34盾构隧道防水施工综合技术解析.docx
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34盾构隧道防水施工综合技术解析
3-2-34盾构隧道防水施工综合技术
1前言
1.1工艺原理及特点
国内外已建成大量地铁、隧道，大部分城市地铁都修建在地下水位以下的富水地层中，长期遭受地下水的侵蚀和渗透等破坏作用，如果没有针对施工环境和地质条件的可靠防水措施，地下水就会浸入隧道，影响其内部结构与附属管线，乃至危害到地铁的运营和降低隧道使用寿命。
盾构隧道防水原则：
遵循“以防为主，以堵为辅，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则。
盾构隧道防水以高精度、高强度、高抗渗性的管片自防水为根本，以管片接缝防水为重点，以嵌缝、注浆孔、螺栓孔、接口防水等细部处理为辅，确保盾构隧道不渗不漏。
1.2适用范围
适用于城市地铁盾构区间隧道防水施工。
2盾构隧道防水施工工艺
2.1工艺流程图
防水施工工艺流程图如下图2-1所示
图2-1防水施工工艺流程图
2.2防水施工技术标准
城市地铁区间隧道防水等级规定为二级：
每昼夜流水量不大于0.06L/m，任意100m2每昼夜渗水量不大于10L。
隧道顶部不允许滴水，侧面允许有少量，偶见湿渍，即隧道内表面潮湿面积≤4/1000的总表面积，任意100m2湿渍不超过4点，任一湿渍面积≤0.15m2。
衬砌接头不允许漏泥砂和滴漏，拱底块在嵌缝作业后不允许有渗水。
2.3管片钢模制作精度及结构自防水
2.3.1管片钢模制作精度
管片模具精度和耐久性是管片精度的保证基础，直接关系到整条隧道的防水效果，需委托有经验的钢模制造商进行设计制造，并提供相应的技术保证。
钢模加工的精度要求见下表2-1：
表2-1钢模允许偏差表
序号
项目
单位
允许偏差
检验频率
检验方法
范围
点数
1
宽度
mm
+0.2
-0.4
每只
6
左、中、右三个断面各测一点
2
弦长
mm
±0.5
每只
2
两侧各测一点
3
底座夹角
s
±0.6
每只
4
四角各测一点
4
纵环向芯棒中心距
mm
±0.5
每只
2
抽查
5
内腔高度
mm
±1.0
每只
2
抽查
注：
每套钢模每生产100环管片须进行整体周期检测，并作好检查记录。
2.3.2管片结构自防水
（1）材料及配比选择
我国城市地铁管片结构的抗渗指标为S10、S12。
管片混凝土的配合比应根据原材料的选取，经过多次试配，综合比较后选取施工配合比。
管片生产所用的水泥、砂、石子、粉煤灰、外加剂、钢材等原材料应符合有关规范要求，且必须附有生产厂的产品质量保证书，并按规定批量进行复试。
在上料时，准确称量，坍落度在预定范围之内。
1）水泥：
选用42.5强度级普通硅酸盐水泥，生产龄期不小于7天。
2）砂：
选用质地坚硬的中粗砂，细度模数为2.3～3.0，粉细物质含量不大于2%，含水率小于2%，氯离子含量不超过0.04%。
3）碎石：
粒径为5～20mm，最大粒径不能超过25mm，质地坚硬，粉细物质含量不大于2%，压碎性指标不超过30%，氯离子含量不超过0.03%，可溶性硫酸盐按重量计不超过0.4%。
4）水：
采用清洁的不含有害物质的自来水，注意严格控制水灰比，水灰比不得超过0.45，可适当掺入减水剂来降低砼水灰比。
5）钢筋：
钢筋表面应清洁，不得有易脱落的锈皮、油漆等污垢；钢筋必须顺直，调直后表面的伤痕及锈蚀不应使钢筋截面积减少。
（2）混凝土浇注及振捣
管片钢模经检验合格才可放入钢筋笼、、预埋件，严格控制钢筋保护层。
管片自防水受其表面光滑程度及内在密实度的影响教大，因此在浇注过程中须严格控制混凝土的捣固。
振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，如不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间。
在振捣时不得碰到钢模、芯棒、钢筋及预埋件。
待混凝土初凝后可进行光面，并按粗、中、精三个工序进行。
（3）管片养护
混凝土光面后盖上密封的帆布罩，并进行蒸汽养护。
管片砼浇注结束后静养2小时，然后开始蒸养，蒸养护最高温度不超过60℃，相对湿度不小于90%，每小时温度增加不可超过15度。
直至达到养护强度，管片养护主要温度曲线见图2-2。
管片蒸养须严格分静停、升温、恒温、降温等四个阶段进行，蒸养制度具体如下表2-2：
表2-2蒸养制度表
条件
时间
静停
2～4小时（从浇捣结束后算起）
升温
≯15℃
最高温度
≯60℃
恒温时间
2～4小时（根据季节定）
降温进度
≯10℃
脱模温差
≯20℃
蒸汽养护6小时后脱模进入水池，浸水养护7天，然后进入堆场水喷养护7天以上，达到28天后方可出厂运输至工地。
2.4管片接缝防水
2.4.1接缝防水
接缝防水材料主要有两种，即遇水膨胀橡胶和多孔三元乙丙弹性橡胶。
除上海地铁采用遇水膨胀橡胶+三元乙丙弹性橡胶外，其余城市地铁采用多孔三元乙丙弹性橡胶。
（1）、功能要求
要求弹性橡胶密封垫传给管片密封槽接触面的应力大于设计水压力，且当隧道产生纵向变形时，管片环缝在规定水压力作用下不得透漏水。
即弹性橡胶密封垫在设计水压力作用下的允许张开值应满足下式：
式中：
δ--环缝在设计水压力作用下的允许张开值
B--管片宽度
D管片外径
ρmin--隧道纵向挠曲的最小曲率半径
δ0--生产、施工中允许产生的环缝间隙
δt--使用中其他因素可能产生的环缝间隙
（2）、材料要求
作为密封垫的材料必须满足接缝防水短期性和长期性的要求，它的耐久性应有严格的规定。
要求弹性橡胶密封垫在管片环纵缝张开0.6mm（包括管片密封槽制作误差、拼装误差）时，能长期抵抗0.6Mpa水压力。
三元乙丙橡胶密封垫性能和遇水膨胀橡胶止水带性能见表2-3及表2-4
表2-3三元乙丙橡胶密封垫性能表
项目
单位
指标
拉伸强度
MPa
≥9.5
硬度SH
°
55±5～70±5
伸长率
%
≥330
压缩永久变形（70℃×24h）
%
≤28
防霉等级
达到与优于2级
热空气老化
（70℃×168h）
硬度变化SH
°
≤+6
拉伸强度变化率
%
≥-15
扯断伸长率变化率
%
≥-30
表2-4遇水膨胀橡胶止水带性能表
项目
单位
指标
拉伸强度
MPa
≥3.5
硬度SH
°
42±7
体积膨胀倍率
%
≥150
扯断伸长率
%
≥450
低温弯折-20℃×2h
无裂纹
防霉等级
达到与优于2级
反复浸水试验
拉伸强度
MPa
≥3
扯断伸长率
%
≥350
体积膨胀倍率
%
≥150
外形尺寸误差：
长度纵向+3～-5mm、环向+5～-10mm、高度±0.5mm、宽度±1mm、接头允差±0.5mm。
三元乙丙橡胶密封垫和遇水膨胀橡胶止水带示意图见图2-3
图2-3三元乙丙橡胶密封垫和遇水膨胀橡胶止水带示意图
（3）、施工工艺
1）选购专业厂商生产的性能优良的防水密封条、粘结剂，并对进场的防水材料进行严格的检验，确保其质量的合格。
2）止水条（弹性橡胶密封垫）采用粘贴安装，在现场地面堆放场粘贴施工，每环管片止水条的粘贴应在安装前12～24h内完成。
在粘贴止水条时同时进行管片衬垫的粘贴。
待粘基面无尘、无油、无污、干燥，以保证粘贴质量。
3）粘贴步骤：
据管片计划选型→基面清理→槽内满涂粘结剂→密封条涂粘结剂→粘贴→用木锤或橡胶锤打压密贴。
4）对粘贴好止水条的管片，在装拼前应采取措施防止雨淋、水浸；在运输和装拼中应避免擦碰、剥离、脱落或损伤。
5）安装管片时采取有效措施避免损坏止水条，并应保证管片拼装质量，减少错台，保证其密封止水效果。
6）在密封垫表面加嵌膨胀条时，水膨胀条表面应涂刷缓膨胀剂，尤其是拱底块应涂刷二道。
2.4.2嵌缝防水
嵌缝防水施工工艺流程如下图2-4所示：
图2-4嵌缝防水施工工艺流程图
（1）、嵌缝材料及范围
管片内侧嵌缝范围：
在进出洞各20环（除变形缝环）和联络通道钢管片衬砌中心环缝各2环（已扣除钢管片环、变形缝环）范围内，整环环、纵缝采用遇水膨胀密封胶加氯丁胶乳水泥进行封填；
在变形缝、钢管片与钢管片、钢管片与混凝土管片之间整环环缝及钢管片上纵缝采用高模量聚氨脂密封胶封填。
其它区段拱顶45°范围内用高模量聚氨脂密封胶封填，拱底90°范围内用遇水膨胀密封胶加氯丁胶乳水泥嵌填。
（2）、嵌缝前的准备工作
嵌缝作业应在盾构千斤顶顶力影响范围外进行。
嵌缝作业不允许在有明显渗漏的衬砌环上进行，嵌缝施工前对整个隧道衬砌查找渗漏点，若发现明显渗漏，则须先采取衬砌壁后压注水泥-水玻璃双液浆堵漏，待无明显渗漏后进行。
嵌缝作业前，在管片拱顶45度与拱底90度进行放样弹线。
如果衬砌嵌缝槽有较大缺损则先进行修补，然后刷去缝内泥砂杂物，并清水冲洗。
（3）、嵌缝作业
1）按施工图纸要求先环缝后纵缝进行嵌缝施工
一般拱顶45度范围、整环变形缝、钢管片环与钢管片环之间整环环缝、钢管片环与混凝土管片之间整环环缝及钢管片上的纵缝嵌填施工：
先从每环端头超出设计要求范围50mm处开始，正确地将聚乙稀泡沫条嵌下，并留下槽深约20mm左右的空间，确保平整，在一般拱顶45度环缝、整环变形缝、钢管片环与钢管片环之间整环环缝、钢管片环与混凝土管片之间整环环缝及钢管片上的纵缝作业时拱顶45度环缝和纵缝内不允许有接头，十字接头处（环缝与纵缝接头）均应紧密连接，并联为一体，无空隙。
再嵌入高模量聚氨酯密封胶（环缝与纵缝相同），与管片抹平，不得有气泡与脱节现象。
满足设计形状要求，使封填达到规范、平整、光滑的标准。
详见图2-5
图2-5嵌缝方式
（一）
2）一般拱底90度范围、进、出洞口各20环整环环、纵缝嵌填（扣除变形缝环）、联络通道钢管片衬砌、中心环缝各2环（已扣除钢管片环、变形缝环）整体环、纵缝嵌填施工：
先从每环端头超出设计要求范围50mm处开始，刷涂YJ-302界面处理剂，然后正确地将聚乙稀泡沫条嵌下，并留下槽深约22mm左右的空间，确保平整，在进、出洞整环环、纵缝、联络通道钢管片衬砌中心环缝、纵缝作业时拱顶45度环缝和纵缝内不允许有接头，十字接头处（环缝与纵缝接头）均应紧密连接，并联为一体，无空隙。
再嵌入4mm厚的水膨胀密封胶（环缝与纵缝相同），不得有气泡与脱节现象。
最后用42.5号水泥与氯丁胶乳配置的氯丁胶乳水泥。
将配制好的氯丁胶乳水泥进行环缝、纵缝的嵌填，与管片抹平。
满足设计形状要求，使封填达到规范、平整、光滑的标准。
详见图2-6
图2-6嵌缝方式
（二）
3）在接缝间存在高差的情况下，按图2-7操作。
图2-7嵌缝方式（三）
4）对充填范围为进出洞各20环整环环纵缝（变形环除外）与一般嵌缝范围拱底90°环纵缝，采用遇水膨胀密封胶加氯丁胶乳水泥进行封填。
氯丁胶乳快硬水泥配合比为氯丁胶乳：
42.5号水泥＝0.4：
1，氯丁胶乳的固形物应≥15%，PH值应在碱性范围（10～12）内。
在界面剂干燥前用配好的氯丁胶乳水泥压密封堵。
5）聚乙烯泡沫条嵌入应达到预定深度并紧密伏贴在缝中。
6）涂刷界面处理剂
将界面剂YJ－302以甲组：
乙组：
42.5号水泥＝1：
3：
3的配合比倒入容器拌匀，每次搅拌量应在3小时内（夏季2小时内）用完。
界面剂涂刷范围为缝槽内壁、纵缝两侧各15mm范围内，环缝两侧各16mm范围内。
2.4.3软木衬垫
施工工艺与弹性密封垫相似，衬垫板与管片表面分别涂胶，可点涂或对角线涂，粘结在管片上，不得脱胶、翘边、歪斜；需事先在螺栓孔位置的衬垫上开设大于螺孔的空洞，并正确就位。
2.5螺栓孔、注浆孔防水
2.5.1手孔封堵
（1）、修补、清理
如果手孔有较大的缺损，则需先进行修补然后清理干净孔内泥砂杂物。
拱底块上的螺丝外露部分
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