盾構隧道防水問題淺談

吳文斌

0 引言

我國地鐵隧道施工已開始使用盾構法。隨著技術進步、認識提高、綜合國力的增強,特別是隨著該施工技術所顯現的優勢,盾構法越來越多地被國內地鐵界所接受,上海、廣州、南京、北京、深圳、西安、沈陽、杭州等城市都使用這種方法。但是,在隧道貫通后,出現的隧道管片滲漏水的問題是施工過程中的處理難題,尤其是在南方沿海地區的地鐵隧道施工中顯現的更為突出。

1 主要原因

1.1 自然因素

盾構隧道在施工過程中由于盾構機的掘進,對周圍地下水線路及圍巖的力學特性有所改變,出現裂縫和縫隙的擴展、相連,使地下水沿縫隙匯聚到盾構隧道附近,給隧道的防水工作留下了隱患。此外還受到大氣壓、江、河、湖泊的影響。

1.2 人的因素

在工程設計階段,沒有加強對隧道防水的設計要求,或者是對特殊地段的地層分析不夠準確和細致,導致設計的防水工序、工藝不到位。再者就是施工規范的不完善,對施工防水的工作內容和驗收細節要求不夠全面,有些概念比較含糊,導致在施工過程中對防水的質量要求理解各有差異,也不能更高質量的進行防水施工。還有就是施工過程中的現場管理混亂,工人操作不規范、材料不合格等造成。

2 控制措施

2.1 同步注漿控制

當管片脫離盾尾后,在土體與管片之間會形成一道寬度為115mm～140mm左右的環形空隙。同步注漿的目的是為了盡快填充環形間隙使管片盡早支撐地層,防止地面變形過大,同時也是管片外防水和結構加強層。

2.1.1 注漿材料及配比設計

采用水泥砂漿作為同步注漿材料,該材料具有結石率高、結石體強度高、耐久性能好和能防止地下水浸析的特點。根據施工經驗,同步注漿擬采用如表1所示的配比。

表1 同步注漿配比 kg

2.1.2 同步注漿主要參數

1)注漿壓力。最初的注漿壓力是根據理論靜止水土壓力確定的,一般注漿壓力取1.1倍～1.2倍的靜止水土壓力,最大不超過3.0 bar～4.0 bar。盾尾四周有四個點同時注漿,各點的注漿壓力不同,并保持適合的壓力差,以達到最佳效果。

2)注漿量。根據刀盤開挖直徑和管片外徑,根據下面公式計算一環管片的注漿量。

其中,V為一環注漿量,m3;L為環寬,m;D1為開挖直徑,m;D2為管片外徑,m;K為擴大系數,取1.5～2。

代入相關數據,可得:V=π/4×(1.5～2)×1.5×(39.4-36)=(6.0～8.0)m3。

根據經驗公式計算,每環管片(1.5 m)注漿量Q=6.0 m3～8.0 m3。

3)注漿時間及速度。在不同的地層中根據不同凝結時間的漿液及掘進速度來具體控制注漿時間的長短。做到“掘進、注漿同步,不注漿、不掘進”,通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標準來確定注漿時間。

2.2 管片防水材料的控制

2.2.1 管片自防水

管片采用高抗滲高強度C50等級的混凝土,抗滲等級為S10/S12。管片生產注意混凝土的密實度、抗裂性能和制作精度。2.2.2 管片接縫的防水

為了防止管片的接縫部位漏水,滿足防水構造要求,在管片的環縫、縱縫面設有一道彈性密封墊槽及嵌縫槽。采用三元乙丙彈性橡膠與遇水膨脹橡膠復合型彈性密封墊,在千斤頂推力和螺栓擰緊力的作用下,使得管片間的彈性密封墊的縫隙被壓縮,起到防水的作用。

2.3 二次注漿控制

盾構機穿越后考慮到環境保護和隧道穩定因素,如發現同步注漿有不足的地方,通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿,補充一次注漿未填充部分和體積減少部分,從而減少盾構機通過后土體的后期沉降,減輕隧道的防水壓力,提高防止水效果。二次注漿使用專用的泥漿泵,注漿前鑿穿管片吊裝孔外側的保護層,安裝專用注漿接頭。二次注漿采用水泥漿—水玻璃雙漿液,注漿壓力一般為0.2MPa～0.4MPa。

3 常用防水堵漏方法

3.1 鑿縫填充法

由于管片拼裝過程中出現的管片碰撞產生的裂紋滲漏水情況一般采用鑿縫填充法進行防水堵漏。首先沿裂縫鑿成V形槽,清洗干凈后再填充一些防水和補強材料,比如增強型改性環氧樹脂,可以起到防水和增加強度的作用。

3.2 灌漿法

在盾構施工過程中由于多種因素致使管片拼裝完成后,管片縫隙還會出現不同程度的滲漏水現象,對于處理這樣的滲漏水,經常用到的方法就是灌漿法。

1)管片縫隙出現明顯的流水時,首先找到漏水源頭,將注漿管頭打穿管片縫隙間的彈性橡膠墊,然后利用注漿機將注漿液注入管片外層,產生擴散、膠凝或固化,以達到防滲堵漏的目的。2)對于管片縫隙出現少量滲水情況時,采用將水源頭堵在管片縫隙間。先用堵漏靈將漏水源頭周圍縫隙密封,然后利用注漿管在縫隙內注入堵漏材料,遇水反應固化、膠凝達到堵水目的。

堵漏的材料分為無機和有機材料,常用的主要有堵漏靈、丙凝、非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、改性環氧樹脂、水泥水玻璃漿液等。根據各種材料的技術特征和堵漏的特殊情況綜合考慮才能更好的達到堵漏效果。

4 結語

近年來,我國的地鐵隧道技術得到了比較快的發展和提高,較大程度上改善了城市的交通難題。但是,我們很清楚,目前隧道工程防水技術仍然處于比較低的階段,與國外的水平相差較大。所以在防水技術方面我們還應該更加努力研究尋找更為有效的解決方法,積極地開展工作,結合國外相關經驗把我國的隧道防水工程提高到一個更高的水平。

[1] GB 50446-2008,盾構法隧道施工與驗收規范[S].

[2] 尹旅超.日本隧道盾構新技術[M].武漢:華中理工大學出版社,1999.

[3] 施中衡.地下鐵道設計與施工[M].西安:科學技術出版社,1997.

[4] 楊志強.淺談隧道滲漏水處理技術[J].山西建筑,2009,35(12):345-346.