淺談盾構(gòu)隧道管片拼裝接縫的防水處理

 

 

 

1工程概況及地質(zhì)結(jié)構(gòu)

 

廣州地鐵二號(hào)線“赤崗—鷺江區(qū)間隧道”盾構(gòu)工程,其主體結(jié)構(gòu)為內(nèi)徑5.4m的圓形鋼筋混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu),全長(zhǎng)為4122.606m,分兩個(gè)區(qū)間隧道。兩個(gè)區(qū)間均為“V”字坡,赤崗至客村最大坡度為9.636‰,隧道上覆土厚度最大約14m、最小約8m;客村至鷺江最大坡度為4.14‰,隧道上覆土厚度最大約13m、最小約10m。地下水賦存方式包括第四系孔隙水和基巖裂隙水兩種,混合水位一般埋深0.80~4.0m,平均埋深1.75m,隧道處最大靜水壓力約為1.83kg/cm2。隧道穿越地層主要是粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、中風(fēng)化帶,有七段穿過(guò)微風(fēng)化帶。隧道通過(guò)微風(fēng)化巖層時(shí),巖體均有夾層存在及斜面產(chǎn)生,施工難度極大。該項(xiàng)目在實(shí)施中進(jìn)行了一系列的新嘗試和技術(shù)革新。

 

2管片襯砌結(jié)構(gòu)防水施工質(zhì)量控制

 

地下隧道工程難免遇到接縫問(wèn)題,因此尋找安全、快速、經(jīng)濟(jì)的隧道接縫防水方法、防水材料等施工技術(shù)顯得非常重要。目前國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)一般為采用單層預(yù)制混凝土管片拼裝襯砌的圓形斷面結(jié)構(gòu),其防水施工主要包括:管片襯砌結(jié)構(gòu)自防水、襯砌外防水涂層、襯砌接縫防水(彈性密封墊防水、嵌縫防水)、螺栓孔防水、滲漏處理(盾尾充填注漿等)。而其中控制隧道滲漏水質(zhì)量的主要施工工藝有:管片襯砌結(jié)構(gòu)自防水、襯砌接縫防水、盾尾充填注漿。

 

2.1管片結(jié)構(gòu)防水施工要點(diǎn)

 

(1)管片混凝土自防水:防水材料采用高抗?jié)B等級(jí)(S12)的混凝土。

 

(2)普遍采用的一種防水材料是彈性止水條,其耐久性和防水效果都已得到證實(shí)(圖1)。(3)管片接縫按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行嵌縫,螺栓孔采用遇水膨脹橡膠墊防水。

 

(4)注漿孔的防水:原則上不通過(guò)管片吊裝孔注漿,以避免注漿孔漏水。

 

2.2管片止水條粘貼

 

(1)管片表面要平滑,側(cè)面不能有孔洞和缺邊;管片和止水條應(yīng)干燥,沒(méi)有灰塵和油脂。

 

(2)將止水條套在管片上,檢查型號(hào)及位置是否正確,并將其懸掛于管片上。

 

(3)用稀釋液清洗止水條和管片,側(cè)面和底面一定要清洗干凈。

 

(4)待稀釋液揮發(fā)后,開(kāi)始涂膠水,膠水要100%覆蓋止水條和管片的底部和側(cè)面。先涂止水條,后涂管片,膠水用量要適宜。

 

(5)膠水溶劑揮發(fā)以后,將止水條裝入槽內(nèi),粘結(jié)順序?yàn)橄榷踢吅箝L(zhǎng)邊、從中間到角邊。

 

(6)最后用錘擊打止水條,使其與管片粘結(jié)牢固。

 

2.3管片成品檢漏試驗(yàn)

 

引起隧道滲漏水的原因主要是防水材質(zhì)不良或違反操作規(guī)程造成的,從施工工藝看,具體可分為以下幾類(lèi):①管片在制作時(shí)養(yǎng)護(hù)不合理,表面出現(xiàn)氣孔和龜縮裂縫;管片在運(yùn)輸、拼裝中受擠壓、碰撞,缺邊掉角;②水膨脹橡膠粘貼不牢,或下坡時(shí)過(guò)早浸水使膨脹止水效果降低;③管片拼裝質(zhì)量差,螺栓未擰緊,接縫張開(kāi)過(guò)大;④手孔、螺栓孔、注漿孔等薄弱部位未加防水墊片,封孔施工質(zhì)量差。

 

管片接縫防水包括彈性密封墊防水、嵌縫防水和向接縫內(nèi)注入聚氨酯藥液等。下面介紹可靠性高的彈性密封墊防水的各種要求。

 

(1)功能要求

 

①短期防水要求密封材料因壓縮產(chǎn)生的接觸面應(yīng)力大于設(shè)計(jì)水壓力;長(zhǎng)期防水要求接觸面應(yīng)力不小于設(shè)計(jì)水壓力。

 

②密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許張開(kāi)值應(yīng)滿(mǎn)足下式:δ≤BD/(ρmin-0.5D)+δ0+δs

 

式中　δ———環(huán)縫中彈性防水密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許的縫張開(kāi)值(mm);

 

ρmin———隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm);

 

D———襯砌外徑(mm);

 

B———管片寬度(mm);

 

δ0———生產(chǎn)、施工中可能產(chǎn)生的環(huán)縫間隙(mm);

 

δs———鄰近建筑物引起的接縫張開(kāi)值(mm)。

 

本工程設(shè)計(jì)最大水頭為18.3m,按規(guī)范要求錯(cuò)縫寬度小于或等于10mm。取錯(cuò)縫寬度應(yīng)為10mm,由止水條耐水試驗(yàn)結(jié)果得知:δ≈7.2mm。已知ρmin=350m,B=1.5m,D=6.0m,δ0=1mm,δs=0mm。代入上述公式計(jì)算求得:δ=26.94mm。δ≈7.2mm26.94mm,證明完全滿(mǎn)足功能要求。

 

(2)耐久性要求

 

包括防水功能耐久性、耐水性、耐動(dòng)力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性等。

 

(3)密封材料種類(lèi)

 

一般可分為單一的、合成的及水膨脹性的材料�，F(xiàn)多采用水膨脹橡膠,它可大大改善盾構(gòu)隧道的防水性,是今后的發(fā)展方向。在設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時(shí)間及環(huán)境可能造成的影響。

 

3管片接縫防水材料的選型

 

3.1管片接縫防水材料的現(xiàn)狀

 

管片接縫防水材料主要有兩種:一種是以日本為代表的遇水膨脹橡膠,另一種是多孔彈性橡膠(EPDM)。遇水膨脹橡膠止水條這種材料之所以在日本應(yīng)用非常廣泛,主要是因這種材料首先由日本開(kāi)發(fā)、價(jià)格低;另一個(gè)原因是日本盾構(gòu)隧道通常采用雙層襯砌,即在管片襯砌內(nèi)再現(xiàn)澆一道混凝土襯砌,對(duì)第一道襯砌的防水質(zhì)量要求并不象國(guó)內(nèi)這樣高。但遇水膨脹材料主要是用于日本而并不為歐美國(guó)家所接受,其主要原因是擔(dān)心其耐久性。國(guó)內(nèi),廣州地鐵一號(hào)線及二號(hào)線其它區(qū)間隧道管片接縫防水采用了EPDM彈性止水條,上海地鐵一號(hào)線采用了彈性密封墊,未見(jiàn)采用進(jìn)口的EPDM彈性止水條做隧道管片接縫防水。兩種管片接縫材料對(duì)比見(jiàn)表1。3.2管片接縫防水材料的選定

 

隧道工程的管片襯砌接縫的防水質(zhì)量一直是個(gè)難題,根據(jù)管片設(shè)計(jì)對(duì)止水條的要求,并經(jīng)過(guò)多方比選,本工程采用了德國(guó)PHOENIX公司生產(chǎn)的EPDM彈性止水條,其主要產(chǎn)品成份為三元乙丙橡膠(EP-DM),設(shè)計(jì)成截面尺寸為33mm×16mm的多孔橡膠密封圈結(jié)構(gòu)形式(圖2)。4EPDM材料試驗(yàn)分析

 

根據(jù)管片設(shè)計(jì)對(duì)止水條的要求,短期、長(zhǎng)期防水密封材料因壓縮產(chǎn)生的接觸面壓應(yīng)力應(yīng)大于設(shè)計(jì)水壓力。通過(guò)EPDM彈性止水條材料的試驗(yàn)分析,反映出該止水材料防水和抗變形能力的優(yōu)越性能指標(biāo)如下:

 

(1)性能試驗(yàn)

 

通過(guò)試驗(yàn),EPDM彈性止水條的各項(xiàng)性能見(jiàn)表2。(2)耐水壓試驗(yàn)

 

從EPDM材料分析的試驗(yàn)曲線(圖3)可以看出,在兩條橡膠沒(méi)有錯(cuò)開(kāi)的情況下,當(dāng)橡膠僅壓縮7mm時(shí),也就是接縫寬度為5mm時(shí),能夠抵抗6MPa的水壓,相當(dāng)于600m水頭;在兩條橡膠錯(cuò)開(kāi)20mm的情況下,當(dāng)橡膠壓縮10mm時(shí),也就是接縫寬度為2mm時(shí),同樣能夠抵抗6MPa的水壓,相當(dāng)于600m水頭,防水能力非常高。5結(jié)　語(yǔ)

 

從廣州地鐵二號(hào)線“赤-鷺區(qū)間盾構(gòu)隧道”工程的防水質(zhì)量評(píng)定(表3)可看出,盾構(gòu)隧道防水工程質(zhì)量合格率為100%,優(yōu)良率為93.1%。管片接縫防水設(shè)計(jì)采用了性能優(yōu)越的進(jìn)口EPDM彈性止水條,較好地解決了地鐵隧道滲漏問(wèn)題,竣工實(shí)測(cè)隧道殘余滲水量赤-客段僅為0.0203L/m2.d,客-鷺段僅為0.0331L/m2.d,遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)允許值(0.1L/m2.d)�？傮w上看,EPDM彈性止水條防水效果是好的,但也存在有待解決的一些問(wèn)題:

 

(1)襯砌管片K安裝時(shí),由于摩擦力過(guò)大,容易將止水條撕開(kāi)帶出,造成防水效果不佳,因此管片K滲漏水問(wèn)題有待改進(jìn)。

 

(2)管片密封槽被破壞,止水條防水失效,因此施工過(guò)程中如何確保密封槽完好,也是有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。