盾构法施工地铁隧道的防水堵漏技术
盾构法施工地铁隧道的防水堵漏技术
铁工1401班 第2组
组长：常博
组员: 赵 昶 郭相凯 王同祥
刘 鹏 袁自程
目 录
一、 国内外隧道建设及防水情况……………………………………2
二、 盾构法隧道的防水设计…………………………………………2
1、管片结构的自防水…………………………………………………3
2、管片外防水涂层……………………………………………………3
3、管片接缝防水………………………………………………………4
4、注浆防水……………………………………………………………7
5、盾尾防水密封………………………………………………………7
三、 盾构法隧道的堵漏………………………………………………7
1、盾构法隧道渗漏水的原因…………………………………………8
2、盾构法隧道渗漏水的措施…………………………………………8
四、 总结………………………………………………………………9
摘 要 介绍国内外盾构法隧道防水堵漏的技术方法，分析隧道渗漏水的机理，总结盾构法隧道防水堵漏技术措施，以及一些常见问题及其应对措施。
关键词 城市地铁 防水技术 隧道防水 隧道堵漏
一、 国内外隧道建设及防水情况
国内外已建成大量地铁、隧道，逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系，但是在隧道及地下工程的防水方面认识则相对落后。地铁不可避免地要经过含水量较高的地层(如上海地铁所处地层大多为饱和含水软粘土层)，所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水、堵漏措施，地下水就会侵入隧道，影响其内部结构与附属管线，乃至危害到地铁的运营安全和降低隧道使用寿命。 盾构隧道渗漏水的位置是管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料，以西德为代表的欧洲方面，采用非膨胀合成橡胶，靠弹性压密，以接触面压应力来止水，以耐久性与止水性见长。以日本为代表的方面，则采用水膨胀橡胶，靠其遇水膨胀后的膨胀压止水。它的特点是可使密封材料变薄、施工方便，但耐久性尚待验证。国内主要采用水膨胀橡胶，并已开始研究开发水膨胀类材料与密封垫两者的复合型。
二、盾构法隧道的防水设计
一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。盾构法隧道防水主要要求是在一定的水压作用下，除了管片必须具有防水抗渗能力外，更应满足管片环纵缝在预定张开量下的
防水能力。其防水施工的内容主要包括：管片自防水、管片外防水涂层、管片接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水）、注浆防水、渗漏处理(盾尾充填注浆等)。
1、管片结构的自防水
管片结构自防水是防水的根本，只有衬砌管片混凝土满足自防水的要求，隧道的防水才有了基本保证。
因此，管片结构的自防水是盾构法隧道防水的首要措施，在设计
和施工中，主要通过满足管片混凝土的抗渗要求和管片预制精度要求来实现。盾构法隧道衬砌管片多用外加剂防水混凝土，抗渗可达 S12以上，渗透系数 K
(1) 保证强度；
(2) 生产时不允许产生裂缝；
(3)限制水泥用量，控制水灰比、坍落度，控制砂石含泥量，添加高效减水剂和活性填桃磨细粉煤灰、高炉矿碴粉或硅粉)等外掺剂；
(4) 管片采用蒸气养护或浸水养护等；
2、管片外防水涂层
管片外防水涂层需根据管片材质而定，凡有较深裂纹的管片一般
都要增加外防水涂层。对钢筋混凝土管片而言，一般要求：
①涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压磨损条件下保持完
好，不损伤、抗渗水；
②当管片弧面的裂缝宽度达0.3mm 时，仍能抗0.8MPa 的水压，
长期不渗漏；
③涂层应具有防迷流的功能，其体积电阻率、表面电阻率要高： ④涂层应具有良好的抗化学腐蚀、抗微生物侵蚀能力和足够的耐
久性，且无毒或低毒；
⑤涂层要有良好的施工季节适应性，施工简便，成本低廉。
管片外防水涂层，除应涂抹于管片背面外，还应涂抹在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土上。但应指出，若管片制作质量高，采用抗侵蚀水泥，不做外防水层也是可以的。
3、管片接缝防水
管片接缝防水是盾构法隧道防水的核心，而管片接缝防水的关键是接缝面防水密封材料的采用及其设置。管片接缝防水措施主要包括：密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水等。
(1) 弹性密封垫防水
在使用高精度管片的基础上，采用弹性密封原理、线性密封方式、密封材料预制成型施工法，制成具有特殊断面形式的弹性密封垫。它通常加工成框形、环形，套裹在环片预留的凹槽内，形成线防水。 弹性密封垫防水的各种要求：
① 功能要求
短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大于设计水压力；长期防水要求接触面应力不小于设计水压力；密封垫在设计水压力下允许张开值应满足下式：
≤BD/(ρmin-0.5D)十0 十S-------------------------------------（1—1）
式中： δ--环缝中弹性防水密封垫在设计水压力下允许的缝张开值(mm)；
ρmin--隧道纵向挠曲的最小曲率半径(mm)；
D--衬砌外径(mm)；
B--管片宽度(mm)；
0 --生产、施工中可能产生的环缝间隙(mm)；
S--邻近建筑物引起的接缝张开值(mm)。
② 耐久性要求
包括防水功能耐久性、耐水性、耐动力疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学腐蚀性等。
③ 密封材料种类
可分为单一材料的、合成材料的及水膨胀的。现多采用水膨胀橡胶。它大大改善了盾构法隧道的防水性，是今后的发展方向。在设计时必须根据实际情况确定合适的膨胀倍率、膨胀时间及环境可能造成的影响。
(2) 嵌缝防水
嵌缝防水是以接缝弹性密封垫防水作为主要防水措施的补充措施。即在管片环缝、纵缝的内侧设置嵌缝槽，用止水材料在槽内嵌填密实来达到防水目的。
嵌缝填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸性、抗老化性，特别要能与潮湿的混凝土良好结合，并具有不流坠的抗下垂性，以便在潮湿环境下进行施工。目前多采用环氧树脂、聚硫橡胶、
聚氨脂、环氧焦油等作为嵌缝材料。
嵌缝作业在环片拼装完成后过一段时间才能进行，亦即在盾构推进力对它无影响，衬砌变形相对稳定时进行。
(3) 螺栓孔防水
螺栓孔防水也是管片接缝防水的一种补充方式。管片拼装完成后，若管片接缝外侧的防水弹性密封垫止水效果好，一般不会从接缝内侧的螺栓孔发生渗漏。但在密封垫失效和环片拼装精度差的部位，螺栓孔处会发生渗漏，因此，必须对螺栓孔进行专门的防水处理。 目前，我国普遍采用橡胶、聚乙稀及合成树脂等做成环形密封垫圈，靠拧紧螺栓时的挤压作用充填到螺栓孔间，以达到止水的目的。在日本，采用塑料螺栓孔套管进行防水，
（4）二次衬砌防水
在管片的上述接缝防水措施不能完全满足止水要求时，可在其内侧再浇筑一层素混凝土或钢筋混凝土二次衬砌，构成双层衬砌。 二次衬砌做法各异，主要有直接在管片内侧浇筑混凝土内衬砌；在管片内表面先喷一层15～20mm厚的找平层后，粘贴油毡或合成橡胶类防水卷材，再在防水卷材内侧浇筑混凝土内衬。混凝土内衬的厚度根据防水及施工的需要确定， 一般为150～300mm。
目前，大多数国家都致力于研究解决单层衬砌防水技术，逐步以
单层衬砌防水取代二次衬砌防水，从而提高盾构法隧道建造的经济效益。
4、注浆防水
当管片脱 离盾尾后, 在土体与管片之间会形成一道宽度为
115mm~ 14 0mm左右的环形空隙。
同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层,
防止地 面变形过大, 同时也对后期运营时的渗漏水有很大的作用。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。对注浆工艺也在进行不断的改革和创新。
5、盾尾防水密封
盾构推进中, 拼装管片是在盾壳的保护下进行的。为此,在盾尾和管片外壁之间间隙中装有阻挡泥沙密封的盾尾密封装置。盾尾密封装置一般为刷式密封,通常设置2或3道密封.密封腔之间应该填满润滑油脂等。提高密封的耐磨性。盾尾密封油脂有密封、防蚀和减少钢丝刷 (严格说是钢丝刷与小弹簧钢片 的组合)磨损的效果, 并共同阻挡土层泥砂与盾尾注浆材料 回流。
盾尾封油脂应具有耐水压性、耐水冲性、可泵性、 与金属附着
力和保油性等。此外, 油脂应不侵蚀橡胶密封垫,不易附着在管片混凝 土表面, 以及设有难燃型的品种.此外还必须要求盾尾密封油脂的生物降解性,以减少对环境的污染。
三、盾构法隧道的堵漏
渗漏水调查是堵漏过程中的首要环节。调查的内容一般侧重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的损坏情况等。主要是查清渗漏水的原因和水的渗入途径，并由此制定渗漏水治理方案。
盾构法圆环隧道的渗漏水治理效果很大程度上取决于堵漏作业
人员的经验。而缺少严格、正确的渗漏水调查也是堵漏失败的一大原因，这一点必须得到足够的重视。
1、盾构法隧道渗漏水的原因
(1) 管片壁后注浆的质量差、充填不密实，不能使围岩和衬砌整体协调受力，造成受力不均，局部变形过大，首道防水层失去作用而引起渗漏水。
(2) 管片在制作时养护不合理、水灰比过大，出现气孔和微裂纹。
(3) 管片在运输、拼装中受挤压、碰撞、缺边掉角。
(4) 遇水膨胀橡胶密封垫粘贴不牢，或过早浸水使膨胀止水效果
降低。
(5) 管片拼装质量差、螺栓未拧紧，造成接缝张开过大，手孔、注浆孔等薄弱部位封孔质量差，螺栓孔未加防水密封垫圈等。
2、盾构法隧道渗漏水的措施
(1) 对于集中成片渗漏区，宜利用环片注浆孔注浆壁后回填。即钻穿注浆孔，再注入超细早强水泥浆、有溶性聚氨酯浆液等堵漏。
(2) 对于管片环缝、纵缝的局部线漏、滴漏，宜采用钻新孔环片壁后注浆堵漏。具体方法是：在渗漏严重处先打一小孔，直径一般为2-3cm，插入塑料细管引排渗漏水，同时插入注浆管，向管片壁后压注水玻璃水泥浆、聚氨酯浆等材料封堵渗漏水通道。当确认不渗漏水时剪断注浆管，最后用快凝水泥封闭孔及周边缝。
(3) 对于管片裂缝引起的渗漏水，可根据裂缝宽度，按如下两种
情况处理：
① 宽度大于0.2mm 的裂缝应先注浆堵漏，再用氯丁胶乳、丙烯酸乳液等进行表面涂抹封闭裂缝，这些材料具有很大的弹性、粘结性和自身强度，能适应裂缝以后的发展变形。
② 宽度小于等于0.2mm 的微裂缝，据实践调查表明，在具有一
定厚度(300mm 以上)和承受的水压不大时，不会出现影响隧道使用的明显渗漏；当水压不太大时，会出现潮湿裂缝或轻微渗漏水，这时
混凝土的裂缝具有自愈能力，同时渗漏水对钢筋锈蚀影响也不明显。
因此，处于地下水中的混凝土裂缝的允许宽度，其上限一般定为
0.2mm。对于这类型裂缝，只需采用 AS 混凝土墙面涂料、SWF 水泥密封材料等作表面涂刷封闭处理，即能达到堵漏的要求。
四、总结
盾构法施工隧道的防水，必须采取“以防为主，多道防线，综合治理，标本兼治”的原则。不但要从防水设计、施工着手，还要从衬砌结构设计、管片拼装质量、控制隧道的后期不均匀沉降等方面进行综合处理。经过合理正确的设计，精心科学的施工，可靠的质量保证体系，相信可以取得预计的效果。