■ 地铁与隧道防水 某过＝工地铁盾构隧道管片渗漏水原因 分析及洽理技术 高 墅 （中铁隧道集团二处有限公司，河北廊坊０６５２０１） 摘要：某过江地铁盾构隧道在建设过程中出现了较多渗漏点，分析了该盾构管片渗漏水的原因，并将渗水情况进行了统 计和分类，进而提出了渗漏施工治理措施及管片接缝预防措施。 关键词：地铁盾构隧道；盾构管片渗漏；接缝；化学注浆 文章编号：１００７—４９７Ｘ（２０１５）一０６—００３２—０５ 中图分类号：Ｕ４５９．５；ＴＶ６９７．３＋２ 文献标识码：Ｂ Ｌｅａｋａｇｅ Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｒｉｖｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｓｕｂｗａｙ Ｓｈｉｅｌｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｅｇｍｅｎｔｓ Ｇａｏ Ｓｈｕ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｇｒｏｕｐ ２ｎｄ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｎ【出ｎｇ，Ｈｅｂｅｉ ０６５２０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｙ ｌｅａｋａｇｅｓ ｈａｐｐｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｒｉｖｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｓｕｂｗａｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｌｅａｋｉｎｇ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｓｅｇｍｅｎｔｓ，ｃｏｕｎｔｓ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｓ ｌｅａｋｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｔ ｃｏｍｅｓ ｕｐ ｗｉｔｈ ｌｅａｋａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｊｏｉｎｔｓ ｌｅａｋａｇｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｗａｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｓｈｉｅｌｄ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｌｅａｋａｇｅ；ｊｏｉｎｔ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ｇｒｏｕｔｉｎｇ 城市地铁建设中，盾构隧道应用越来越多，盾构 隧道的防水问题也引起了人们的注意。盾构隧道漏 水涉及到盾构制造、管片制造、防水材料质量及施工 此，总结渗漏水的成因、探讨渗漏水的处理方法，对治 理盾构隧道渗漏水问题具有重大意义【１］。 １工程概况 状况等诸多方面，而管片接缝为主要漏水隐患处，应 特别重视和防范。地铁隧道投入使用后，如发生渗漏 水问题，不仅影响隧道结构的耐久性，而且还会造成 某过江地铁盾构隧道长度为１ ８５５ ｍ，其中过江 河床的长度为１ ２４５ ｍ，隧道整体剖面呈中部低、两 侧高的倒人字形坡，隧道底标高为一９．１０～１．６０ ＩＴＩ，常 年平均水位标高约１６ ｉｎ，隧道顶板埋深为５．０２～ ２１．５０ ｍ。 地铁隧道内设备、设施受损，甚至危及行车安全。因 收稿日期：２０１５一ｏｌ一１５ 作者简介：高墅，男，１９８８年生，助理工程师，主要从事地铁工 程施工工作。联系地址：３３００３８江西省南昌市红谷滩新区地铁 １号线土建四标秋水广场站。 该隧道构造上主要受江大断裂带控制，据区测资 料显示，工程沿线主要有Ｆ１、Ｆ２两条较大的断裂带。 另有Ｆ５断层横穿该区间隧道，与隧道走向近于直 地铁与隧道防水 囊 交，其对工程的影响主要有岩体破碎所产生的隧道围 岩稳定性及破碎段基岩裂隙水对隧道施工不利性这 两个方面。 比过大，出现气孔和微裂纹，管片自防水不过关。此 外，管片接缝结构存在缺陷，设计不合理。 ３．３止水材料原因 ３．３．１衬砌接缝止水条 盾构区间掘进完成后，进行二次注浆，注浆材料 为水泥一水玻璃双液浆。注浆完成后，进行渗漏水详 细统计，结果显示，左右双线渗漏点多达９００余处。 经对比遇水膨胀橡胶条和多孔三元乙丙弹性橡 胶（ＥＰＤＭ）的各项性能指标『３＿，本盾构隧道设计采用 ２防水要求及防水设计 ２．１防水要求 本隧道工程结构防水按ＧＢ ５０１０８－－２００１《地下 工程防水技术规范》进行设计。区间隧道及联络通道、 泵站要求达到二级防水标准，即：渗水量≤０．１ Ｌ／ｍ （２４ ｈ）、任意１００ ｍ 渗水量≤１５ Ｌ（２４ ｈ）。隧道顶部 不允许滴水，侧面允许有少量偶见湿渍，隧道内表面 湿渍面积／总内表面积≤６／１ ０００，任意１００ ｒｆｌ 湿渍不 超过４点，任意湿渍面积≤０．２ ｍ 。衬砌接头不允许 漏泥砂、不允许滴漏，拱底在嵌缝作业后不允许渗水。 ２．２防水设计 目前国内地铁盾构法隧道结构一般为单层预制 混凝土管片拼装衬砌，隧道断面为圆形，防水设计主 要内容包括混凝土管片衬砌自防水、管片外防水涂 层、管片接缝防水（弹性密封止水带防水和嵌缝防 水）、螺栓孔处防水、渗漏处理以及管片外孔隙充填注 浆等，其中管片接缝防水是影响盾构隧道渗漏水的关 键。 ３盾构隧道渗漏水成因分析 ． 盾构隧道渗漏水的原因是多方面的，依据工程经 验，可将其分为：地质环境原因、管片原因、止水材料 原因、施工工艺原因及使用期间产生的问题【２Ｊ。 ３．１地质原因 一般说来，造成渗漏水的地质环境原因主要有： 地质状况、地下水压力。本工程中，地质为硬岩富水 地层、基岩裂隙水发育、外部水压高，造成同步注浆效 果不好，浆液注入管片后，很快被水稀释，没有凝固。 ３．２管片自身原因 本工程中，管片在制作时配比、养护不合理，水灰 了多孔三元乙丙弹性橡胶。 管片衬砌环缝应在出现最大计算变形量时，仍保 持在规定压力（等于隧道实际承受的最大水压）下不 渗漏。根据ＤＢＪ Ｏ８—５０—９６《盾构法隧道防水技术规 程》 ，变形量的计算方法为： （１） 其中：６为环缝中弹性防水密封垫在设计水压力作用 下允许的环缝开值，ｍ；ｐ 为隧道纵向变形曲线最小 曲线半径（由设计定），ｍ；Ｄ为隧道外径，ｍ；Ｂ为管片 环宽，ｍ；６ｏ为生产及施工误差可能造成的环缝间隙， ｍ； 为隧道临近建筑物及桩基沉降等引起的隧道挠 曲和接缝张开值，ｍ。 从式（１）可以看出：管片外径、环宽确定时，变形 量主要受曲线半径、施工误差、使用期间沉降的影响。 但在实际施工过程中，部分管片衬砌环缝最大计 算变形量已大大超出设计允许值。由于管片接缝变 形，止水带膨胀不足以补偿接缝的变形，接缝处将会 产生一定间隙，从而造成地下水通过该间隙渗入，沿 管片接缝及螺栓孔内流出。 ３．３．２嵌缝防水、手孔封堵 部分盾构隧道区间设计有嵌缝防水，例如：拱底 嵌缝采用单组分聚氨酯膨胀密封胶加封氯丁胶乳快 硬水泥嵌填；拱顶嵌缝采用高模量聚氨酯密封胶嵌 填。这种防水设计在一定程度上降低了渗漏水发生 的可能性，但上部嵌缝施工质量不易保证。地铁运营 后，可能发生嵌缝材料脱落的情况，影响运营安全，因 此部分人员对嵌缝持怀疑态度。 ３．４施工工艺 地铁与隧道防水 表１盾构隧道区间渗漏水分析 渗漏 类型 主要原因分析 频数，处 频率／％ 液稳定性好，在常温、常压下存放一定时间其基本性 质不变；浆液在凝胶或固化时收缩率小或不收缩；② 浆液是真溶液，黏度小，流动性、可灌性好；③浆液的 环缝 渗漏 １）管片拼装姿态不好，管片环与环之 间有间隙，橡胶止水带未完全起到止 水作用；２）纵向螺栓未打紧、未复紧， ５９５ 管片止水条挤压不紧。 凝胶或固化时间可在一定范围内按需进行调节和控 ６５ 制，凝胶过程可瞬间完成。 本工程对常见的化学注浆材料对比后，考虑工程 错台 渗漏 无法精 无法精 管片错台造成橡胶止水带挤压不紧。 确确定 确确定 后期强度、固化收缩率等条件及以往工程施工情况， 纵缝 １）环向螺栓未打紧到位；２）封顶块处， 渗漏 管片纵缝间隙过大，造成橡胶止水带 ９０ １０ 失效。 螺栓孔 １）螺栓未打紧；２）螺栓孔防水橡胶圈 渗漏 未起作用；３）螺栓孔处管片开裂。 ９１ １０ 裂缝 管片开裂，造成渗漏水通道。 ９ １ 吊装孔 吊装孔于二次注浆钻孔时打穿，二次 １２９ １４ 渗漏 注浆施工后未及时封堵严密。 ４．２分析结果 本盾构隧道渗漏水主要集中在环缝及吊装孔，通 过对本隧道区间渗漏水情况分类统计分析，得出以下 结论： １）环缝渗漏水占渗漏点总数的６５％，约为其他 情况总和的２倍。 ２）吊装孔渗漏居第２位，吊装孔渗漏大多为二次 注浆钻孔造成，如注浆结束时有效执行“停水玻璃一 注水泥浆充满管路一关闭注浆阀 打开泄压阀一拆 除注浆头一清水清洗管路”的做法，能在最大程度上 减少吊装孔开孔后渗漏的情况。 ３）前期渗漏水主要集中在管片上部及拱腰处。 ５盾构区间渗漏水处理措施 已经掘进完成的盾构区间，如处理不好渗漏水问 题，在地铁运营过程中，不仅直接影响隧道结构的耐 久性，还可能导致地铁隧道内相关设备、设施出现不 同程度的受损，严重者危及行车安全。同步注浆、二 次注浆完成后，嵌缝、手孔封堵前，如隧道还有明显 的渗漏水，就需要对隧道进行化学灌浆。 ５．１灌浆材料选择 化学灌浆材料的一般性能应符合下列要求：①浆 选用了广州某公司生产的双组分环氧树脂灌浆材料 （型号为Ｅ一４４），辅以快凝水泥封堵止水针头。 ５．２灌浆材料配比 不同厂家、品牌的双组分环氧树脂浆材的操作时 间、固化时间、固化适合温度是不同的。环氧树脂浆材 的固化时间和固化剂、固化温度有关系。一般说来，在 相同固化剂的条件下，温度越高，固化时间越短。现在 市场上的环氧树脂浆材，固化时间一般在几分钟至数 小时之间可调，可根据施工要求选择和调整。 本隧道工程注浆施工中，选用的改性环氧树脂浆 材，配合比为２：１（质量比）。现场根据隧道内的温度， 通过改变Ａ、Ｂ组分的混合比例来调节可操作时间， 使操作时间控制在２０ ｍｉｎ至２ ｈ之间。 ５．３堵漏施工工艺 １）清理：用钢丝刷清除拼缝内的浮泥、泥垢，详细 检查、分析渗漏情况，确定注浆孔位置及间距；将需施 工的区域清理干净，凿除混凝土表面析出物，确保表 面干净、润湿。 ２）钻孔：使用电钻等工具沿裂缝两侧钻终止孔， 钻头直径为１４ ｍｍ，钻孔角度宜≤４５。，钻孔深度≤管 片厚度的２／３，钻孔必须穿过裂缝或管片接缝，但不 得将管片打穿，钻孔与裂缝间距≤管片厚度的１／２。 钻孔间距为２０～６０ ｅｍ。可根据现场情况适当调整钻 孔间距。 ３）埋嘴：在钻好的孔内安装注浆嘴（又称止水针 头），并用专用内六角扳手拧紧，使注浆嘴周围与钻孔 之间无空隙。图２为注浆针头作业示意图。 地铁与隧道防水 戮 ；嚣鞭黪 巍 嬲 ｅ 糍 ｕｕ ｕ糍蠹蕊 嚣 ＊ 澍ｕｕｘ 凇 瓣 鬻爨糍糍 辩 嬲 穗懋 嬲 ｌ ２）及时修补破损的管片。对于由于推进或是拼装 过程中被挤坏的管片，应立即用“堵漏王”、快凝水泥 等修补材料修补，避免影响止水带工作和裂缝的产 生。 ３）控制传力垫的厚度，较厚传力垫位置的止水条 图２注浆针头作业示意图 ４）洗缝：用高压清洗机向注浆嘴内注入洁净水， 观察出水点情况，并将缝内粉尘清洗干净。 ５）封缝：洗缝时出现渗水的裂缝，其表面用快干 水泥进行封闭处理，目的是注化学浆时不跑浆。 ６）拌浆：通过现场配合试验，将环氧树脂浆材的 Ａ、Ｂ组分混合搅拌均匀。 ７）注浆：使用高压注浆机向注浆孔内灌注改性环 氧树脂浆液。立面注浆顺序为由下向上；平面可从一 端开始，单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆后， 注浆压力设置为０．４—０．５ ＭＰａ，达到压力后闭管待凝， 即可停止该孔注浆，改注相邻注浆孔。 ８）拆嘴：待浆液固化后，即可切断外露的注浆嘴。 清理干净已固化的溢漏浆液。 ９）封口：用快干水泥进行注浆口修补、封口处理。 ５．４化学注浆效果 通过对隧道内渗漏位置进行两次化学注浆处理， 渗漏水情况得到了很好的控制，漏水现象得以杜绝， 渗水处数量降至每百环２处以下，高于验收标准。 进行两次化学注浆作业后，隧道衬砌拱顶、拱腰 位置已无明显渗水，零星渗水位置现场观察为阴湿、 轻微湿迹。 ６管片接缝渗漏预防 １）提高管片的拼装质量，拼装时保证管片的整圆 度，保证止水条的正常工况。 上应加贴一道薄层遇水膨胀橡胶止水条。 ４）严格按照规程清理止水槽、粘贴管片止水条。 ５）管片螺栓应拧紧，并及时复紧，避免螺栓松弛 影响止水带的可靠性。 ６）打穿的吊装孔、注浆孔应及时注满水泥浆、并 用快凝水泥封堵。 ７结语 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。所谓“综合治 理”，即不但要从管片拼装质量着手，还要控制盾构掘 进的姿态以及后期渗漏水治理等多个方面。盾构隧 道的防水处理中，精心科学的施工、可靠的质量保证 体系，二者缺一不可。希望通过上述的统计、分析以 及渗漏水治理，给同行以参考和借鉴。 参考文献： 【ｌ】张学敏．运营地铁盾构隧道渗漏水整治及管片穿孔处理方 式探讨［ＲＩ．广州市地下铁道总公司，２０１４． ［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］吴祥红，童智能．地铁盾构法隧道衬砌接缝防水施工技术 【Ｊ］．广东土木与建筑，２００３（１２）：４４—４６． ［４］上海市市政工程管理局．ＤＢＪ ０８—５ｏ＿－９６盾构法隧道防 水技术规程［Ｓ］．上海，１９９６． ［５】朱妍．浅谈地铁隧道管片堵漏的方 ＪＩ．地下工程与隧道， ２００９（Ｓ１）：６０—６２． ［６］李文广．泥水盾构隧道渗漏机理及施工控制措施研究 铁 道标准设计，２００７（５）：７０—７３． 【７］柳林超．盾构隧道施工灾害（安全）评估和灾害应急处治系 统研究［ＤＪ．重庆：重庆交通大学，２０１０． ［８］张友勇．隧道掘进水压爆破技术应用与效果［Ｊ］．隧道建设， ２００７，２７（５）：６４—６６．