地铁盾构区间防水技术应用研究.pdf

公 路 隧道 2015 年 第 4 期 总 第 92 期 地铁盾构 区间防水技术应用研 究 陈江平 熊 涛 1 江西省路桥工程集 团有 限公 司 南昌 330038 2 江西省交通工 程集 团公 司 南昌 330038 摘 要 本文分析了隧道渗漏水的原因和机理 总结了国内外盾构法隧道防水堵漏的技术措施 并结合广 州轨道交通 3 号线 的客村一 大塘盾构 区间 防水施工 针对线漏 点漏 渗透处理提出二次 注浆 微 裂缝采用裂 缝表面 涂刷渗透性水泥结 晶防水涂 料和注环氧树脂浆液 对管片存 在边 角缺损进 行修 补等综合 防渗堵 漏的技术 措施 达 到 了很好 的防渗漏效果 关 键词 隧道工程盾构隧道管片防水施工 目前 国内外 已建成的大量地铁 隧道在防水方 面有 了很 大提 高 这 主 要 是 因 为盾 构 法 隧道 逐 步 形 成 了较成熟 的防水设计理论与工程实践体系 并在 防水材 料 的性 能 方 面 得 到 很 大 改进 但是 地 铁 隧 道 经 过 富水地 层 的 防水 效 果 还 不 是 很 理 想 地 下 水 浸 入 隧道 影 响 了隧道 的 内部结 构 与附属 管线 有 的 甚至影响到地铁运营 盾构隧道渗漏水的位置主要 是管片的接缝 管片 自身小裂缝 注浆孔和手孔等 其 中以管片接缝处为防水重点 国外通常接缝 防水 有两种 一种是 以德 国为代表的欧美 国家 采用三元 乙丙橡胶弹性密封垫 靠弹性压密 以接触面压应力 来止水 以耐久性和止水性见长 第二种是以日本为 代表 采用遇水膨胀橡胶 靠其遇水膨胀后 的膨胀压 来止水 它的特点是 可使密封材料变薄 施工方便 但 耐久 性 尚待 验证 国 内近 几年 除 了 采 用 国外 的两 种 方 法 外 还 研 究开发了水膨胀与密封垫相结合 的复合型材料 即 采用三元 乙丙橡胶挤出硫化 而成 在顶面嵌入水膨 胀橡胶弹性密封垫 此产品曾在上海试用 1 盾构 隧道 渗 漏水 产 生 的原 因 机 理 及 防水控 制措施 1 1 盾 构 隧道渗 漏 水产 生的 原 因 管片在制作时养护不合理 水灰 比过大 出现 气孔 和微 裂纹 管 片 自防水 不 过关 管片在运输 拼装中受挤压 碰撞 缺边掉角 遇水膨胀橡胶 密封粘贴不牢 或过早浸水使 膨胀止水效果降低 盾构与管片相对位置不好常常 会使管片发生碎裂 发生止水带掉落现象 相邻止水 带不能吻合压紧 从而引起漏水 管片拼装质量差 螺栓未拧紧 造成接缝张开 过大 手孔 注浆孔等薄弱部位封孔质量差 螺栓 孔 未 加 防水密 封垫 圈等 壁后注浆质量差 充填不密实 不能使围岩和 衬砌整体协调受力 造成受力不均 局部变形过大 首 道 防水层 失去 作用 而 引起渗 漏水 注 浆量 不足 容 易引起隧道后期产生较大沉降变形而渗漏 盾尾 漏浆 泥 水盾构 产 生盾 尾漏浆 一般 出现 在 隧道 轴线 下坡 时 由于 隧道轴 线下坡 盾 构机 盾尾 钢板与隧道管片存 在建筑空隙 且建筑空隙内存在 大 量泥 水与 地下水 壁 后 注浆 没 有 很 好 地 把这 部 分 泥水截流 使 隧道周 围的泥水顺 流 造成 极大 的压 力 如果 这部 分压 力 超 过 盾 尾 密 封装 置 的承 载 力 将导 致盾 尾 大面积 漏浆 1 2 盾 构 隧道渗 漏水 机理 及 防水技 术措 施 渗漏水的治理应满足规范要求 隧道漏水量 不超过 0 1 L m d 同时对于任何 100 m 隧 道面积渗漏量不得超过 2O L 衬砌接头不允许漏泥 沙和滴漏 拱底块在嵌缝作业后不允许有渗水 下 面从洞 口止水 管片防水 盾尾防渗漏及注浆 防水 4 个方面介绍泥水盾构隧道防渗漏施工工艺 i 2 1 洞 口 止 水 盾构在 出洞过程中 洞 口与盾 构壳体形成环状 建筑空隙 为防止出洞时泥水大量从洞 门外通过建 筑空隙窜入井 内 影 响开挖面泥水 压力 的建立 以及 盾 构施 工 必须 设 置性 能 良好 的密 封 止 水装 置 盾 构 出洞在洞圈预埋钢板上布置一个箱体结构 该箱 体按照实测盾构外形 制造安装 在此箱体 内安装两 道止水帘布橡胶圈和铰链板 同时在预埋洞圈上安 装 两道 钢丝 刷 以增 加 止水 效 果 出洞 前 在 钢 丝刷 内涂满 油脂 1 2 2 管 片 防水 1 管 片 自防水 7 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 公路 隧道 2015 年 第 4 期 总第 92 期 衬 砌结构 自防水 是 防水 的根 本 只 有 衬砌 混 凝 土满足 自防水要求 隧道的防水才有保证 在设计 和施工中 主要通过满足管片混凝土的抗渗要求和 管片预制精度要求来实现 根 据隧道 埋深 和 地 下水 的渗 透 作用 提 出经 济 合理的混凝土抗渗指标 在管片制作时 严格控制 水灰比 一般不大于 0 4 和尺寸精度 采用 高精度 钢模 以减少误 差 确 保管 片接 头面 密贴 不 产生 较大 的初始裂缝 同时 对混凝土振捣方式 养护条件 脱模时间 温度应力等方面提 出明确 的工艺要 求 对管片出厂质量进行严格 的检验制度 并减少其堆 放 运输和拼装过程的损坏率 当表面有裂 隙 抗渗 检漏 达 不 到 P 10 时 或 是 拼 装 于 地 下 高 水 压 地 段 时 管片 外弧 面涂 聚氨酯类 防水 涂料 2 管片接 缝 防水 管片与 管片之 间存在 大量 的接缝 纵缝 与环 缝 这 些接缝 是盾 构 法 隧道 防水 的 薄弱 环 节 因而 管片接缝防水是盾构法隧道防水的核心L4 其关键 是 接缝 面防水 密封 材料 的采用及 其设 置 粘贴 在管 片 四周 接缝 的密封 材料 宜满 足如下 要求 在盾构推进油缸的推力和管片变形时不失去 水 密性 能承受盾构推进油缸的推力及管片螺栓的紧 固力 具 有 良好 的化 学稳 定 性 和 耐久 性 能适 应 气 候 的变 化 易于施工 具有均质性 3 嵌缝防水 管片拼装完成后 若管片接缝外侧的防水弹性 密封垫止水效果不好 那么就需要针对渗漏情况进 行嵌 缝 防水 螺栓 孔 防水 甚 至进 行 二 次 衬砌 防水 在管片环缝 纵缝的内侧设置嵌缝槽 用止水材料在 槽内嵌填密实来达到防水 目的 内侧嵌缝槽深不大 于 25 rflITI 槽 宽 15 20 m lTl 嵌缝 材 料 采 用 环氧 树 脂类 聚硫橡胶类 尿素树脂类等弹塑性 收缩性小 与潮湿混凝土结合力强 又便于施工的材料 在嵌 缝前必须将管片问的油 锈 水分等擦拭 干净 且嵌 缝作业宜在盾构掘进影 响范围外进行 另外 管片 间的螺 栓也 必须再 次复 紧 4 螺栓 孔防水 在密封垫失效 和管片拼装精度差的部位 螺栓 孔处会发生渗漏 需进行螺栓孔 防水处理 在螺栓 垫 圈与 螺栓孑 L之 间加 上 环 形 的充 填 材料 在 紧螺 栓 时 充填 材料 采 用橡胶 聚 乙烯及合 成树脂 等 做成环 R 形 密封 垫圈 发生部 分 变形 填 满在 螺栓孑 L壁及 垫 圈 表 面 达到 防止螺栓 孔漏 水 的 目的 对 于防水 等级 特 别 高 地基 不 稳 定 或抗 震 设 防 等级高时 上述接缝 防水措施可能不能完全满足止 水要求 可在其隧道内侧再浇筑一层素混凝土或钢 筋混 凝 土二 次衬砌 构成 双层衬 砌 1 2 3 盾尾 防渗 漏 引起 泥水 盾构 盾 尾 漏浆 的原 因 是 多方 面 的 如 管片四周间隙不均 以及盾构姿态与设计相比忽高 忽低等 由于盾构在下坡段推进时管片之间存在一 定的台差 致使橡胶条之问的接触面积减少 另外下 坡时盾尾容易形成积水 从而使底部 弹性密封垫过 早遇水膨胀 防水能力下 降 因此 通 常下坡段底部 渗漏点较上坡段渗漏点多 当盾尾大量渗漏时 会造成外侧土体流失 使隧 道外侧应力释放 同时 土体松 弛造成 地面沉降剧 增 而 隧道 的上浮 量将 剧 减 有 可 能 产 生负 值 会 造 成隧道管片变形 损坏及出现裂缝 因此 在推进过 程中采用二道止水钢刷 同时在盾构机尾部外壳 注 油脂 二道止水钢刷可将油脂封于盾构机与洞 口之 间 起 到止水 效果 1 2 4 注浆 防 水 注浆防水贯彻 防 堵 截 排 综合治理的原则 以二次注浆堵水为主 整个隧道分段进行 以达到隧 道防水要求 1 盾构 隧道 的分段 根据隧道渗漏水分布情况 将隧道每 1O 环划为 一 段 采 用 蛙 跳 式 间 段分 割注 浆 其 目的 是减 少 本 段 的流水量 形成 一个 相对 静止 和密封 的区段 为 以后局 部 防水 提供 一个 良好 的条件 2 注浆 孑 L的布置 目前 隧道管片的注浆孑 L大多为预制 在选用上 尽量选择靠近拱顶的注浆孔 进行压浆 隧道中的 注浆分为同步注浆与二次注浆 通过这两种注浆 方 法 对 隧道建 筑空 隙进 行 填 充 能 有效 地 排 除 建 筑 空 隙内的地下水与泥水 使隧道 四周形成一个浆液的 保护套 从而有效地对隧道起到防水效果 3 注浆结束标准 注浆的开始时间与结束时间对防水效果起着决 定 性作 用 如 过早 开始 会造成 盾构 机在 推进 时发 生 盾 尾漏 浆 隧 道 注 浆 防水 中 的 浆 液 大 多 选 用 双 液 浆 其注浆压力一般控制在 0 5 0 6 M Pa 与隧道 埋 深有 关 如发 现压力 过高 可调整 注浆 流量 来控 制 压力 同时观 察 主要渗 漏点 的渗漏 交换情 况 调整 注 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 陈江 平等 地铁 盾 构 区间 防水技 术应 用研 究 浆位 置 4 注浆材 料 与注 浆配 比 常采 用新 生 产 的普 通 32 5R 水 泥 35 40B e 水 玻璃 膨润土 用于运输时的润滑作用 稳定剂 其 配 比为水 泥 水 膨 润 土 一320 720 60 稳 定 剂 3 L 水泥浆 水玻璃一i 0 1 5 大漏水 点 的处 理方 法 在漏水 点 附近 的管 片 上 的注 浆 孔 位 置 接 人 注 浆设备 采用水泥水玻璃双液浆 初凝时间为 5 S 同时 在外 部采 用快 凝 水 泥 和 聚氨 酯 对 漏 水 裂 隙 进 行外部封堵 通过内外结合达到堵水 目的 6 管 片裂 纹部 位 的注 浆及 注意 点 管片裂纹是由于盾构推进过程 中推力过大或推 力 不 均衡 造 成 的 管 片 裂 缝 大 于 0 2 m m时 渗漏 水较大 先将渗水外前后各 1 环的环 纵缝用双快水 泥临时封堵 在渗水点以钻孔 的形式埋置 西 1O m m 铝管 并接普通塑料管 用泵压注聚氨酯 待浆液达 到一定龄期后 拔出铝管与塑料管 清除封堵用的双 快 水 泥块 然后 清 洁 管 片 钻 孔 深 度 一 般 是 结 构厚 度的 i 2 1 414倍 即可 在距离裂缝处用 冲击钻沿 45 角 钻孔 每 条裂 缝钻 孔 间距 为 30 c m 左 右 2 隧道 堵漏实例 2 1 工程概 况 客 大盾 构 区间 隧道 两线 间距 i 5 2 11 4 ITI 线 路左 右线总共有 4 个 曲线半径均为1 000 m 的曲线 段 隧 道 覆 土 厚 度 9 6 24 m 线 路 最 大 坡 度 为 30 最 小 坡 度 为 2 最 大 坡 长 470 m 左 右 线 各 有 5 条竖 曲线 竖 曲线 半 径为 8 000 rn 4 000 m 盾 构 区间 圆形 隧道 外径 6 0 m 内径 5 4 m 管 片厚 度 300 m m 管 片宽度 1 5 111 分块 数 为 6 块 管 片由 1 块封顶块 2 块邻接块 3 块标准块构成 环 间采用错缝拼装 管片混凝土等级为 C 50 抗渗等 级不 小 于 12 管 片之 间设 置 密 封垫 沟槽 其 内设 置高弹性三元 乙丙橡胶密封垫 螺栓孔采用可更换 的遇 水膨 胀橡 胶 密 封 圈作 为 螺孔 密 封 圈加 强 防水 止水条设计 满足 环缝 纵缝 张开 8 m m时 在 0 6 M P a 外 水 压力下 不 漏水 客大 盾构 区间 隧道 主要 穿 越 岩 石 强 风 化 带 岩 石 中风化 带 岩石 微风 化 带 岩 性 为泥质 粉 砂岩 局 部还穿越可塑或稍密状残积土 硬塑或 中密状残积 土 岩石 全 风 化 带 及 微 风 化 粉 砂 层 和 微 风 化 泥 岩 根据地层的富水程度及储水介质 本 区段地下水有 第四系孔隙水和基 岩裂 隙水两种类型 在这些地层 施工中基岩裂隙水水量较大 渗透 系数 K 一0 11 0 22 m d 单位 涌水 量 q一1 257 m d m 2 2 渗漏 情况 调查 经 初 步统计 本 区 间段 衬 砌 管 片总 体 防水 质 量 是好的 但局部地段 主要集中在微风化粉砂层和微 风化泥岩地层 如 Y C K 7 990 Y C K 7 500 渗漏 较为严重 为管片接缝处漏水 有的地方甚至严重线 漏 个别处小量 的渗漏是 由于管片错台或掘进过程 千斤顶顶裂管片的地方渗水 还有一种是二次注浆 后对注浆孔 尚未完全处理好 造成注浆孔出现渗漏 2 3 渗漏处 理 方案 根据不同部位 渗漏水 的不 同形式 采取以下具 体的处理措施 环纵缝 的线 漏 点漏 处 宜采 用 二 次 注 浆进 行 堵漏 即利用管片吊装孔打穿后 配备专用的注浆头 对管片进行二次注浆 浆液为水泥一水玻璃双液浆 对 于 0 15 m m以 下潮湿 裂缝 或微 裂缝 采用 在裂 缝 表面 反复 涂刷 渗透性 水 泥结 晶 防水 涂料 对 于 0 15 m m以上 的微 裂 缝 采 用 钻 孔 埋 管 引排 渗漏 水 然后 注环 氧树脂 浆 液进行 堵漏 区间管片存在的边 角缺损部位 采用高强 快凝 的聚合物材料进行修补 按照上述防水堵漏方案实施施工后 渗漏情况 已明显好转 线漏 渗漏都 已消除 只有个别地方还 达不到设计要求 但经过处理后也能达到设计要求 3 结 语 通 过对盾 构 隧道 渗 漏 原 因及 机理 的详 细 分 析 并总结了具体的施工控制措施 主要研究结论如下 1 盾构法隧道渗漏水容易 出现在管片 自身小 裂隙 管片接缝 注浆孔 和手孔等处 因此 防渗漏 施 工 的 主要 内容包 括 管片衬 砌结 构 自防水 衬砌 接 缝 防水 弹性密 封 垫 防水 嵌 缝 防水 螺 栓 孔 防水 渗漏 处理 等 以及起 辅助 作用 的盾 尾充 填注 浆工 法 同时 要根据隧道 自身特点 做好进出洞 曲线段 下 坡段等特殊部位防水 才能达到隧道整体防水 目的 2 对 于集 中成 片渗 漏 区 宜 利用管 片 注浆孔 注 浆 壁后 回填 对 于 管 片 环 缝 纵 缝 的 局 部 线 漏 滴 漏 宜采用钻新孔后 向管片壁后注浆堵漏 对于管 片裂缝引起的渗漏水 根据裂缝宽度 或采用注浆堵 漏 或仅采用混凝土墙面涂料 水泥密封材料等作为 表面涂刷封闭处理 下转 第 6 页 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 公路隧道 2015 年第 4 期 总第 92 期 起 的 既 有 隧 道 最 小 曲 率 半 径 为 32 800 m 大 于 15 000 m 均 满足 安全要 求 厦深 铁路 梅林 隧 道 未运 营期 暗 挖 施工 方 案 引起的最大竖向位移值为 5 27 m m 暗挖方案在位 移控制 方 面优于 明挖方 案 暗挖方 案引起 的 既有隧 道最小 曲率半 径 为 26 470 m 小于 明挖 方 案 引起 的 既有 隧道 的最小 曲率半 径 均 满足 安全要求 对比厦深铁路梅林 隧道运营期时明挖和暗挖 施 工方 案 引起 的梅林 隧 道结 构 应 力 变化 明挖 方 案 最大拉应力为 2 17 M Pa 最大压应力为 8 59 M Pa 暗挖方 案最 大拉 应力 为 1 5 M Pa 最 大压 应力 为 10 M Pa 可知 在控制 应力 方面 暗挖方 案与 明挖方 案 相差不 大 暗挖 方案 与明挖方 案 的梅林 隧道衬 砌 的 应 力能 满足 安全要 求 经过对计算结果进行分析 暗挖方案引起 的 既有 梅林