預制裝配式隧道防水技術研究

歐陽平

（中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司，上海 201300）

0 引言

目前，國內外下穿隧道的設計施工主要是采取整體現澆施工技術，經過多年的實踐經驗，現澆結構整體性好，施工工藝成熟，但缺點同樣也很明顯。現澆結構具有施工工期長；現場施工流程多，施工質量控制困難；施工受氣候影響大，工期目標難以保證；施工現場環保影響大等弊病。跟傳統的現澆結構比較，預制裝配式結構具有工程質量容易控制、施工效率快并且對周圍環境影響小、進行工業化生產、施工現場占用場地小、占用施工人員少的特點[1]。因地下工程結構斷面較大，受尺寸和重量的影響，需采取分塊預制。但分塊必然增加接縫，也就增加了滲漏的風險。裝配式結構的漏水涉及各種條件，如環境條件、預制塊接頭的構造、止水材料、施工條件等，但起主要作用的條件是接頭的滲漏。因此，預制構件接頭處的防水是預制裝配式結構防水研究的重點。

1 預制裝配式結構及防水應用現狀

在地下工程中應用裝配式結構的關鍵控制因素是構件的防水。預制裝配式構件與盾構管片具有某些相似性，其防水多借參照管片接縫防水進行優化。其防水措施主要體現在結構自防水、接頭部位布置橡膠止水帶或密封條等，接縫處預留注漿孔進行注漿處理。

1.1 國外預制裝配式結構及防水應用現狀

建筑工業化裝配式技術很早就在國外開始使用，并已廣泛應用于地下工程中。荷蘭鹿特丹地鐵的預制裝配式殼式隧道結構；俄羅斯采用單拱結構建成了其國內首個雙層地鐵換乘樞紐——奧林匹克換乘站；在日本仙臺市地下鐵道工程中采用了預制雙跨箱型結構，每一環由五個預制構件組成[2-4]。對于接縫密封材料，歐洲多使用非膨脹合成橡膠，日本和其他國家多使用水膨脹橡膠。更有研究人員對密封墊的防水性能、對防水材料進行了研究[5]。

1.2 國內預制裝配式結構及防水應用現狀

預制裝配式技術在國內起步較晚，在綜合管廊及盾構地鐵隧道應用較多，在其他地下工程的應用較少。國內初次采用預制裝配式明挖法施工是長春地鐵2 號線袁家店站，裝配段長188m，一共94 環，每環寬2m，由7 塊預制構件組成，塊與塊、環與環之間采用榫接并用精軋螺紋鋼拉緊，其間填充改性環氧樹脂，防水有自防水和接縫防水組成；北京地鐵9 號線豐臺北路站是國內首座采用的預制裝配式鋪蓋法修建雙層島式車站；廈門疏港路下穿仙岳路通道是國內首條采用預制拼裝的下穿隧道，采用上下預制塊匹配拼裝、預制件縱向懸吊拼裝、拼接接縫為涂抹環氧樹脂、張拉預應力鋼絞線束拼接為整孔。淮北市古城東路綜合管廊工程的接縫主要采用承插式接頭，接縫的防水多選用“F”型橡膠彈性密封墊，附加預埋注漿管及遇水膨脹止水條等[6-10]。

國內對盾構管片接縫防水已有大量研究成果，對于地下預制結構接頭防水，目前主要為橡膠材料物理力學性能和接頭防水性能的理論分析與試驗研究。國內的盾構隧道大多使用非膨脹彈性密封墊，水下盾構隧道大多選用遇水膨脹材料與非膨脹密封墊相組合的復合型防水材料。

2 工程概況及重難點

成都市一環磨子橋隧道工程是成都市首條引入裝配式工業化預制構件的市政隧道，位于成都市一環路，隧道西起旅游村街東側，下穿磨子橋跨線橋，途經四川大學、新建音樂廳，止于老馬路路口。隧道全長1280m，其中建筑工業化裝配式的拼裝段隧道長度約130m（里程：K0+900～K1+030.6），全段位于直線上，坡度6‰。隧道的寬度22.3m，設直線五車道。每1.5m 為一個預制節段，從上下分塊豎向張拉成環，每14～15 個環節通過張拉形成整體孔段，各孔段間設置2cm 沉降縫。全段共6個大節段（14 節、15 節各三段交替布置），5 道沉降縫。

本項目隧道工程是成都市首次引入建筑工業化裝配式構件施工工藝的工程，也是國內最大斷面的裝配式隧道。裝配式構件中拼接縫較多，裝配式結構防水是其重難點，其防水質量不僅影響到工程施工質量，還影響結構的耐久性、行車的安全以及隧道的美觀。

3 裝配式防水處理措施

本預制裝配段防水由結構自防水、外防水以及水平縫、環向縫、沉降縫防水共同組成。

3.1 結構自防水

預制結構由C45 防水混凝土制成，防水等級不低于P10。

3.2 結構外防水處理

結構在安裝前，在結構外表面涂刷聚氨酯防水涂料，在墊層頂鋪設2mm×1.5mm 高聚物改性瀝青防水卷材，并設置細石混凝土保護層。安裝完畢后，側墻及墊板鋪設防水卷材，保證其與底部防水卷材搭接，共同形成全框架保護層。施工過程中嚴格保證防水卷材的鋪設質量。結構外防水施工如圖1 所示。

圖1 結構外防水施工

3.3 水平縫防水處理

在水平接縫處安裝兩道止水條，水平縫止水條端部預留2～3mm 壓縮量切平與環向止水條T 型，對接無論縱向、橫向形成封閉環，確保防水效果。

水平接合面在組合前涂刷環氧樹脂，進行豎向張拉后固化，封閉縫隙并填充支撐結合面。同時在水平接縫拼裝夾板及接頭處涂膠確保粘接嚴密牢固，以此來增強防水效果。圖2 為水平縫防水處理，圖3 為水平止水條安裝。

圖2 水平縫防水處理

圖3 水平止水條安裝

3.4 環向縫防水處理

具體操作如下：①在環向接縫處安裝兩道30mm×18mm 止水條，止水條接頭相互錯開，環向止水條接口45°斜切。②環節合攏前，在兩端面的兩側及底部外圈止水條與外邊緣之間、上方內圈止水條與內邊緣之間涂抹混凝土修補膠，厚度高于10mm，縱向臨時張拉后固化。③環節合攏前，在固定塊端面上相鄰兩個縱向預應力孔之間粘貼30mm×20mm 的膩子型止水條，連接內外兩道止水條。孔段縱向永久預應力張拉后，孔道壓漿時，同時通過環節孔口填注環間縫隙，壓漿順序為先下后上，由中向外。

孔段縱向永久預應力張拉后，用無收縮灌漿料填注頂部外圈止水條上方以及兩側和底部內圈止水條與內邊緣之間的縫隙。圖4 為環向止水條施工，圖5 為環氧砂漿灌縫處理。

圖4 環向止水條施工

圖5 環氧砂漿灌縫處理

3.5 變形縫防水處理

根據設計要求，變形縫位置處設置雙層止水帶。在結構迎水面設置350mm×3mm 紫銅片止水帶，在底板和側墻預留燕尾槽、頂板設置后澆帶，作為止水帶安裝孔；結構的背水面設置背貼式可以注漿式橡膠止水帶，內周設置后澆帶預留槽（20cm×20cm），并預埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定。

前一大節段拼裝完成后，下一環拼裝前，先查兩大節段端頭塊的預留燕尾槽口的各部尺寸和位置，無誤后再在兩節段拼合前將紫銅片止水帶安裝在固定端頭塊的預留槽口內，最后在頂板頂面后澆帶槽內接頭，并用螺栓固定。

在固定端粘貼2cm 厚硬質塑料泡沫板及兩道止水條，并在底板預留孔中插入φ32mm 鋼筋，龍門吊拼裝下一環后吊紫銅片裝入燕尾槽中，對正下一段端頭塊插入推攏，聯接固定兩端頭塊。在頂部后澆帶位置用螺栓將紫銅片止水帶接頭拼合，搭接長度不小于5mm，雙面焊接形成閉環。在框架內部對底板和側墻沿預留孔灌注灌漿料，封閉紫銅止水帶。在內周預留后澆帶上，從底板開始沿側墻到頂板安裝背貼式橡膠止水帶，并用預埋螺栓固定，形成閉合環。按設計要求補接槽口鋼筋，并在兩端面各粘貼兩條10mm×25mm 規格的遇水膨脹止水條，確保新舊混凝土之間的可靠連接，最后立模澆筑無收縮灌漿料。圖6 為孔道壓漿施工，圖7 為紫銅片安裝。

圖6 孔道壓漿施工

圖7 紫銅片安裝

4 結語

作為地下預制裝配式結構工程施工中最為重要的組成部分，防水施工的質量直接影響整個工程的施工效果及行車安全。由于預制裝配式結構施工技術水平、機械裝配能力等客觀因素的限制，目前國內地下工程中的分塊式預制裝配式結構工程仍然很少，尤其是大斷面裝配式工程，防水施工經驗也很少。

本工程結構防水采用“防水混凝土+防水涂料+防水卷材”的三重防水并輔以細石混凝土保護層，彌補了構件形位誤差的影響，有效的保證了防水效果；但防水施工工藝復雜，工序繁多，尤其是沉降縫的防水結構，施工操作難度大，質量控制要求高，容易出現疏漏而影響防水效果。建議在后續工程應用中優化結構設計，減少預制構件變形，并釆用前后及上下全匹配預制，這樣不僅可以減少安裝難度，保證裝配質量，更可以優化并簡化防水設計，方便操作，有利于保證防水效果。同時在施工的過程中要隨時更新施工工藝，選用合適的防水材料，通過對裝配式結構防水技術的不斷改進，來提高工程質量，為后續工程提供經驗。