基于隧道防水機理的隧道管片拼縫滲漏原因及治理方法的研究

程小毛

（福州地鐵集團運營分公司，福建 福州 350000）

1 引言

隧道滲漏是困擾地鐵隧道施工和運營的病害之一，甚至有“十隧九漏”的說法。地鐵隧道漏水會嚴重影響地鐵的運行安全，如果在給列車供電的接觸線網或接觸軌內發生滲漏，會導致線路漏電或短路，從而影響地鐵的正常運行。另外，隧道漏水還會加快隧道內設備（通訊、照明、軌道）的腐蝕，影響其正常使用，縮短使用壽命，增加運營成本。而盾構法作為地鐵隧道常用的施工方法，由于管片施工過程中部分施工工藝或措施處理不當，造成運營后頻繁漏水且水量較大。因此，為確保運營安全，有必要對隧道管片漏水的問題及處理措施進行探討。

2 管片防水結構

以福州某號線盾構管片防水設計為例，其遵循“以防為主、以堵為輔、多道防線、綜合治理”的原則，以高精度管片結構自防水為根本，以接縫防水為重點，確保隧道整體防水。其中，管片采用預制防水混凝土，厚度為35cm，環寬1.2m，防水混凝土抗滲等級為P10，拼縫防水由擋水條與彈性橡膠密封墊組成雙道防水線，擋水條材質為遇水膨脹橡膠，彈性橡膠密封墊為三元乙丙橡膠，頂面嵌入遇水膨脹橡膠，具體詳見圖1、圖2。

圖1 管片組成及拼裝方式

圖2 管片拼縫防水結構圖

2.1 防水機理

遇水膨脹止水條的防水機理主要是利用止水條彈性壓縮的回彈力止水，并通過遇水膨脹橡膠的膨脹性來進一步改善防水性能。而彈性橡膠密封墊頂面嵌入遇水膨脹橡膠的防水機理是管片拼縫壓密后，利用密封墊之間的接觸應力密封止水。同時，通過膨脹橡膠的單向膨脹應力進一步增強其止水性能，而且因膨脹橡膠的側向受限，減少了遇水膨脹樹脂溢出，從而延長了材料的使用壽命，如圖3所示。

圖3 彈性密封墊密封機理

2.2 防水能力

有學者對彈性密封墊防水機理進行了老化試驗和恒定壓縮永久變形試驗，結果顯示：

（1）彈性密封墊隨著時間逐漸老化，其壓縮變形模量有下降，使接縫的接觸應力降低，從而影響接縫的防水性。

（2）彈性密封墊若長期受高水壓影響，很容易產生塑性壓縮變形，從而減少與焊縫的接觸壓力，影響焊縫的防水性。

（3）在不考慮管片錯臺、變形等因素造成的橡膠接觸面減小而使管片接縫防水性能下降的情況，管片接縫在考慮接縫張開和彈性密封墊老化的影響下，即使接縫張開量達到了設計要求的2.0mm，接縫的最大抗水壓力仍可以達到《盾構法隧道防水技術標準》要求的0.6MPa，符合接縫的防水要求。

3 管片拼縫滲漏原因

隧道漏水不僅會影響隧道結構穩定和行車安全，還會加快設備腐蝕，造成設備故障，縮短使用壽命。管片拼縫滲漏如圖4所示。

圖4 管片拼縫滲漏

3.1 環境因素

富水地層、基巖裂隙水發育較好的地層因外部水頭壓力過大，且具有流動性，導致同步注漿施工不能達到預期的效果，使管片外部的第一道防水層失效，管片結構直接承受來自外部的水頭壓力。

3.2 結構因素

管片在制作時配比、養護不合理，水灰比過大，會出現氣孔和微裂紋，造成管片拼裝過程中出現開裂、破損，形成滲水通道。

3.3 防水材料因素

防水材料自身質量達不到設計要求，拼裝后的止水帶和彈性密封墊起不到止水作用，造成管片環縫、縱縫滲漏水。

3.4 施工質量因素

（1）止水帶在存放、運輸、拼裝過程中出現脫落、破損現象，且未及時更換，造成管片拼縫防水失效。

（2）在拼裝過程中，因盾構機刀盤油缸撐靴的擠壓或旋轉，造成一塊或數塊管片止水帶和彈性密封墊變形或松脫，不能形成有效的密封防水圈。

（3）盾構機在淺埋軟弱地層掘進且處于下坡區段時，為防止盾構機“栽頭”，采用增大盾構底部推進油缸壓力，減小盾構頂部推進油缸壓力。部分區段頂部推進油缸壓力過小，難以對管片形成有效擠壓，從而降低了拼縫間彈性密封墊的接觸應力，影響拼縫的防水效果。

（4）部分超挖區段未及時、有效地進行二次補漿作業，導致管片外的同步注漿層不夠飽滿，未形成有效的第一道防水層。

3.5 外部施工

盾構掘進完成后，在后續施工及運營全過程周期內，隧道發生縱向不均勻沉降，管片接頭張開導致止水條失效，造成了管片拼縫滲漏水。

4 管片拼縫滲漏治理

管片拼縫滲漏均是由拼縫防水系統失效所致，多數因環向或縱向密封止水圈破損而形成滲漏通道導致的。除了建設期提高現場施工質量、加強作業監管外，本文主要講述利用原防水系統針對性地進行管片拼縫滲漏治理。

4.1 管片止水帶或彈性密封墊變形、松脫、接觸應力降低引發的拼縫滲漏治理

（1）清理拼縫縫隙內的浮泥、泥垢。

（2）查清滲漏的部位，在滲漏部位兩端（無明水滲出的部位）騎縫鉆終止孔至彈性密封墊處。

（3）壓入由環氧砂漿或其他密封材料形成的漿液阻斷點，封終止孔。

（4）用速凝型聚合物砂漿等騎縫封堵接縫并埋設注漿鋁管。

（5）注入改性環氧化學灌漿液，從低到高依次注漿，注漿壓力在0.2～0.4MPa之間為宜。

（6）閉管待凝8～12h后，視情況進行二次注漿。

（7）待凝結后，拆除鋁管進行縫面修飾處理，保證管片結構的質量和外觀要求。

4.2 管片背后同步注漿層不飽滿、隧道縱向不均勻沉降以及防水材料質量問題等引發的管片拼縫滲漏水治理

（1）采取壁后補漿的方法，利用管片注漿孔，使用水泥-水玻璃雙液漿在滲漏點前后第2～3環進行封環，隔斷地下水流動，然后，用單液漿填充、封環管片間的背后空隙，修復第一道防水圈，縱向沉降較為嚴重的需進行專項隧道沉降治理。

（2）待壁后補注漿液凝結穩固后，再采用4.1所述方法進行拼縫滲漏部位局部封堵，修復第二道防水圈（即止水帶與彈性密封墊防水圈）。

4.3 結構本身質量問題引發的拼縫滲漏水治理

（1）采取結構補強的方法，對管片開裂、破損部位進行灌漿、植筋、掛網、壓填環氧砂漿或粘貼芳綸布加固的方式進行結構強度修復。

（2）待修復后的管片結構強度達標后，再采用4.1所述方法進行拼縫滲漏部位局部封堵，修復第二道防水圈。

5 結語

盾構管片拼縫滲漏水治理，既要從管片自身質量和防水材料著手，還要控制盾構施工質量以及后期管片滲漏水治理和沉降治理。治理過程中應盡量不破壞原防水結構，采用原防水結構重新構建管片防水層，將地下水堵在管片迎水面之外。