盾構(gòu)隧道防水.doc

上海地鐵區(qū)間隧道滲漏水發(fā)生的機(jī)理與防治摘要：本文分析上海地鐵區(qū)間隧道滲漏水的原因和發(fā)生機(jī)理，提出了不同的治理方案 結(jié)合上海地鐵七號(hào)線東明路楊高南路站區(qū)間隧道、二號(hào)線東延伸金科路廣蘭路站區(qū)間隧道襯砌堵漏的成功經(jīng)驗(yàn)，所提出的技術(shù)對(duì)策和措施對(duì)類似工程防水有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞： 區(qū)間隧道；管片；止水帶；滲漏水；治理1 隧道滲漏原因分析由隧道襯砌構(gòu)造可知(如圖1)，每環(huán)襯砌由六塊管片組成，用環(huán)向螺栓拉緊連接成環(huán)，環(huán)與環(huán)之間用縱向螺栓拉緊。每一延米，接縫長(zhǎng)度約為24m。象在上海這類飽和土體中的隧道，受靜止水頭壓力作用，管片接縫是滲漏水的撮薄弱的部位 雖然采用橡膠止水帶等措施，由于施工不規(guī)范，材料性質(zhì)缺陷，常常因滲漏造成運(yùn)營(yíng)使用障礙 因此，隧道漏水原因可以從管片、止水帶及管片問的縫隙等幾個(gè)方面來研究。地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道采用無外防水涂層的鋼筋混凝土管片，制作時(shí)采用高精度鋼摸成型，混凝土為C5o級(jí)，抗?jié)B等級(jí)達(dá)s 。在正常情況下，管片能做到結(jié)構(gòu)自防水，但有時(shí)由于在制作過程中選定混凝土的配合比 水泥用量、入模溫度、澆搗順序、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和條件等環(huán)節(jié)上出現(xiàn)失誤，表面出現(xiàn)收縮開裂、在吊裝、運(yùn)輸、拼裝過程中的操作不當(dāng)，造成管片丟角、損邊，甚至出現(xiàn)貫穿性裂縫。拼裝成隧遭后，管片自防水達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的抗?jié)B等級(jí)12 止水帶實(shí)踐證明，密封墊材料性能極大影響接縫防水的效果，因此對(duì)它要有嚴(yán)格的控制要求。尤其是對(duì)防水功能的耐久性要嚴(yán)格控制，使得密封墊能長(zhǎng)時(shí)間保持接觸面應(yīng)力不松馳。它的主要物理力學(xué)性能指標(biāo)為：耐水性、耐動(dòng)力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性等，對(duì)水膨脹橡膠還要求能長(zhǎng)期保持其膨脹壓力。這些性能指標(biāo)要與隧道旅工和運(yùn)營(yíng)的情況、沉降變形、接縫開張度相適應(yīng)。有些廠家出產(chǎn)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，旌工過程中過早地受到水的浸泡，致使遇水膨脹性能受影響，影響止水效果 止水帶制作安裝誤差，粘貼密合程度也影響防水性能。13 管片問的縫隙襯砌的構(gòu)造形式不可避免使管片間存在縫隙，管片問的縫隙主要靠相鄰管片間的橡膠止水帶相互擠密壓實(shí)，阻止地下水從管片外側(cè)進(jìn)入隧道內(nèi)，達(dá)以止水效果。當(dāng)管片間的縫隙超出允許范圍，使得橡膠止水帶之間以及止水帶與管片之間應(yīng)有的壓緊力不夠，就會(huì)引起漏水。襯砌環(huán)縫的密封墊應(yīng)在襯砌產(chǎn)生縱向變形時(shí)保持在規(guī)定水壓力作用下不滲漏水，即密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下的允許開張值應(yīng)大于襯砌在產(chǎn)生縱向撓曲時(shí)環(huán)縫的開張值，可用下式表示： BD( 一05D)+ 如 (1)式中a 環(huán)縫中彈性防水密封墊在設(shè)計(jì)水壓下允許的縫開張值(ram)D 襯砌外徑(ram)；B 管片寬度(ram)；p一 隧道縱向變形曲線最小曲率半徑(ram)；ao 施工或生產(chǎn)誤差，可能造成的環(huán)縫間隙(ram)。一一般情況下要求橡膠止水帶能承受實(shí)際最大水壓的3倍，同時(shí)還要求密封墊傳給密封槽接觸面的應(yīng)力大于設(shè)計(jì)水壓力。接觸面應(yīng)力是由扭緊連接螺栓、盾構(gòu)千斤頂推力、密封墊膨脹等因素產(chǎn)生的，此外當(dāng)密封墊一側(cè)受壓力作用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的接觸面應(yīng)力，即所謂“自封作用 。在旅工中操作不當(dāng)引起管片間的縫隙產(chǎn)生滲漏的原因有多種，其結(jié)果都導(dǎo)致了止水帶之間以及止水帶與管片之間的粘結(jié)性和壓應(yīng)力不夠，從而引起漏水 根據(jù)龍東路 中央公園和中山公園 江蘇路區(qū)間隧道推進(jìn)過程中的經(jīng)驗(yàn)，歸納為以下幾點(diǎn)： (1)在推進(jìn)過程中，盾構(gòu)與管片姿態(tài)不好時(shí)，造成管片拼裝困難，影響到管片的拼裝質(zhì)量，致使管片問錯(cuò)位、有臺(tái)階差，相鄰管片不在同一圓弧面上，減少了止水橡膠的有效止水面積(2)盾構(gòu)與管片相對(duì)位置不好時(shí)，常常會(huì)使管片發(fā)生碎裂，發(fā)生止水帶掉落情況，由于盾構(gòu)推進(jìn)的特殊性，不能很好地進(jìn)行及時(shí)處理，使得相鄰止水帶不能正常吻合壓緊，從而引起漏水。(3)盾尾與管片之間間隙過大，盾尾密封失效引起漏漿，在處理過程中未能將管片上的泥漿清理千掙，致使管片、止水帶間夾有泥沙。(4)管片間的對(duì)拉螺栓在拼裝后，出于進(jìn)度考慮，不等擰緊就向前推進(jìn)，在一定程度上引起環(huán)縫的擴(kuò)張(尤其在糾偏時(shí))，使得管片問呈松弛狀態(tài)。(5)在豎曲線推進(jìn)或糾偏時(shí)加貼石棉楔子又相應(yīng)增加了環(huán)縫問隙。(6)管片的制作精度誤差導(dǎo)致拼裝環(huán)、縱縫間隙超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。(7)壓漿量不足引起隧道后期產(chǎn)生較大的沉降變形而漏水14 其它原因(1)盾構(gòu)與管片相對(duì)姿態(tài)不好時(shí)，常常會(huì)使管片發(fā)生碎裂，特別是出現(xiàn)貫穿裂縫而引起漏水。(2)嵌縫時(shí)工字條環(huán)、縱向之問的接頭處理不好致使隧道頂部40。及底部9O。范圍內(nèi)的防水效果較差。(3)拼裝過程中螺栓密封止水圈損壞或遇水膨脹失效，或者螺栓沒擰緊引起螺栓孔漏水。2 滲漏水的預(yù)防針對(duì)滲漏原因，必須在施工過程中注意加強(qiáng)材料管理提高管片拼裝質(zhì)量，采取減少隧道后期沉降等相應(yīng)措施。21 加墨管片制作 運(yùn)輸和拼裝的管理(1)提高管片的制作精度和質(zhì)量，控制水平拼裝環(huán) 縱縫問隙小于2ram確保管片密實(shí)無裂縫，抗?jié)B要求達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。(2)加強(qiáng)管片起吊、運(yùn)輸及堆放管理，避免出現(xiàn)貫穿性裂縫。(3)管片拼裝前查看前一環(huán)管片與盾尾間隙，結(jié)合前環(huán)成果報(bào)表決定本環(huán)糾偏量和措施。(4)管片拼裝要防止出現(xiàn)錯(cuò)縫、臺(tái)階差 可以通過加貼楔子，微量調(diào)整間隙來保持環(huán)面的平整度楔子不得超過3mm。(5)豎曲線段推進(jìn)時(shí)，應(yīng)計(jì)算上下左右的超前量分段粘貼低壓石棉板，在推進(jìn)過程中，使其經(jīng)千斤頂壓縮后成一平整楔形環(huán)面粘貼環(huán)面的面積一般應(yīng)大于整個(gè)環(huán)面的一半。(6)糾偏楔子厚度超過設(shè)計(jì)厚度時(shí)止水帶也應(yīng)加貼遇水膨脹條。(7)封頂塊兩側(cè)的止水條在拼裝前涂表面潤(rùn)滑劑，以減少封頂塊插入時(shí)的摩阻力。(8)管片如遇損壞，輕則就地修補(bǔ)，重則重新調(diào)換后方可繼續(xù)進(jìn)行(9)螺栓在拼裝后應(yīng)及時(shí)擰緊，出盾尾后及時(shí)復(fù)緊，還要依次擰緊將要出車架的環(huán)、縱向螺栓，隧道貫通后進(jìn)行第三次復(fù)緊。22 加墨止水條質(zhì)量管理選用質(zhì)量合格的與管片型號(hào)匹配的止水條，粘貼須平整牢靠冬季需經(jīng)烘箱預(yù)熱處理。角部加貼的自粘性檬膠薄片厚度長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，以免影響止水帶的防水效果。龍東路中央公園區(qū)間隧道采用的遇水膨脹檬膠止水帶是在氯丁橡膠密封條上加覆一層遇水膨脹條翻成的。它吸水后產(chǎn)生膨脹壓力可以抵抗水的滲透壓力，由于施工期間常遇到下雨天或者隧道底部積水，操作不當(dāng)會(huì)使遇水膨脹止水帶和螺栓墊圈在拼裝前遇水預(yù)膨脹或變形，影響止水效果，故應(yīng)做好防雨措施和在表面涂緩膨劑。中山公園江蘇路區(qū)間隧道采用的是加厚型氯丁橡膠止水帶通過止水帶與砼面產(chǎn)生一定的壓緊力來止水。由于厚度較大，封頂塊 F 塊插入間隙偏小摩阻力大，止水帶容易延伸拉長(zhǎng)，角部形成“疙瘩 ，影響壓密，所以在拼裝前應(yīng)涂水性潤(rùn)滑劑，以減少封頂塊插入時(shí)的摩阻力。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有損壞輕則就地修補(bǔ)至達(dá)到規(guī)定要求，重則須重新調(diào)換。_23 減少后期沉降措施提高隧道施工質(zhì)量，正確控制盾構(gòu)姿態(tài)，盡量減少對(duì)土體的擾動(dòng)，及時(shí)填補(bǔ)土體與管片的間隙，是減少后期變形引起接縫張開的關(guān)鍵。231 正確控制盾構(gòu)姿態(tài)盾構(gòu)在土層中向前推進(jìn)，由于受地層土質(zhì)、千斤頂頂力分布等各種因素的影響，不可避免地會(huì)使盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生偏移、偏轉(zhuǎn)和俯仰 盾構(gòu)軸線的糾偏首先是村砌的糾偏，力爭(zhēng)使襯砌的環(huán)面與設(shè)計(jì)軸線接近垂直。軸線的糾偏是一個(gè)過程，可能要連續(xù)幾環(huán)才能得到控制，在出現(xiàn)偏離軸線趨勢(shì)時(shí)，就應(yīng)該及時(shí)調(diào)整千斤頂?shù)男谐滩睿匾獣r(shí)加貼糾偏楔子進(jìn)行糾偏。盾構(gòu)縱坡的控制一般采用穩(wěn)坡法，平面軸線糾偏采用左右千斤頂?shù)男谐滩顏砜刂?。糾偏要勤測(cè)勤糾，糾偏量每環(huán)控制在20mm以內(nèi)，以免過量糾偏增加地層的擾動(dòng)，增加地面沉降及對(duì)建筑物危害，同時(shí)使環(huán)縫加大而引起漏水。232 同步漿液壓漿量、壓漿時(shí)間和壓力及時(shí)、足量地進(jìn)行同步壓漿是減少后期變形的重要環(huán)節(jié)。同步漿理論壓漿量約為153m。，但由于漿液的失水收縮固結(jié)，部分漿液劈裂到周圍土層中，或者曲線推進(jìn)、糾偏，開挖面為橢圓形等原因，實(shí)際壓漿量要大于理論壓漿量，一般要大于150 理論壓漿量。如發(fā)現(xiàn)地面沉降量較大，還應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿。壓漿時(shí)間一般與管片脫離盾尾同步為宜。壓力略大于該處水土壓力之和，盡量做到填補(bǔ)空隙而不造成對(duì)土體的劈裂。3 滲漏水治理滲漏水的治理，應(yīng)滿足規(guī)范要求：隧道漏水量不超過01Lm。a，同時(shí)對(duì)于任何100m。隧道面積滲漏量不得超過20L，村砌接頭不允許漏泥砂和滴漏，拱底塊在嵌縫作業(yè)后不允許有滲水31 堵精常用方法滲漏水的治理首先盡量減少滲漏水面積，把大面積的滴漏變成線漏，線漏變線滲漏，水集中從孔中引出后再進(jìn)行處理。堵漏常用方法為壁內(nèi)和壁外注漿兩種。(1)壁內(nèi)堵漏常用于環(huán)縫、螺孔處滲漏、點(diǎn)漏、線漏，根據(jù)水壓和流量的大小，可以分為直接堵塞法、抽管引水堵漏祛和界面涂刷法等幾種水壓較小的滲漏可采用直接堵塞法。 ，水壓較大的點(diǎn)漏、線漏采用抽管引水堵漏法，該方接應(yīng)先于嵌縫、封孔工作。管片出現(xiàn)潮濕或微滲漏，可采用界面涂刷法施工。(2)壁外注漿主要用于漏水量較大的區(qū)段，利用壓漿孔鉆穿管片壓入防水漿液，使?jié){液在管片外形成漿套，凝固后成為外防水層，由于該漿液凝固后與管片之間具有一定的強(qiáng)度，故止水效果比較明顯。32 堵漏材料要求堵漏材料一般要求滿足：(1)能適應(yīng)干、濕基面的旄工I(2)材料性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，并且耐腐蝕；(3)材料與管片的粘接力大于村砌外側(cè)的靜水壓力。目前常用的壁外注漿材料為水泥和粉煤灰漿液，壁內(nèi)堵漏防水材料有速凝水泥、聚氨脂漿材、丙凝漿材、各種外用防水劑等。4 工程實(shí)例41 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，龍東路 中央公園段位于浦東新區(qū)，中山公園 江蘇路段位于浦西長(zhǎng)寧區(qū)，其防水部分由上海市隧道工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，上海市市政二公司施工。隧道的襯砌為預(yù)制鋼筋砼管片，外徑6200ram，壁厚350ram，環(huán)寬lO00mm。管片砼C50、s8，龍東路 中央公園隧道采用遇水膨脹橡膠止水帶，中山公園 江蘇路隧道采用加厚型氯丁橡膠止水帶。隧道穿越三個(gè)地層；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、灰色淤泥質(zhì)松土層和灰色粘土層。42 漏水調(diào)查情況筆者在堵漏工作前詳細(xì)地調(diào)查了隧道中的滲漏情況，分別統(tǒng)計(jì)出環(huán)縫、螺孔、壓漿孔和管片碎裂處的漏點(diǎn)，并按滲漏、點(diǎn)漏和線漏進(jìn)行分類，記錄在如圖2的管片展開圖上。經(jīng)過匯總，筆者發(fā)現(xiàn)：(1)在三條隧道的進(jìn)出洞口處，都存在著較嚴(yán)重的滲漏水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為襯砌接縫間的滴漏和滲漏，個(gè)別接縫甚至是線漏。進(jìn)出洞時(shí)一般不進(jìn)行同步壓漿，待盾構(gòu)推進(jìn)到一定距離后，才壓注快硬水泥漿，因此管片與土體問的間隙很容易充滿地下水，對(duì)進(jìn)出嗣襯砌雖然作了整環(huán)嵌縫，但由于縫隙寬度不均勻，嵌入工字條后相互不能粘貼牢靠，加封的水泥層又較薄，達(dá)不到防水目的。(2)襯砌D塊和B塊接縫處漏水情況較多。對(duì)照施工記錄，是由于管片拼裝時(shí)錯(cuò)位破碎而引起的。(3)D塊底部漏水較多。由于隧道底部積水，操作不當(dāng)使遇水膨脹止水帶和螺栓墊圈在拼裝前遇水預(yù)膨脹或變形，引起漏水。43 滲漏水處理方案根據(jù)滲漏水的不同形式進(jìn)行分析，同時(shí)核查施工記錄，在弄清漏水原因后，就可以有針對(duì)性地采取具體的措旄進(jìn)行處理。(1)對(duì)于進(jìn)出洞口連續(xù)幾環(huán)集中漏水且漏水量較大的區(qū)段，采取壁后注漿，在鉆穿管片壓漿孔后壓入水泥和粉煤灰漿液，使?jié){液在管片外形成外防水層。其要點(diǎn)在于漿液量一次性要壓足，壓力也要控制在一定的幅度范圍內(nèi)工藝：材料、工具準(zhǔn)備 鑿孔及安裝球閻 連接注漿管 壓漿 關(guān)閻及清理注漿管 擰上塑料罩壓力：05MPa左右漿液配比；水泥。水t粉煤灰t(水玻璃)=1 t 09 t 06；(O03)(2)對(duì)于環(huán)縫、螺孔處滲漏、點(diǎn)漏、線漏，宜在漏水處埋入注漿嘴(用快凝水泥封縫)，其周圍環(huán)縱縫采用工字型水膨脹膩?zhàn)訔l加封氯丁膠乳砂漿作整環(huán)嵌縫處理，或者采用快凝水泥抽管封縫處理后，壓入防水漿材，使?jié){液充滿整個(gè)環(huán)縫，漿液遇水發(fā)生反應(yīng)凝固或自身反應(yīng)凝固，堵住滲水通道而達(dá)到止水效果。對(duì)于螺孔還應(yīng)先將螺帽擰下，將水放掉后，重新?lián)Q上新的密封圈。工藝：材料、工具準(zhǔn)備一鉆孔、埋設(shè)壓漿嘴、裝止水閥一抽管嵌縫(或工字型膩?zhàn)訔l加氯丁膠乳砂漿整環(huán)嵌縫)一壓漿一關(guān)閥及清理注漿管一拔除壓漿嘴一封口找平該法通常所用的防水漿材有聚氨脂漿材和丙凝漿材。前者遇水發(fā)生反應(yīng)，后者主劑、附劑問發(fā)生反應(yīng)。防水漿液在壓入的同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)生成的腔凝物填充滿環(huán)縫，堵塞注漿通道，壓力立刻會(huì)上升，此時(shí)即可停止壓漿 需要注意的是在壓漿過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)坪縫和螺孔漏漿，須及時(shí)用快干水泥進(jìn)行封堵，完畢后及時(shí)清理管片的污跡，注漿材料的性能見表1，