轨道交通盾构法隧道防水技术

轨道交通盾构法隧道防水技术

宋国庆

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摘要:隧道防水技术是保证隧道工程正常施工,以及地下隧道工程竣工以后能够安全投入运营的一门重要施工技术。本文主要分析了隧道渗漏水的机理,及盾构法隧道防水技术常见的施工问题,并介绍了一些防渗堵漏措施。

关键词: 隧道防水 盾构法施工 管片接缝防水 嵌缝

一、隧道建设防水现状

现阶段我国已成功建成了大量地铁、隧道，逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系。盾构法隧道已成为现代化城市轨道交通发展必不可少的一种施工方法。而隧道防水作为隧道施工的一个重要组成部分，其重要性也日益上升和体现。但在实际施工过程中,往往由于设计不周,选材不良,施工质量不好等原因，导致正在施工或已竣工的工程发生渗漏水现象。若不及时进行治理,必将影响隧道的安全施工，外观质量，甚至会影响到工程使用功能，并降低隧道使用寿命。

二、盾构法隧道渗漏水的原因分析

盾构法隧道渗漏水的主要位置是洞门接头部位、管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以洞门接头部位和管片接缝处为防水的重点。引起隧道渗漏水的原因一般主要是施工措施不当，防水材质不良或违反操作规程造成的，具体可分为以下几类：

1、进出洞区域未进行合理有效的地基加固，进出洞止水装置不合理。

2、管片在制作时养护不合理，表面出现气孔和龟缩裂缝。管片在运输、拼装中受挤压、碰撞，缺边掉角，使用前未进行有效的修补。

3、未选择符合要求的密封材料；遇水膨胀止水条粘贴不牢，或使用前时过早受潮，或使用时浸水使膨胀止水效果降低。

4、管片拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大。

5、手孔、螺栓孔、注浆孔等薄弱部位未加防水垫片，封孔施工质量差等。

三、盾构法隧道的防水

一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、以堵为辅；多道防线、综合治理”。其防水施工的内容主要包括：衬砌自防水、洞门接头防水、衬砌接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水)、隧道注浆防水、螺栓孔防水及渗漏水处理等。

1、衬砌自防水

衬砌自防水是首选的防水措施，主要方法为管片材料采用防水混凝土。隧道结构物一般用普通防水混凝土，而盾构法隧道衬砌由预制管片拼装而成，多用外加剂防水混凝土。

2、洞门接头防水

洞门接头部位是盾构法隧道施工的重要风险点，也是隧道防水的重要部位。通常洞门接头部位通过合理的地基加固，有效的止水装置和构造处理来实现防水。其防水工作一般分三步进行。

2.1掘进施工前期，一般先根据盾构进出洞区域的地质状况和周边环境进行分析，采用合理、有效、安全、经济的地基加固方法，以加强盾构进出洞时正面土体的自立性，降低、阻断或减缓盾构正面土体的含水量及水渗透。

地基加固方案实施过程中，应严格安装施工规范进行，控制好加固范围和加固强度，并做好取样检测工作。掘进施工时辅以帘布橡胶扳、铰链扳等组成的有效的止水装置并及时的注浆，隔断因推进产生的渗漏通道。控制盾构出洞施工时周边土体的变形量，避免和减少井接头部位的渗漏，杜绝喷涌等意外状况的发生，减少对周边环境的影响。

2.2掘进过后，进行洞门接头构造处理。洞门接头构造为环形钢筋混凝土保护圈，混凝土等级强度C35、抗渗等级P8，钢筋焊接成型，混凝土保护层40mm。其中止水条制作应根据现场洞圈和成环管片的实际尺寸，决定两道止水条的长度。对止水条两头搭接部位，预留10～20cm，以便粘结。将粘接剂应分别均匀涂抹于洞圈、管片和止水条。并将止水条嵌入预焊在洞圈和管片上的ø6的箍筋内。

3、衬砌接缝防水

接缝防水的措施是使用弹性密封垫防水等密封材料，并做好嵌缝防水。

3.1弹性密封垫防水

功能要求：短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大于设计水压力，长期防水要求接触面应力不小于设计水压力。材料种类分为单一材料的、合成材料及水膨胀材料。现多采用水膨胀橡胶密封垫，它能大大改善了盾构法隧道的防水性。

进出洞段防水制作采用两道遇水止水带和一道弹性橡胶密封垫，在富水地层可有效止水。

3.2嵌缝防水

3.2.1嵌缝的作用

嵌缝施工作为一道防水措施的主要作用是将接缝允许渗漏量的水引导至规定位置，也就是说它是一种泄水方法，而不是堵水方法。
   盾构法隧道防水的根本在于衬砌自防水和衬砌接缝的弹性橡胶密封垫防水。若这两道防水措施出现问题，比如钢筋混凝土管片抗渗能力不足、拼装时管片碎裂或是弹性橡胶密封垫放置不当，这时地下水就会进入隧道内部。若渗漏量较小，在嵌缝范围内的渗漏水会沿着嵌缝槽内沿流至端部排出，以保证嵌缝范围内无水渗出。若渗漏量较大超过允许值，则必须采取堵止措施。
 3.2.2嵌缝的设计理念

①嵌缝的材料

嵌缝作业是依靠嵌缝材料的充填和粘接力达到密封防水的目的。一般要求嵌缝材料与基面有良好的粘接性，较好的弹性，并且它的材料性能须保持稳定。

②嵌缝的范围

盾构法隧道衬砌全部嵌缝是极为少见的。一般认为，水是无孔不入的，由于盾构法装配式衬砌隧道有无数的管片接缝，因此要做到全封闭防水是很困难的，防水层上的任何瑕疵都会成为地下水渗入的途径。所以就目前的看法，全断面的嵌缝作业也是没必要的。

地铁隧道工程的嵌缝范围通常为拱底86°，拱顶43°(称作“标准环嵌缝”)。拱底需浇捣道床混凝土，若有地下水渗入到管片与道床之间，会影响道床的浇筑质量，进而造成道床混凝土与拱底块间存有夹水层；而拱顶有地铁列车架空供电线，对应的道床面有轨道，若出现滴漏水点，将造成严重腐蚀。在盾构出洞和进洞口各25m(环)、联络旁通道两侧各5m(环)仍需实行衬砌全断面嵌缝。这是为了适应不均匀沉降和温度变化引起的变形，保证该区段隧道的防水效果。当环缝处于变形缝位置时，应采用柔性防水材料(聚氨酯密封胶)嵌填整条环缝。

4、隧道注浆防水

由于盾构直径大于管片直径，在管片脱出盾尾后，就会产生建筑空隙。在盾构法施工中一般采用同步注浆和壁后补压浆等方式进行充填。起到加固成形隧道周边土体强度的作用，同时也起防隧道渗漏的作用。

注浆防渗原理主要是通过浆液自身的固化和防渗能力，固化周边土体，隔断或阻断隧道与外部水体之间的联系，从而起到加固地层对隧道的承载能力，加强隧道抗渗漏能力。

同步注浆一般注浆管设置在盾构机本体上，在管片脱出盾尾的同时就进行充填建筑空隙，减少盾尾密封的防水压力。壁后注浆又叫二次补压浆，一般是管片脱出盾尾后，通过管片自身的注浆孔进行对外注浆。壁后注浆主要是针对前期同步注浆效果不佳，成形隧道上部地表变形量较大；隧道渗漏情况比较严重，无法通过嵌缝等方式进行封堵。

常用的隧道注浆浆液有单液浆、双液浆、聚氨酯等。一般常用前两种，聚氨酯主要用于紧急封堵。

5、螺栓孔防水

对地铁隧道衬砌内表面的外露铁件应作防腐蚀处理。这是为了防止电化腐蚀和隧道内渗漏水对铁件的化学侵蚀。这部分作业内容通常与嵌缝作业一并完成。隧道下半断面范围内的手孔用细石混凝土充填以使螺栓隔绝空气。上半断面范围内的手孔浇筑困难比较大，故采取加封快凝水泥并套低密度聚乙烯塑料保护罩的方法。

管片拼装所用的螺栓都经过电镀锌、热浸锌等表面处理，但寿命有限，又因现场的各种损伤、少数螺栓会出现明显锈蚀。而所有这些锈渣和浮渣及表面污物都必须被清除。

6、渗漏水处理

管片接缝处出现渗漏水时，采用渗水部位打入铝管的方法，不会破坏弹性橡胶密封垫及遇水膨胀止水条，然后注入聚氨酯进行止水，等待4～5个小时后再看是否有渗漏水，如果有渗漏水则继续向铝管注入聚氨酯。最后拆除铝管后对管片表面进行修复。

四、总结

盾构法隧道施工过程中，隧道渗漏水现象比较常见。通过同步注浆和二次注浆、管片的自防水以及弹性橡胶密封垫和遇水膨胀止水条、管片的手孔封堵及嵌缝、渗漏水处的封堵，使得隧道的防水效果达到防水标准。减少隧道周边地层的损失，保证周边建筑物的安全，确保隧道的运营质量。

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