盾构防水.doc

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盾构法隧道防水

李小岗

（联合掘进机公司）

摘要：

盾构隧道防水的分类；漏水的主要原因；防水的内容及特点；密封材料的分类；结构自防水和接缝防水。

关键词：

盾构隧道防水

1、概述

1.1盾构法隧道防水的分类

盾构法隧道防水的分类表1

分类标准

防水种类

备注

按隧道衬砌结构形式分

单层衬砌防水

目前国内普遍采用

双层衬砌防水

按隧道衬砌的组成分

衬砌自防水

这是目前最具代表性的分类方法

衬砌接缝防水

按隧道构造分

隧道衬砌防水

竖井接头防水

按隧道衬砌材质分

钢筋混凝土防水

目前国内普遍采用

铸铁防水

金属衬砌目前用得不多

1.2盾构隧道发生漏水的主要原因

1.2.1环境条件

⑴土质（透水系数）；

⑵土压；

⑶地下水。

1.2.1管片结构

⑴接头；

⑵制作精度；

⑶形状；

⑷透水性。

1.2.3止水材料

⑴密封；

⑵填隙材料；

①物性；

②形状、尺寸。

⑶螺栓、垫片材料。

1.2.4辅助工法：

背衬注浆

⑴注浆工法；

⑵物性；

⑶注浆状况。

1.2.5施工

⑴组装精度；

⑵管片的破损（缺块和裂缝）；

⑶千斤顶推力（紧螺栓扭矩、蛇行等）；

⑷止水施工情况。

1.3衬砌环宽越大，在同等里程内的隧道环环向接缝越少，漏水概率越小。

同样，衬砌环的分块越少，隧道环纵向越少，漏水概率越小。

实际工程上应从结构所处的土层特性、受荷情况、构造特点、计算模式、运输能力、制作拼装的方便等因素综合考虑。

2、盾构法隧道的防水内容和特点

2.1管片及衬砌的防水与制作精度

⑴提高衬砌管片自身的抗渗性；

⑵提高衬砌管片的制作精度；

⑶增设衬砌外防水涂层，加强衬砌的抗渗、防腐蚀能力。

2.2衬砌接缝的密封防水

⑴衬砌接缝的首道主要防线——弹性密封垫；

⑵衬砌螺孔密封防水；

⑶填缝沟槽嵌填密封防水材料；

⑷接触面设置注入密封剂沟槽，由管片背面的注入口注入密封剂加强防水与堵水。

2.3盾构法隧道的壁后注浆。

压注具有抗渗功能的灌浆材料在衬砌环外壁形成环形的固结体，构成“隧道防水屏障”。

虽然它主要是用来控制地面沉降，但客观上是隧道防水的第一道防线。

3、密封材料的分类

分类标准

分类

按结构分

单一密封材料

复合密封材料

水膨胀性密封材料

按材料分

丁醇系密封

橡胶系密封

海绵系密封

泡沫聚乙烯

泡沫橡胶

泡沫尿烷

反应型尿烷密封

海绵+丁醇系+盖密封

加硫橡胶（CR）+丁醇系+盖密封

吸水性树脂混合型

尿烷系水膨胀密封

天然橡胶混合物

氯丁橡胶系IPN

水膨胀密封+氯丁橡胶

4、盾构隧道防水

隧道防水按衬砌构造分为衬砌结构本体自身的防水与衬砌间的接缝防水，这是最有代表性的常用的划分法。

为防止隧道内部渗漏，除对洞身管片自防水和接缝防水进行重点处理外，还应对隧道底部和进出洞门、管片与地层间的间隙、管片螺栓孔及吊装孔等局部位置进行防水处理，以确保建成的隧道不渗不漏。

4.1衬砌结构自防水

⑴衬砌结构自防水是根本。

只有衬砌混凝土满足自防水的要求盾构隧道的防水才有了基本保证。

⑵作为地下工程，尤其是深埋地下工程，首先是利用混凝土的密实性来防水，其衬砌自防水无疑是至关重要的。

⑶自防水主要靠防水混凝土解决，即以水泥、砂、石为原料，通过调整配合比或掺入减水剂、加气剂、密实剂、膨胀剂等外加剂来改善混凝土的密实性、防水性。

⑷由此可见，防水混凝土所用的基料（水泥、砂、石）的质量与配比，无机和有机外加剂的品种与掺量是影响混凝土密实性、抗渗性的首要因素。

①衬砌混凝土原材料的要求

采用混凝土为C50高强度混凝土，原材料要求如下：

a、水泥：

必须是国家规定的水泥厂生产的水泥，每批水泥进货应配有质量保证书，对不同工厂生产的水泥不准混存在一个料筒里使用。

水泥进库应按批、按类分别堆放整齐，过期水泥不能使用。

b、砂：

应采用中砂（MX=3.0~2.5），每批黄砂进场时必须作材料分析，含泥量不大于3%（重量比）。

c、石子：

粒径15~25mm，每批石子进场时必须作材料分析，含泥量不大于1%（重量比）。

d、钢筋：

钢筋表面应洁净，不得有油漆、油渍、污垢。

当钢筋出现颗粒或片状锈蚀应不准使用。

e、当掺入磨细粉煤灰或外掺剂时，必须有实验依据，质量合格，掺量准确。

f、配制防水混凝土的水泥标号不应低于425号，应是抗水性好、水化热低、具有一定抗蚀性的普通硅酸盐水泥。

4.1.5衬砌自防水性能检测方法

⑴混凝土试块抗渗性试验

根据国标“地下工程防水技术规范”盾构隧道的抗渗等级不得低于P6，将浇捣衬砌用的混凝土浇制试块，检测试块的抗渗性，以此来反映衬砌的抗渗性。

此检测也是常规的检测，它应符合中标的要求，即制作衬砌时要留置抗渗试块，以不少于两组作为下限。

其中一组在标准条件下养护，一组与结构（管片）同条件下养护，分别是测抗渗性，前者为主，后者为参考。

⑵衬砌单块抗渗检测法

直接对加工制作成的衬砌混凝土的抗渗性予以检测，不仅是对衬砌混凝土材料与配比检验，也反映出浇捣、养护等工艺的影响因素，很有意义，它是检测方法中的重点。

检测方法是：

在专门加工制作的衬砌单块检漏架上，对衬砌背部进行封闭加水压，检测衬砌肋腔或内肋面渗潮透水情况。

管片生产正常后则对每日生产管片抽检两块检漏，检漏应按设计抗渗压力恒压2h，渗水线不得超过管片厚度的1/3。

⑶衬砌混凝土的渗透系数测定法

利用混凝土渗透系数测定仪，可以对试样混凝土或者衬砌上直接取样检测：

一般要求k≤1×10-12m/s。

这就较宏观地反映了混凝土的密实程度（一般抗渗做到P8~P16后不再测试，难分高低）。

进而对是否需要于腐蚀性介质地层中采用衬砌外防水涂层，具有指导作用。

4.1.6衬砌外防水及其涂料

⑴衬砌外防水施工的目的

由于在软土含水地层常含有Cl-、SO42-等腐蚀性物质，有的浓度还很高，它们通过毛细管作用渗入混凝土结构内部，并积聚在钢筋的周围，其中靠近内壁面露点区钢筋周围的最多，从而在有氧条件下形成钢筋锈蚀膨胀，裂缝扩大，表面混土受混凝土膨胀剥离。

显然，在提高混凝土结构自防水能力的前提下，根据地层中侵蚀性介质的情况，对防腐蚀、防迷流等要求高的地铁等隧道衬砌宜考虑外防水涂层。

⑵防水涂层的技术要求

a、涂层应能在盾尾密封用钢丝刷与钢板挤压磨损条件下不损伤、抗渗水；

b、在管片弧面的混凝土裂缝宽度达到0.3mm,仍能抗0.8Mpa水压，长期不渗漏；

c、涂层的耐化学腐蚀性、耐候性、抗微生物侵蚀良好，且无毒或低毒；

d、涂层具有防杂散电流的功能，其体积电阻率、表面电阻率高；

e、施工简便，冬季能操作；

f、成本较低，经济合理。

宜采用环氧煤焦油、环氧-聚氨脂、改性沥青、环氧与磺化聚乙烯复合涂料等外防水涂层。

同时，也可辅以无机水性高渗透密封剂加强抗渗、抗腐蚀性。

⑶高渗透无机水性密封剂

a、其代表性的国产商品有SWF混凝土密封剂或M-1500水性水泥密封防水剂、CR909水性密封剂等。

SWF混凝土密封剂是一种以无机硅酸钠或硅溶胶水基液为主的无机混凝土密封剂。

用于腐蚀不甚严重，水压力不太高的区段。

b、特点

用于混凝土表面时能渗透到混凝土结构内，因而不因盾尾钢丝刷的摩擦而损害。

与混凝土内的碱性物质起反应，生成凝胶填塞混凝土内的毛细管孔隙，从而提高混凝土的抗渗性、密实性、耐蚀性。

4.1.7确保管片自防水能力

管片自防水是隧道防水的重要环节，它不仅可以消除地下水带来的危害，而且可以提高结构的强度和整体性，延长隧道的使用寿命。

为使管片达到C50强度和抗渗等级S12的要求，必须从提高管片的制作精度、完善制作工艺及合理选用原材料、机具等方面加以控制。

因此，在管片生产和运输过程中应注意以下几点：

⑴选用符合国家质量标准的各种原材料，并通过进场检验，满足要求。

⑵选用合理的防水混凝土配合比。

⑶完善制作工艺和养护措施，加强生产过程中的质量监督和计量装置的检验校核。

⑷对每个成品管片都要进行外观质量检验和制作精度检验。

⑸对每个成品管片的抗渗能力，必须对管片进行抽样检漏，其方法是：

将被检管片置于专用测试架上，在管片背后面施以1.2Mpa水压2~4小时，以水分渗透不超过三分之一厚度为合格。

抽检不合格，严禁出厂。

⑹加强管片堆放、运输中的管理和检查，防止管片生产附加超应力而开裂或在运输中碰掉边角，确保管片完好。

⑺管片进洞后应作外观检查。

4.2衬砌接缝防水

除管片自身防水外，管片接缝的防水是非常关键的环节，为了提高接缝的防水效果，接缝处设置了高质量的弹性橡胶密封垫、密封条。

并辅以嵌缝密封、注入密封剂等防水技术。

弹性密封垫、密封条均由橡胶厂专门生产，其原材料、生产工艺、成品质量均应符合国家的有关标准。

在安设过程中还应注意以下几个问题：

⑴加强施工测量，提高盾构推进质量，减少隧道轴线的偏差和纠偏力度，给管片的吊装创造一个良好的前提。

这样才能保证管片铺设顺畅、橡胶垫各部位受力均匀，提高防水效果；

⑵加强对密封垫、密封条粘贴工作的管理。

吊装前密封垫、密封条按照有关规程牢固地粘贴在管片上，粘接前应清除接触面的灰尘，吊装过程中应加强管理，防止剥离、脱落或损伤。

提前接触水的管片，其橡胶条、橡胶垫应涂缓膨保护剂，防止其吸水膨胀；

⑶加强管片拼装管理，提高拼装质量，对于接缝部位的防水效果至关重要。

操作人员进行岗位培训，具有熟练的操作技术。

拼装后的初始椭圆度应严格控制。

衬砌环脱出盾尾后应尽量限制椭圆度的增大，一般采取多次拧紧连接螺栓，严格控制压浆部位的注浆量和注浆压力的措施。

另外，拼装后，衬砌环环面应平整。

在盾构推进过程中由于不平衡地使用液压千斤顶，很容易导致环向间隙的不一致，使累计误差增大，引起环向不平整，千斤顶在这样的衬砌环上推进，易出现管片顶裂破损和发生渗漏现象；

⑷作好衬砌接缝的嵌缝工作。

衬砌接缝除采用密封条、密封垫进行防水外，在背衬注浆过后，应及时作好接缝的嵌缝工作。

嵌缝密封材料采用氯丁胶乳水泥、闭孔炮沫聚乙烯、双组份聚硫密封胶等，由专用工具进行施工。

嵌缝前应先清理缝中的灰尘杂物，在干燥状态下进行嵌缝材料的施工，局部漏水应先止水后施工。

在嵌缝工作完成的前提下，及时注入密封剂作为隧道接缝防水的第三道防线。

4.3螺栓孔及吊装孔（兼注浆孔）的防水

螺栓孔的密封圈也采用遇水膨胀材料，利用压密和膨胀双重作用加强防水，使用寿命终结可以更换，另外连接螺栓的防腐蚀处理是延长使用寿命、防止隧道渗漏的重要方面，也不能忽视。

根据现场条件和已有经验，可采用填实保护法、涂敷保护法或封盖保护法等保护螺栓不被水侵锈蚀。

吊装孔可兼作注浆孔，注浆孔端头可做成可拆卸式，见图1，注浆结束后，将活动端头部分拆除，清除预留孔内残余物，填入弹性密封材料，并用防水砂浆封堵孔口，防止管片外部的水沿注浆孔渗入。

密封圈和密封塞均用遇水膨胀橡胶制作。

图1注浆花管示意图

4.4提高管片与地层间隙的注浆质量

盾构推进过程中进行同步注浆，不但可防止地面沉降，而且有利于隧道衬砌的防水，选择合适的浆液（初始粘度低、微膨胀、后期强度高）、注浆参数、注浆工艺，可形成有效的管片外围防水层，将管片包围起来，形成保护圈。

常用的浆液有加膨胀剂的单液水泥浆、水泥石灰浆、水泥膨润土浆等。

在软弱围岩中，还可在管片与围岩间的空隙注完水泥浆之后在贴近空隙的围岩中注入超细水泥或化学浆等，并应保证注浆量、注浆压力，以充填密实不留空隙。

4.5洞门防水

隧道洞门是指盾构施工隧道与工作隧道的连接部位及盾构隧道与之相连的部分，这些部位结构复杂，是防水工作的难点和重点。

盾构机在进洞时，管片缺乏后座顶力，管片间压力松弛，接缝不密实，易渗漏水，因此靠近洞门的盾构隧