水的對策是使用密封材料，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，以接觸面壓應力來止水，以耐久性與止水性見長。德國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。它的特點是可使密封材料變薄、施工方便，但耐久性尚待驗證。國內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合型。

　　2 盾構法隧道的防水設計方法

　　防水方法包括結構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 管片結構的自防水結構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。地鐵結構物一般用普通防水混凝土，而盾構隧道襯砌由預制管片拼裝而成，多用外加劑防水混凝土，抗?jié)B可達S12以上，滲透系數K<10-11cm/s.

　　2. 2 管片外防水涂層管片外防水涂層需根據管片材質而定，凡有較深裂紋的管片一般都要增加外防水涂層。對鋼筋混凝土管片而言，一般要求：①涂層應能在盾尾密封鋼絲刷與鋼板的擠壓摩擦下仍保持完好;②當管片弧面的裂縫寬度達0.3mm時，仍能抗0.6MPa的水壓，長期不滲漏;③涂層應具有防迷流的功能，其體積電阻率、表面電阻率要高;④涂層應具有良好的抗化學腐蝕、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)適應性，施工簡便，成本低廉。但應指出，若管片制作質量高，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生的接觸面應力大于設計水壓力;②長期防水要求接觸面應力不小于設計水壓力;③密封墊在設計水壓力下允許張開值應滿足下式： 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計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、施工中可能產生的環(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、耐動力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學腐蝕性等。 (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。它大大改善了盾構法隧道的防水性，是今后的發(fā)展方向。在設計時必須根據實際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時間及環(huán)境可能造成的影響。

　　3 隧道滲漏水機理引起隧道滲漏水的原因

　　主要是防水材質不良或違反操作規(guī)程造成的，具體可分為以下幾類：①管片在制作時養(yǎng)護不合理，表面出現(xiàn)氣孔和龜縮裂縫;管片在運輸、拼裝中受擠壓、碰撞，缺邊掉角;②水膨脹橡膠粘貼不牢，或下坡時過早浸水使膨脹止水效果降低;②管片拼裝質量差，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，封孔施工質量差。

　　4 上海地鐵二號線隧道堵漏實例

　　4. 1 工程概況上海地鐵二號線區(qū)間隧道采用盾構法施工，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計院設計，上海市基礎工程公司施工。隧道的襯砌為預制鋼筋混凝土管片，外徑6200mm，內徑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。該圓形隧道的標準斷面如圖2所示。地鐵途經三個地質層：①人工填土;②表層土;③第1層軟土。隧道大部分埋設于該層軟土中，它主要為灰色淤泥質粘土、粘土、粉質粘土加薄層粉砂，含水率43.1%一57.9%，垂直滲透系數10-6一10-7cm/s，水平滲透系數根據層理不同差別很大。 1998年4 月，在隧道竣工驗收之前，筆者應上海市基礎工程公司委托，對該區(qū)段隧道的滲漏水進行了調查，并提出了治理措施。

　　4.2 滲漏情況調查經初步勘察，該區(qū)間段襯砌管片總體防水質量是好的，但進出洞口部位滲漏較為嚴重。對上行線進洞口l00環(huán)做了詳細調查，結果如下： (1)該區(qū)間滲漏水主要為管片接縫處滲漏水。進洞25環(huán)雖然做了縱環(huán)整環(huán)嵌縫，但因為一些環(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，達不到防水目的，因而有幾環(huán)滲漏很嚴重，個別接縫處甚至有嚴重線漏。 (2)該區(qū)間隧道為兩頭高、中間低。盾構在下坡段推進時，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重。

　　4.3滲漏處理方案根據不同部位、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，即在滲漏嚴重處先打一小孔，插入塑料細管引排滲漏水，同時插入另一注漿管壓注聚氨酪漿材封堵滲水通道，當確認不滲漏水時剪斷注漿管(對有多處滲漏水點情況，應先上后下，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子條加封氯丁膠乳水泥作整環(huán)嵌縫處理。對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o. 20mm以上的微裂縫也應注漿，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)對于集中滲漏區(qū)段，可利用回填注漿孔鉆穿管片注入超細早強水泥和水溶性聚氨酪漿液。管片打穿時，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、快凝、粘結良好的修補材料，如NC聚合物快速修補劑。

　　4.4 二次調查按照上述防水堵漏方案，經過2個多月的施工，滲漏情況已明顯好轉，絕大多數的線漏、滲漏都已消除，只有個別地方還有少量滲水，基本上達到設計要求，證明方案是行之有效的。該工程也已被上海市市政局質檢站定為優(yōu)質工程。

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