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摘要:地铁盾构施工中的防水技术是保隧道安全运行的关键环节。传统和新兴防水技术相结合,能有效应对地下水压力和隧道结构变形带来的挑战。选择合适的防水材料、优化施工过程和加强后期维护是优化防水技术的关键策略。通过案例分析,展示了防水技术在地铁盾构施工中的实际应用和成效。
关键词:地铁;盾构;防水
引言
地铁盾构施工中的防水技术一直备受关注,其重要性不言而喻。随着城市地下空间的不断扩张,如何有效防水成为提高地铁安全性和持久性的重要问题。本文旨在探讨地铁盾构施工中的防水技术现状、挑战及优化策略,为相关领域的研究和实践提供参考。
一、地铁盾构施工中的防水技术现状
地铁盾构施工中防水技术一般采取“以刚性防水为主,柔性防水为辅”的设计原则,即在结构本体做好刚性防水,即确保结构自防水和结构后浇注混凝土等施工工艺的有效实施,同时对变形、沉降等问题进行充分考虑,确保盾构施工中的防水措施的有效性。盾构施工中的防水技术主要包括施工缝、变形缝以及接缝等部位的防水技术。其中,中隔壁(内隔壁)防水技术是盾构施工中的一种重要防水技术,其止水效果对整个隧道的防水效果具有直接影响。为提高中隔壁(内隔壁)的止水效果,一般采取中隔壁(内隔壁)采用全环柔性防水板,并在其内侧增加一道全封闭的注浆系统。当盾构推进时,可在注浆孔中注入浆液,以填充地下水压差形成的空隙,进一步增强防水效果。盾构施工中的其他防水技术还包括采用高弹性密封止水橡胶,以实现盾构机上的防水功能;采用聚氨酯涂料对管片接茬进行涂覆,以提高管片接茬的防水性能;以及在隧道底部设置纵向盲沟、横向排水管和集水井等排水设施,以实现地下水的有序排放。
二、新兴防水技术
复合式衬砌防水结构在传统防水措施的基础上,增加了一层防水膜或防水板,以提高防水性能。同时,通过优化衬砌成型后的应力分布,提高衬砌自身的防水能力。新型遇水膨胀橡胶止水条具有更好的吸水膨胀性能,可以更好地填补施工缝等处的空隙,提高整体防水性能。环氧自流平水泥(C35以上)作为一种高性能的防水材料,其强度高、表面光滑、与基面粘接牢固等特点可以显著提高盾构施工后的表面平整度。智能化盾构施工系统通过引入先进的传感器和数据分析技术,可以实现盾构施工过程中的实时监测和预警,提高施工质量和安全性,同时也能够更有效地控制地下水的渗漏。地铁盾构施工中的防水技术已经越来越成熟,新兴技术的出现也为提高防水性能提供了更多的可能性。但是,在实际施工中,仍需要根据工程的具体情况,选择合适的防水措施,确保施工质量和安全。
二、地铁盾构施工中防水技术的难点和挑战
2.1地下水压力的影响
地下水的存在不仅会降低盾构机的推进效率,还可能对周围环境造成影响。在具体施工中,地下水压力会对盾构机的刀盘和衬砌管片产生推力,从而可能导致隧道结构变形,同时,如果防水措施不当,地下水可能渗入隧道内,导致施工中的地面沉降等问题。根据地质和水文条件的不同,地下水压力大约在1-5MPa之间。如果盾构机在砂层中施工,地下水压力可能会更高,达到5-10MPa。因此,精确计算地下水压力并采取相应的防水措施是至关重要的。
2.2隧道结构变形的影响
在盾构推进过程中,由于受到周围土体的摩擦力和推力,隧道结构会发生一定的变形。如果变形过大,可能会影响隧道的防水性能,导致地下水渗漏。此外,隧道结构的变形还可能影响盾构机的推进效率,甚至可能导致盾构机卡在隧道中。根据不同的地质条件,盾构施工中的隧道变形量可能在5-20mm之间。如果隧道变形超过这个范围,就需要采取相应的措施来修复隧道结构,以保证隧道的防水性能和施工安全。
三、地铁盾构施工中防水技术的优化策略
3.1防水材料的选择
常用的防水材料包括防水混凝土、防水隔离层、橡胶止水带、塑料止水带等。在选择防水材料时,需要考虑材料的防水性能、耐久性、施工便捷性以及成本效益。防水混凝土的抗渗等级应符合设计要求,通常要求不低于P8级。防水隔离层材料应具有良好的抗拉强度和抗剪切性能,以确保在盾构推进过程中不破裂。橡胶止水带的耐水压性能应满足工程需要,通常要求在1.0MPa以上的水压下不渗水。
3.2施工过程的控制
在盾构施工中,应严格控制施工质量,包括盾构机的安装和调试、土体的开挖和支护、层的施工等。在盾构施工中,土体的最大开挖速度应控制在一定范围内,以减少土体的扰动和变形。最大开挖速度不应超过0.5m/min。防水层的施工应严格按照设计要求进行,确保防水层的完整性和连续性。例如,橡胶止水带的安装应平整、无扭曲,且与隧道壁面的间隙应控制在合理范围内,通常要求不超过15mm。
3.3后期维护和保养
在隧道贯通后,应定期进行隧道结构的检查和维护,及时修补发现的裂缝和渗漏点。对于隧道结构的检查,可以采用超声波检测、红外热像仪检测等方法。这些方法可以快速定位渗漏点,并提供详细的检测报告。对于修补材料的选择,应根据渗漏点的位置、大小和渗漏性质进行选择,以确保修补效果。例如,对于小面积的渗漏,可以选择环氧树脂或聚氨酯涂料进行局部修补;对于大面积的渗漏,可能需要进行整体防水层的重铺。
四、案例分析
4.1工程背景
南京地铁某号线是南京市第三条地铁线路,线路全长38.1公里,共设30座车站。其中,盾构隧道工程是该线路的关键环节。隧道区间全长约20公里,采用双线布置,隧道直径约为6米。工程所处的地质条件复杂,地下水丰富,给盾构施工带来了较大的困难。
4.2防水技术方案
为确保盾构隧道施工过程中的防水效果,降低隧道渗漏风险,项目采用高弹性、高强度、耐老化、耐腐蚀的密封材料,确保盾尾密封的可靠性。采用应力钢纤维混凝土二次衬砌,提高衬砌的抗裂性能和防水性能。在隧道衬砌内侧设置防水隔离层,防止地下水渗透。在盾构施工过程中,对地层进行注浆处理,填充地层孔隙,减少地下水渗透。在隧道开挖面前方进行降水处理,降低地下水位,减小地下水对隧道施工的影响。
4.3材料数据
密封材料为高弹性橡胶,抗老化性能优良,使用寿命长达10年。预应力钢纤维混凝土衬砌,抗裂等级为一级,防水等级为一级。防水隔离层采用聚乙烯薄膜,防水性能优良,耐腐蚀,使用寿命长达50年。注浆堵水采用水泥基注浆材料,注浆压力为0.5~1.0MPa,注浆量为隧道截面积的1~3倍。降水排水采用喷射降水法,降水深度为5~10米,降水速度为0~20米/。
4.4防水效果分析
隧道贯通后,盾尾密封处无明显渗漏现象。隧道衬砌表面光滑,无裂缝,防水性能良好。隧道内侧表面干燥,无明显渗水痕迹。地层注浆后,地下水渗透明显减少,隧道施工过程中未出现大规模涌水现象。降水处理后,地下水位降至隧道底板以下,减小了地下水对隧道施工的影响。
结语
地铁盾构施工中的防水技术是一个不断发展和完善的领域。随着科技的不断进步和工程经验的积累,相信地铁盾构施工中的防水技术将会更加成熟和高效,为城市地下交通的安全运行起到更加重要的作用。
参考文献
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