探讨地铁盾构隧道防水技术

探讨地铁盾构隧道防水技术

荆垚

中铁十九局集团有限公司北京100176

摘要：地铁作为城市重要的交通设施，地铁盾构隧道防水技术受到人们重视。目前国内地铁盾构隧道一般采用单层预制混凝土管片拼装衬砌，其防水施工的主要内容包括管片衬砌结构自防水、衬砌外防水、衬砌接缝防水、螺栓孔防水、渗漏处理以及盾尾注浆工艺。其中管片衬砌接缝防水是控制盾构隧道防水最重要的环节，根据工程摸索改进工艺。

关键词：地铁；盾构隧道；防水技术

引言

地下工程结构防水效果是衡量工程质量的重要指标之一。复杂的环境条件对地下结构防水有着诸多无法预计的影响。因此，在工程设计阶段合理选用与工程环境相适应的防水设计方案、性能优良的防水材料以及准确的施工工艺都极为重要。近年来，随着城市轨道交通的发展，盾构隧道防水技术与设计理念已取得了很大的进步。结构自防水、接缝防水以及防水材料等相关领域的研究与应用也日趋成熟，但是，在工程实践中，盾构隧道结构渗漏水等问题仍然频繁显现且影响着工程质量和运营安全。

1盾构隧道渗漏水原因分析

盾构隧道的渗漏水主要集中在管片接缝、螺栓手孔以及管片破损修补处等。由于高强度材料的应用，管片结构的自防水性能一般能够满足工程要求。盾构隧道管片渗漏水的原因涉及到工程地质和水文地质条件、管片的拼装质量、同步注浆及二次补压浆的材料及实施效果、管片接缝的止水材料类型和形式、管片外涂防水材料的可靠性、施工水平等诸多因素。本文将其归纳为主观因素与客观因素两大类，其中主观因素主要是指通过人为操作可以有效控制的因素，而客观因素则是受客观条件限制，不以人的意志而转移、客观存在的因素。

其中主观因素主要有两个方面：1）盾构施工工艺，包括曲线推进、盾构姿态、盾尾注浆等；2）管片，包括管片选型、管片拼装方式与拼装质量、管片制作精度、管片接头形式、管片破损及修补等。

客观因素主要有四个方面：1）环境条件，包括地质条件、水土压力；2）管片止水材料，包括密封材料、嵌缝材料、螺栓衬垫；3）隧道运营期间产生的纵向不均匀沉降；4）地下环境的长期腐蚀。

2地铁盾构隧道防水技术

2.1衬砌接缝防水施工

2.1.1衬砌接缝防水

管片接缝处的防水是隧道防水最关键的环节，管片上设置密封垫沟槽，其内设置高弹性三元乙丙橡胶密封垫。环缝与纵缝面设弹性密封垫槽及嵌缝槽，采用材质为三元乙丙橡胶挡水条和遇水膨胀橡胶条。密封垫与管片之间用氯丁一酚醛胶粘剂粘结，橡胶表面涂缓膨胀剂。针对接缝处的防水要求，所采用的密封垫沿管片沟槽宽度为33mm，近而保证施工过程中相邻密封垫产生15mm搭接误差时仍达到设计的防水要求。

2.1.2防水材料存放及涂刷要求

框形密封垫出厂产品，应标明“B”（标准块）、“L”（邻接块）、“F”（封顶块）三种型式，框形密封垫在工地贮料间应有规则、分类型堆放（包括楔形环，变形缝环）。管片表面应干燥，雨天不得涂刷，涂胶应“满涂”。粘结剂储存桶开封后，因溶剂挥发变稠时，可加溶剂稀释。在混凝土表面涂胶，凉置10~15min，待手指接触不粘即可。衬垫板可以点涂或对角线涂，粘结在管片上，不得脱胶、翘边、歪斜。

2.1.3盾构油脂对防水的作用

盾构在掘进过程中，均匀地往3道盾尾密封刷中间压注一定量的盾尾油脂，一方面起到预防同步浆液以及地下泥水混合物的渗漏，同时减轻盾尾钢丝（板）刷与管片外弧面的摩擦力，从而延长钢丝刷在掘进区间的使用寿命，起到盾尾防水的作用。

盾尾刷与管片外弧面处于挤密压实状态，压注的盾尾油脂也沿管片外弧面一周“均匀涂抹”，当3道盾尾刷分别刮过衬砌外弧面接缝时，盾尾油脂则3次受到挤压而嵌入衬砌外弧接缝从而填实接缝，接缝脱出盾尾后受到同步浆液的包裹，共同形成一道防水帷幕。故在推进过程中，选择材质良好的盾尾油脂和均匀的压注对管片防水有一定的辅助作用。但因盾尾油脂费用较高，此方法在使用过程中会增加项目施工成本。

2.2管片结构自防水

管片结构自身防水效果是隧道防水的根本所在。一般情况下，盾构法隧道由钢筋混凝土管片拼装而成，所以，管片自身的防水能力对隧道防水起决定性作用。这就要求采用高精度的模具制作管片，从而保证管片尺寸的精度，同时，严格按照设计的防水等级、试验所确定的配合比拌制混凝土，且对碎石和砂子的级配和含泥量等进行严格要求。对于管片，在通常的混凝土施工规范要求上，还有特殊要求：1）水泥标号不宜小于42.5级；2）石子粒径不宜大于20mm；3）砂子宜用洁净的中砂；4）混凝土浇筑振捣须密实，不得有漏振、欠振及超振，以混凝土开始泛浆及不冒气泡为准，一般振捣时间为15～30s。

需要指出的是，混凝土养护工作尤为重要，应严格控制蒸养时间、升温及降温速率、恒温时间和湿度等，以免造成管片破损及裂缝等内伤，削弱管片自身防水能力。广州地铁某项目就因管片浇筑后蒸气养护的升、降温工作没有控制好，造成管片大面积出现细微裂纹等内伤而被迫报废了20多环。

2.3衬砌外注浆防水

根据盾构施工的工况特点，施工过程中采用盾构机同步注浆以及二次注浆填充空隙。同步注浆与二次注浆形成隧道的一道外围防水层，作为隧道的第一道防水层。壁后同步注浆对隧道的上浮、地面沉降、防水等能起到很大的作用，但注浆遇到地下沉压水或其他分水流时，壁后浆液可能会被稀释和带走。故在浆液搅拌时宜加入水泥、石灰等材料（厚浆），使浆液尽早凝固成实体。同步注浆在凝固后，可能会因为干缩而形成缝隙通道，从而增加此处渗漏水的机率，可通过在隧道内对周围地层采取补注单液浆或双液浆。

2.4管片背后注浆防水

目前国内地铁盾构隧道外径一般在6m左右，施工中，管片外径与盾壳外径之间的三维环状建筑空隙厚度一般在10cm左右。建筑空隙内的回填注浆，一方面起到稳定地层、防止其位移的作用，另一方面，包裹在隧道四周的浆液层也形成了相对隔水层，对隧道的防水起到积极作用。

国内在盾构施工过程中，对注浆的认识也在不断进步。起初认为盾构施工同步注浆只是为了回填管片背后的施工空隙、减少和控制地表沉降，现在则普遍认为同步注浆对控制整个隧道尤其是后期运营时的渗漏水有很大的作用；同步注浆的水泥用量也经历了从刚开始的不加水泥，到水泥掺量越加越多。目前，地铁盾构施工中基本采取每8～10环就要注一次水泥-水玻璃浆，不但将其作为控制管片上浮的有效手段，同时也是控制地下水和改良碴土的有效方法。可以这样说，在盾构法隧道施工中注浆是一道基本程序，对注浆的控制主要表现在对注浆量、注浆压力和注浆材料的控制，同时注浆工艺也在不断革新。

近年来，大比重浆液在上海地区得到了很好的应用，该浆液具有比重大、屈服强度高的特点，很好地解决了浆液的塑流性与早期相对较高的剪切强度之间的矛盾，满足浆液限定范围充填的目的。

结语

通过一系列的对策，确保了地铁盾构隧道的质量，减少了渗漏，同时也总结出了一套比较成功的控制方法，通过对现场防水作业进一步完善，使得以后的盾构施工防水作业得以系统化、规范化、标准化，争取将此施工工艺在业内广泛推广。

参考文献：

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[2]薛景沛.盾构法施工隧道的防水浅谈[J].隧道建设，2007，27（5）：61-63，66.

[3]朱祖熹.喷涂聚脲防水涂料在地铁与隧道工程中的应用[J].中国建筑防水，2010，21：43-48.