盾構(gòu)法隧道防水堵漏施工技術(shù)探析

廖國(guó)模

廣東水電二局股份有限公司 廣東 廣州 511340

引言

近年，盾構(gòu)法隧道技術(shù)在我國(guó)重大地下工程的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。然而在建設(shè)過(guò)程中，隧道滲漏存在對(duì)于工程的建設(shè)造成一定程度的影響，隧道滲漏水對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)的使用方面還有使用期限均有著相對(duì)較大的負(fù)面影響。因此，防水工程及堵漏措施是隧道盾構(gòu)建設(shè)中十分重要的組成部分，施工難度大，對(duì)防水要求極高。在隧道建設(shè)中必須注意提高防水工程堵漏的技術(shù)水平，嚴(yán)格采用防水技術(shù)，制定切實(shí)可行的防水工程堵漏處理方法，確保隧道工程的防水質(zhì)量安全[1]。

1 滲漏對(duì)隧道的主要危害

滲漏水病害會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道的設(shè)備、運(yùn)行安全和使用壽命產(chǎn)生諸多不利影響，具體介紹如下：

滲漏水會(huì)產(chǎn)生隧道周圍土壤侵蝕，造成隧道周圍地層壓力、地下水水頭壓力與隧道襯砌之間失去平衡，造成隧道整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)很大的不平衡沉降和內(nèi)力重分布，易損傷隧洞接縫等薄弱部位。

滲漏水會(huì)增加隧道襯砌式混凝土的剝蝕和風(fēng)化作用，易導(dǎo)致裂紋的形成與擴(kuò)展，造成襯砌質(zhì)量下降，加快襯砌結(jié)構(gòu)的損壞。

當(dāng)?shù)叵滤哂懈g性時(shí)，會(huì)侵蝕已產(chǎn)生泄漏處的螺栓、密封材料和襯砌管片，更易于對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)形成侵蝕損壞，從而增大襯砌斷裂概率。

隧道漏水產(chǎn)生的水土流失容易造成隧道附近地層和建筑物的沉陷和損壞。

滲漏水使隧道的空氣受潮，會(huì)增加隧道軌道、管線及有關(guān)部位的銹蝕損傷，減少設(shè)備系統(tǒng)的使用壽命。

在寒冷地區(qū)，滲漏水會(huì)引起襯砌的凍脹破壞和裂縫，危及襯砌結(jié)構(gòu)的安全[2]。

2 滲漏原因分析

2.1 止水帶掉落

若在拼裝流程中出現(xiàn)管片撞擊，則極易造成止水帶掉落、破裂等現(xiàn)象。而止水帶的損壞也會(huì)使得密封墊片不能充分發(fā)揮相應(yīng)的防水能力。

2.2 盾構(gòu)管片注漿缺陷

在為盾構(gòu)管片襯砌背面注漿時(shí)，若管片上密封條的安裝位置松動(dòng)，則管片頂部就非常容易發(fā)生積水。此時(shí)，在密封墊壓實(shí)度較弱的地方更易于發(fā)生地下水滲漏。

2.3 掘進(jìn)推力不平衡

當(dāng)盾構(gòu)挖掘時(shí)，若推進(jìn)方向不平衡，將導(dǎo)致盾構(gòu)管片受力異常，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)管片產(chǎn)生裂縫、折斷的現(xiàn)象。在隧道挖掘困難時(shí)，過(guò)大的推進(jìn)力也可能造成管片開(kāi)裂和漏水。

2.4 管片質(zhì)量問(wèn)題

管片質(zhì)量缺陷所導(dǎo)致的性能質(zhì)量問(wèn)題，在管片制造過(guò)程中，如果密封槽內(nèi)的混凝土產(chǎn)生了氣泡，則地下水會(huì)在管片拼裝后繞過(guò)密封墊，進(jìn)而利用氣泡所產(chǎn)生的孔洞泄漏。在管片運(yùn)輸、吊裝和拼裝過(guò)程中，容易導(dǎo)致管片的斷裂或密封墊損壞。

2.5 盾構(gòu)和管片的姿態(tài)不好

這嚴(yán)重影響了管片的拼裝，進(jìn)而導(dǎo)致管片之間相互錯(cuò)位，與鄰近管片止水帶無(wú)法正確吻合和壓縮，進(jìn)而導(dǎo)致了滲漏[3]。

3 滲漏預(yù)防措施

3.1 隧道結(jié)構(gòu)防水

盾構(gòu)隧道的防水等級(jí)應(yīng)為二級(jí)或以上，并要求隧道頂部不容許滴漏，其他地方不容許滲漏，結(jié)構(gòu)的表面可以有少量濕漬。總濕漬范圍不可以超出總防水范圍的2/1000，任意100m2的防水面積上的濕漬不得多于3處，每個(gè)濕漬的最大范圍為0.2m2。滲漏水量小于0.05L/m2·d。防水方法如下：管片砼防水滲漏等級(jí)W12；拼裝縫采用高彈性三元乙丙橡膠密封墊防水，管片外側(cè)采用使用遇水膨脹的止水膠條進(jìn)行止水，管片內(nèi)側(cè)嵌縫防水采用雙組份聚硫密封膏防水；螺栓孔及管片吊裝孔采用雙螺孔密封圈密封防水，環(huán)形間隙的注漿體為隧道管片外防水的加強(qiáng)層。

表1 工程各部位防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 管片自防水

管片將選擇有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)、有能力、有業(yè)績(jī)的供應(yīng)商參與管片的生產(chǎn)供應(yīng)。管片在安裝前報(bào)送監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行安裝施工。

3.2.1 “把好采購(gòu)源頭關(guān)”。研究和了解各種材料裝備的技術(shù)要點(diǎn)、工藝特點(diǎn)、生產(chǎn)條件和檢驗(yàn)要求，制定科學(xué)的配合比，選擇正確的原材料，制定規(guī)范的生產(chǎn)流程控制措施。

3.2.2 做好原材質(zhì)量把控，按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行材料抽查檢測(cè)。同時(shí)派專人現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)管片鋼筋制安、預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑，指定有針對(duì)性的管片修補(bǔ)方案，同時(shí)做好管片的三環(huán)拼裝、抗壓、抗拔、抗?jié)B等試驗(yàn)檢測(cè)并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄[4]。

3.2.3 堅(jiān)持質(zhì)量第一的原則，給予供應(yīng)商合理利潤(rùn)，不把最低價(jià)格作為最優(yōu)選擇條件，從而確保供貨質(zhì)量的穩(wěn)定。

3.2.4 按照設(shè)備和材料的不同性質(zhì)，采取科學(xué)正確的儲(chǔ)存方法，強(qiáng)化存放和運(yùn)輸過(guò)程中管片的管理工作和檢查，組織有關(guān)部門(mén)對(duì)材料和設(shè)備進(jìn)行定期檢查和抽查，配合并接受監(jiān)管部門(mén)和第三方檢測(cè)單位的定期和不定期質(zhì)量檢查監(jiān)督。

3.2.5 管片進(jìn)入項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)和下井前應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，確保有質(zhì)量缺陷的管片不會(huì)進(jìn)入項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)和下井。

3.3 管片拼裝防水

管片拼裝接縫防水環(huán)節(jié)非常重要，在施工過(guò)程中應(yīng)該重視做好相關(guān)方面的工作，具體如下：

3.3.1 采用由專門(mén)廠商制造的品質(zhì)優(yōu)異的防水密封條和膠粘劑，對(duì)進(jìn)入工作場(chǎng)所的防水材料進(jìn)行嚴(yán)密檢測(cè)，保證其產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

3.3.2 止水條必須采取粘貼形式施工安裝。在堆放場(chǎng)粘貼施工安裝，每個(gè)環(huán)形管片的止水條粘貼工作必須在安裝施工前的12h～24h內(nèi)完工。貼完止水條后，需要粘貼管片襯墊。待粘合的基底表面應(yīng)該無(wú)污垢、無(wú)灰塵、無(wú)油污和干燥，以確保粘貼的質(zhì)量。

3.3.3 粘貼的步驟：根據(jù)管片類型選擇止水條→基面清理→溝槽涂層黏合劑→密封條涂層黏合劑→粘貼→用木棰或橡膠錘壓緊密貼。

3.3.4 對(duì)于有粘貼止水條的管片，拼裝前應(yīng)采取防雨、防水措施；在運(yùn)輸和拼裝過(guò)程中避免摩擦、剝離、脫落或損壞。

3.3.5 在裝配管片時(shí)，應(yīng)采取保護(hù)措施以免損傷止水條，并確保管片的安裝質(zhì)量，以盡量減少錯(cuò)臺(tái)，確保密封效果。

3.3.6 若管片角部為設(shè)計(jì)的脆弱環(huán)節(jié)時(shí)，可將角部密封墊片鋪設(shè)完整，且在管片拐角處安裝加強(qiáng)密封片，以達(dá)到加強(qiáng)防水密封的作用。

3.4 嵌縫防水

根據(jù)各洞段施工及防水功能的要求，需要嵌縫的范圍見(jiàn)下表。

采用雙組份聚硫密封劑為嵌接材料進(jìn)行嵌縫，先將嵌縫槽清洗一遍，接著涂上一道基底表面處理劑，然后按照要求放置PE膜，最后將嵌縫材料充填緊密。如果嵌縫中出現(xiàn)了滲漏水就必須首先進(jìn)行地下水封堵，并進(jìn)行排水后再嵌縫。

表2 不同洞段嵌縫范圍對(duì)應(yīng)表

3.5 螺栓孔吊裝孔防水

3.5.1 螺栓孔密封圈選用螺紋孔密封圈的防水材料，通過(guò)壓實(shí)和膨脹的雙重效果強(qiáng)化防水。

3.5.2 如果是利用吊裝孔進(jìn)行注漿施工時(shí)，應(yīng)在注漿施工完成后將活動(dòng)端頭部分移除，除去預(yù)留孔中的殘余材料，并填充遇水膨脹密封材料，然后用防水砂漿密封孔口。

3.5.3 在吊裝孔螺栓套的外側(cè)可用遇水膨脹橡皮環(huán)形密封圈進(jìn)行保護(hù)，并在管片生產(chǎn)過(guò)程中預(yù)先設(shè)置。

3.6 管片外同步注漿加強(qiáng)防水

背襯同步注漿作為外加防水層，按照注漿技術(shù)，保證了同時(shí)注漿的耐久性、密實(shí)性耐久性和密實(shí)度，有效加強(qiáng)防水功能。

3.7 加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)控制

3.7.1 在拼裝管片時(shí)，要進(jìn)行清理作業(yè)，以避免污垢夾雜于管片的環(huán)縫內(nèi)。3.7.2 盡可能多打開(kāi)千斤頂，使盾構(gòu)糾偏的頂力均勻變化。3.7.3 在施工過(guò)程中，加大管片環(huán)面垂直度的測(cè)量次數(shù)，并將其與軸線尺寸進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差。

3.7.4 正確糾正管片的排列順序，并利用增減楔子環(huán)(曲線管片)糾正偏差。

3.7.5 根據(jù)所需的糾偏量，在管片的適當(dāng)部分粘貼厚度漸變的傳力襯墊，以形成楔子并糾正環(huán)面。

4 堵漏治理措施

4.1 管片修補(bǔ)及堵漏

隧道堵漏必須先對(duì)管片壁后進(jìn)行二次或多次注漿，讓管片壁后與圍巖體之間的空隙充分填實(shí)，并達(dá)到基本止水效果后。對(duì)部分因防水膠條破損或因錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重等，造成漏水的管片再進(jìn)行化學(xué)注漿以及修補(bǔ)處理。

4.1.1 管片砼裂縫滲漏：采取壓力注漿法澆注改性環(huán)氧樹(shù)脂，以加固漿液砼的內(nèi)部滲漏，并建造環(huán)氧樹(shù)膠泥砼進(jìn)行外部封閉。

4.1.2 管片砼破損的修補(bǔ)。

（1）對(duì)管片輕微的崩邊及掉角只需用P.O42.5R水泥摻環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行修補(bǔ)；

（2）對(duì)破損面積較大，有一定深度的管片，采用先清理砼基層，然后在底層噴水泥油，再用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥（P.O42.5R水泥摻環(huán)氧樹(shù)脂加0.5cm碎石）砼進(jìn)行修補(bǔ)；最后在修補(bǔ)面用1：1（白水泥：普通水泥）進(jìn)行掃面。

4.1.3 管片拼縫滲漏：采取壓力注漿法，澆注改性環(huán)氧樹(shù)脂補(bǔ)強(qiáng)漿液，最后外密封處理采用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥砼。

4.1.4 注漿孔堵漏：先打開(kāi)注漿孔，一般先用雙液漿注漿，再用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥對(duì)注漿孔進(jìn)行填封。

4.2 環(huán)、縱縫及裂縫滲漏水部位治理

采取高壓灌注堵漏工藝技術(shù)。其基本原理是將水溶性聚氨酯堵漏劑投入管片裂隙中，使其在水中擴(kuò)散并乳化，接著凝膠固結(jié)，與周邊混凝土相互粘接，從而起到止水和加固的雙重作用。

4.3 注漿孔位滲漏水部位治理

如果注漿孔中有少許滲水時(shí)，先清洗注漿孔，在束節(jié)內(nèi)螺紋和悶頭外螺紋上涂刷少許雙快水泥，再擰緊悶頭（加止水墊圈），接著在悶頭上再用水泥封閉以徹底堵塞漏洞。

如果注漿孔滲水較大，先注漿止水，接著再用雙快水泥涂刷管片內(nèi)螺紋與悶頭外螺紋部位，并且緊擰悶頭（加止水墊圈），之后在悶頭上再刷水泥密封一圈。如果灌漿孔的螺紋損壞，首先用雙快水泥將其堵在孔內(nèi)，然后在注漿孔表面用賽柏斯防水材料密封。

4.4 洞門(mén)環(huán)梁處滲漏治理

先在環(huán)梁后澆注水泥漿（泄漏嚴(yán)重時(shí)注入雙液漿），接著再通過(guò)薄鋼板把鋼環(huán)與管片端部連接成一整體將環(huán)梁和地下水完全分離。這種環(huán)梁可以在較干旱的氣候條件中建造施工可以止水并提高環(huán)梁砼的質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)法隧道施工過(guò)程中的防水堵漏質(zhì)量缺陷大部分都可以在施工過(guò)程中得到控制。由于施工環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性，應(yīng)該建立完善科學(xué)有效的質(zhì)量控制措施且嚴(yán)格執(zhí)行，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同的方案設(shè)計(jì)。施工人員針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同建筑場(chǎng)地的狀況，采取有針對(duì)性的處理方法，減少或避免施工過(guò)程中的安全問(wèn)題，以防止?jié)B漏水對(duì)盾構(gòu)隧道設(shè)備、運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生危害。