雙護盾TBM隧道豆礫石注漿層防水性能研究

王志康

(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000)

1 引 言

青島地鐵2#線部分區間采用TBM施工，以管片為支護結構。地鐵區間防水均遵循“以防為主，剛柔相濟，多道設防，因地制宜，綜合治理”的原則。管片支護結構以結構自防水為主，外防水為輔。其中管片壁后豆礫注漿層作為結構外防水體系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的積極作用。一直以來，限于施工工藝，豆礫石注漿層的防水作用往往被忽略。因此，認清豆礫石注漿層的防水性能也就顯得更有意義。

TBM隧道中，豆礫石通過吹填孔吹入管片壁后空間，隨后灌注水泥漿，形成豆礫石注漿層。豆礫石注漿層施作質量影響因素較多，防水性能也差異較大，探明豆礫石注漿層的防水性能對TBM隧道防水設計具有重要意義。對此，依據青島地鐵2#線，開展了豆礫石注漿層抗滲試驗，通過試驗確定豆礫石注漿層的防水等級，相應研究成果可為雙護盾TBM隧道防水設計提供參考。

2 試驗設計

研究將通過抗滲試驗確定豆礫石注漿層防水性能。工程中，管片壁后豆礫石分布極不均勻，部分區域豆礫石含量較多，而豆礫石含量對豆礫石注漿層具有重要影響。對此本次試驗設計了三種不同豆礫石摻加量的試件，見表1。三種試件豆礫石填充體積所占比例分別為1/3、2/3、1，每組試件共制作6個試塊。

表1 豆礫石注漿層抗滲試件工況

豆礫石放置于模具后，需對豆礫石注漿，漿液采用水泥漿液，依據工程實際確定水灰比為0.6∶1。注漿后對豆礫石灌漿進行振搗，后靜放48 h脫模。脫模后需采用鋼絲刷打磨試件，見水泥漿膜刷去。試件制作完成后需放入養護箱，養護7 d。試件養護完成后，準備開始豆礫石注漿層的抗滲試驗。

抗滲試驗開始前，對試件表明涂抹水泥黃油混合物，并通過壓力機將試件壓入抗滲試驗試驗儀的模套內。試件入模后排出儀器管路內空氣，并對試件密封后安裝與試驗儀上。

試驗安裝完成后開展豆礫石注漿層的抗滲試驗，試驗水壓力加載從0.1 MPa開始，隨后逐級加載，每級荷載差0.1 MPa，持載8 h。每組試件中3個試塊出現滲水時，可停止試驗，并應記下此時的水壓力。試驗中試件周邊出現滲水時，則試驗失敗，需重新對試件進行密封。

豆礫石注漿層的抗滲等級以4個試塊未出現漏水時的最大水壓力計算確定，計算公式式(1)

P=10H-1

(1)

式中：P為豆礫石注漿層的抗滲等級；H為3個試塊出現滲水時的水壓力。

試驗完成后，通過劈裂法將試塊劈開，可以觀察試塊的的滲水高度，滲水高度是評價試塊滲透性的關鍵參數。確定滲透高度時可將試塊底邊15等分，量測各等分點上的深水高度，取各等分點的平均值作為滲水高度。

3 試驗結果

通過對豆礫石注漿層的滲水試驗，得出了3種試驗工況下豆礫石注漿層的防水性能。

由表2可以看出，豆礫石注漿層具備一定的抗滲性能，但抗滲性能較低，防水等級不足四級。隨著豆礫石填充體積的增加，豆礫石注漿層的抗滲性能逐漸降低。可見增加豆礫石產量會為地下水提供更多的滲水路徑。豆礫石注漿層中水泥漿液是決定豆礫石注漿層防水性能的關鍵因素，工程中應特別注重水泥灌漿質量。TBM隧道拱頂處豆礫石注漿層容易出現空洞、不密實的情況，需進行二次回填灌漿，二次注漿可以提高豆礫石注漿層的抗滲性能。二次注漿隨在一定程度上可以提高豆礫石注漿層的抗滲性能，但二次注漿與同步注漿相差時間較長，難以充分接觸，豆礫石注漿層整體性較差，抗滲性能提高不明顯。

表2 滲水試驗結果

通過試驗可以得出，當豆礫石注漿層不密實時，應采用二次注漿的方法進行加強，但豆礫石注漿層依舊不能保證提供較高的防水效果，因此工程實際中不應考慮豆礫石灌漿層的防水性能。雙護盾TBM隧道防水設計應以管片結構的自防水和接縫防水為主。管片防水等級應達到P12，接頭則不允許滲水。管片外防水則可考慮涂刷滲透性結晶防水涂料或環氧涂料，以提高其防水性能。

4 結 論

管片支護結構以結構自防水為主，外防水為輔。豆礫石注漿層作為結構外防水體系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的積極作用。一直以來，限于施工工藝，豆礫石注漿層的防水作用往往被忽略。研究對豆礫石注漿層進行了抗滲試驗，通過試驗確定豆礫石注漿層的防水等級，研究得出了以下結論。

(1)豆礫石注漿層具備一定的抗滲性能，但抗滲性能較低。隨著豆礫石填充量的增加，豆礫石注漿層的抗滲性能降低。

(2)二次注漿可以提高豆礫石注漿層的抗滲性能，但二次注漿與豆礫石注漿層難以充分接觸，抗滲效果不明顯。

(3)雙護盾TBM隧道防水設計時不應考慮豆礫石灌漿層的防水性能，應以管片結構的自防水和接縫防水為主。