盾構隧道滲漏水整治綜合技術

陳森森 王軍 劉文 李康

(南京康泰建筑灌漿科技有限公司 江蘇南京 210000)

1 前言

盾構隧道采用的裝配式管片襯砌接縫多，防水難度較高[1]。施工時同步回填灌漿、二次補充灌漿不到位，會產生積水空腔，形成水壓力，導致管片接縫的密封系統功能失效，造成管片變形、錯位、開裂、崩塊等缺陷，從而形成滲漏水，盾構端頭的環梁現澆結構與管片交界處也會出現滲漏水，管片滲漏水造成道床底板下面翻漿冒泥，這些會嚴重影響結構和行車安全，并且給運營維護造成很多困難，亟需進行整治。

2 調查盾構隧道滲漏水情況

2.1 現場調查

滲漏水治理前對盾構隧道進行現場調查宜包括：

(1)工程所在的周圍環境、地質與水文情況。

(2)滲漏水持續發生的部位、程度及影響范圍，調查方法見表1。

表1 結構滲漏水現場調查內容及方法

(3)滲漏水來源及變化規律。

(4)滲漏部位的細部防水構造情況。

(5)結構是否穩定、構件的外觀損傷及耐久性損害程度。

(6)運營狀況、自然環境、周邊建設項目對隧道的影響。

(7)隧道內設施設備、溫濕度等情況。

(8)現場作業條件，天窗點時間，維修時間。

(9)無砟軌道、底座板與管片結構之間的滲漏、翻漿冒泥等情況。

(10)區間隧道工程滲漏檢查重點關注拱底位置的滲水和拱頂的滴漏。

檢查的項目和內容見表2。

表2 盾構隧道檢查的項目和內容

2.2 收集工程技術資料

(1)工程各階段混凝土結構防水及耐久性原始設計資料(防水設防等級、防水構造層次、排水系統設計以及混凝土結構耐久性設計)。

(2)原防水設防構造使用的材料及其質量。

(3)相關的施工方案、組織計劃及施工記錄。

(4)同步注漿和二次補充灌漿的驗收記錄及相關資料。

(5)歷次盾構結構滲漏水、損害調查和治理資料。

(6)交通工程運營階段應定期對滲漏水狀況進行檢查，若經檢查發現區段滲漏水較嚴重時，應相應增加滲漏水檢查頻次。

(7)盾構法區間隧道滲漏水損害的狀態和位置宜采用表格統計。

(8)繪制隧道管片滲漏水平面展開圖時，應將襯砌以5～10環為一組逐環展開，標出對應位置、相應滲漏及損害的圖例，具體圖例見表3。

表3 盾構法區間隧道管片滲漏水圖例

(9)治理前應結合現場調查情況和收集到的技術資料綜合分析滲漏水原因，考慮設計缺陷、混凝土材料問題、施工質量不達標、運維不及時和自然環境影響等因素，并形成相關的書面報告。

(10)對盾構隧道內滲漏情況進行分類評估。

(11)分析滲漏點混凝土損壞程度、水質狀況，評估滲漏水對結構承載能力和耐久性的影響[2]。

3 盾構隧道滲漏水原因分析

3.1 盾構隧道設計理念

盾構隧道發生滲漏水首要因素是它的多縫特性，而這又與盾構隧道的結構與構造設計相關，拼接縫較其他部位更易產生滲漏水。

盾構管片、拼接縫、相關預留孔、彈性密封墊及內部嵌縫條等組成了區間隧道防水體系。螺栓孔、注漿孔和手孔等也經常出現滲漏水，但前兩者發生滲漏水的情況較多。螺栓孔和手孔一般不與管片背后的空腔水直接接觸，而是通過拼接縫間接發生滲漏。縱縫和環縫是最容易發生滲漏水的部位，它們直接與管片背后的空腔水聯通，水從拼接縫直接滲入或流入[3]。

原設計構想中，理想情況下彈性密封墊徑向寬度的重疊量為22～25 mm，適當承受環面間張開4～6 mm。當環間錯臺量達到4～8 mm或者更大一點，只要管片間密封墊不失效，理論上隧道不會產生滲漏水。但由于整個環面上的密封墊并不是完整的，分別粘貼在十多塊尺寸并不一致的管片上，裝配后僅環縫單側整環密封墊長達十幾米，通常情況下拼接縫長度是隧道本身的十幾倍、幾十倍，且存在許多凹凸組合，加上防水材料不達標、施工條件差，即便錯臺量＜8 mm甚至更小的情況下也會產生滲漏水。如果隧道橢圓度保持良好，各管片之間對接平整、緊密，不發生較大錯位，管片上的彈性密封墊一般情況下都能正常發揮功效，隧道整體防水效果是可以滿足設計要求的，但恰恰是因施工質量、地質條件等影響，導致彈性密封墊時常滿足不了設計要求，產生滲漏水[4]。

3.2 盾構施工特點

盾構隧道的病害與盾構施工過程、周邊地質條件、臨近施工等有密切關系，主要體現在如下幾點：

(1)施工中新產生的不規則裂縫、拼接縫不密貼形成錯臺或張開、彈性密封墊質量較差、橡膠止水帶與管片的粘結不牢固等施工階段產生的問題。

(2)隧道所在的特殊地質土層長期變形，水土流失等地質條件問題。

(3)施工過程中曾經發生過涌流或其它施工險情，對結構產生影響。

(4)設計單位對結構防水問題的認知深度不足、當時設計標準可能存在部分缺陷，導致設計出現問題。

(5)相鄰位置區域，有大型工程項目的活動影響，尤其是大型基坑工程及大直徑隧道上下穿越施工，對結構縱向、橫向變形產生影響，導致管片變形錯位，從而引起滲漏水。

(6)項目建設體量大，施工強度高，設計施工技術力量及管理水平難以滿足質量要求。

3.3 盾構隧道主要滲漏水及成因

3.3.1 隧道滲漏水情況分類及定義(見表4)

表4 隧道滲漏水情況分類及定義[5]

3.3.2 隧道滲漏水的產生原因(見表5)

表5 隧道滲漏水產生原因

道床脫空也會造成滲漏水、翻漿冒泥等，道床脫空是指道床嵌縫混凝土與管片存在的不同程度的剝離[7]。道床脫空的成因見表6。

表6 地鐵盾構隧道道床脫空的成因

4 盾構隧道滲漏水治理綜合措施

4.1 盾構管片接縫滲漏修復

(1)為了保證化學灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位兩端各延長20～50 cm位置鉆孔設立隔離柱[8]，用切割機清理滲漏水縫部位的兩內側，如圖1所示。

圖1 隔離柱示意

(2)用快速封堵材料對滲漏水縫部位底部進行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環氧樹脂材料進行化學灌漿[9]，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%標準。粘接原來因密封膠失效而形成與結構之間的滲漏縫隙，修復原來密封膠的功能。

(4)灌漿完成后，待環氧樹脂類材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內的灰塵，用熱吹風對管片縫進行加熱升溫，然后在管片縫內填塞KT-CSS系列高彈性的非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KTCSS系列環氧改性聚硫密封膠和一層玻璃纖維布，如圖2所示。

圖2 管片接縫處理示意

4.2 盾構端頭井滲漏修復

(1)為了保證化學灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位開槽，槽寬20 mm，槽深大于50 mm。

(2)用KT-CSS系列聚合物快速封堵材料對滲漏水縫部位底部進行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%的標準。

(4)灌漿完成后，待KT-CSS系列改性環氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內的灰塵，用熱吹風對管片縫進行加熱升溫，然后在管片縫內填塞高彈性的KT-CSS系列非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KT-CSS系列環氧改性聚硫密封材料和一層芳綸纖維布作為密封膠的胎基，從而增加韌性。

4.3 壁后注漿

采用控制灌漿技術對結構背后的存水空腔充填灌漿，把空腔水變成裂隙水，把有壓力的水變成無壓力水，從而達到整治的目的[10]。

4.3.1 盾構區間滲漏壁后注漿

(1)首先降低隧道涌水量。擰出預留注漿孔的六角螺母，用沖擊鉆沿預留注漿孔打孔，孔徑建議為25 mm(封孔器直徑為24 mm)，用機械式封孔器封孔，并安裝好注漿管。

(2)打孔注漿順序為：按照線路坡度，從高程較高處向高程較低處施工，同一側注漿孔先注下端孔，依次向上。

(3)先采用50 cm短鉆桿鉆孔，然后采用1.5 m的長鉆桿，直至鉆通盾構，鉆到圍巖。對管片結構后面充填灌漿和對松散的圍巖進行固結灌漿、帷幕灌漿，減少壁后的空隙和圍巖的透水率，采用KTCSS控制灌漿工法，低壓、慢灌、快速固化、間隙性分序的控制灌漿工法，最大注漿壓力應小于1.0 MPa。

(4)改性環氧材料注漿孔深約450 mm。當注漿壓力大于0.5 MPa時停止該孔的注漿。

(5)注漿直至排氣孔排出均勻漿液，要求注漿孔和排漿孔設置漿液閥，出漿孔應設漿液回漿管，保證回流漿液流入儲料桶。當排漿孔無空氣排出時，關閉出漿孔閥門，保持壓力2～3 min即可停止注漿，待終凝后將閘閥拆除，填塞注漿孔，用堵頭封閉，進行防銹處理[11]。

(6)管片間縫隙出水，用快速封堵材料對縫隙進行臨時性封堵，然后再按照管片接縫滲漏水的工藝進行處理。

4.3.2 盾構端頭井滲漏壁后注漿

(1)首先對端頭施工縫位置和表面不密實進行清理后封閉。然后在端頭面和管片吊裝孔位置用大功率電錘進行鉆孔，安裝注漿嘴。

(2)對安裝好的注漿嘴進行灌注KT-CSS系列水泥基類材料。

(3)在施工縫兩側和端頭不密實位置鉆孔安裝止水針頭，使用KT-CSS系列改性環氧樹脂類進行化學灌漿堵漏加固。

(4)撤除注漿嘴，清理施工縫，以水泥沙漿封閉補實后，噴涂水性滲透結晶材料作為第二道防水和固定KT-CSS系列非固化橡膠類材料用途，或用KTCSS系列環氧改性聚硫密封膠封閉。

4.4 盾構管片缺陷滲漏水整治

4.4.1 裂縫滲漏水整治

(1)用快速封堵材料對裂縫部位進行封堵，用φ10 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴，注漿嘴間距150～200 mm。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%的標準。

(3)灌漿完成后，待環氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

4.4.2 盾構管片螺栓孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，斜向螺栓孔位置，貫穿相交到螺栓孔，安裝注漿嘴。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%的標準。

(3)灌漿完成后，待環氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，采用環氧改性密封膠封閉螺栓孔的根部，如圖3所示。

圖3 螺栓孔處理示意

4.4.3 盾構管片注漿孔、吊裝孔、管片結構預留的二次注漿孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，在注漿孔側邊斜向孔位置，貫穿相交到注漿孔，安裝注漿嘴。在孔周邊鉆孔3～4個。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性高滲透環氧樹脂材料進行化學灌漿。通過KTCSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%的標準。確保注漿孔內收縮的砂漿空隙全部填充進高滲透環氧樹脂。使孔內65 cm范圍內砂漿的飽滿度達到90%以上，與結構完全粘接在一起，確保能抗地下水壓，不會存在水壓大把注漿孔沖開的可能。

(3)灌漿完成后，待環氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

(4)鑿除或電錘、電鎬清理注漿孔內砂漿，深度在15 cm左右，采用聚合物無收縮微膨脹修補砂漿或環氧砂漿進行填塞，進一步加強注漿孔的封堵，確保注漿孔不被沖開，如圖4所示。

圖4 注漿孔處理示意

4.5 道床脫空滲漏水、翻漿冒泥整治

(1)錨固道床。根據地質情況，決定錨桿的深度和長度，采用中空注漿錨桿。或采用化學錨桿、中空漲殼式注漿錨桿。主要是固定道床。錨固前打泄壓孔，泄水壓。

(2)采取灌注KT-CSS系列特種水泥基無收縮灌漿材料，采用KT-CSS控制灌漿工法，要有泄壓孔和觀測孔。

(3)對軌道板和基層分離的，還需要向夾層灌注KT-CSS系列耐潮濕低黏度環氧結構膠粘接，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規定的85%的標準。

(4)對管片壁后進行回填灌漿，灌注牙膏狀濃漿，采用KT-CSS控制灌漿工法。

5 結束語

通過采用修復拼縫密封膠系統和背后回填灌漿的綜合技術措施，可以有效地將結構后面的空腔水變成裂隙水，結合具有一定韌性的改性環氧材料，堵漏的同時對盾構管片結構進行了加固處理，也能抗車輛對結構的震動擾動和荷載擾動[12]。目前已經對多個盾構隧道的滲漏水進行了成功整治，并且獲得了國家發明專利，為同類地下盾構隧道的防水堵漏提供借鑒。