泥水盾構(gòu)隧道滲漏機(jī)理與防治措施

邵業(yè)勤/SHAO Ye-qin

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510620）

軌道交通有效地緩解了大中型城市交通的壓力，方便著千家萬戶的出行。作為盾構(gòu)隧道施工的關(guān)鍵點(diǎn)，盾構(gòu)隧道的質(zhì)量控制，不僅影響著盾構(gòu)隧道的運(yùn)營使用，而且還影響著盾構(gòu)隧道能否達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，其中隧道的滲漏與防治至關(guān)重要。

1 工程概況

廣州地鐵7號(hào)線1標(biāo)線路始發(fā)于廣州南站西廣場，線路下穿廣州南站西廣場與規(guī)劃中的地鐵七號(hào)線并行，然后下穿廣州南站內(nèi)河涌、最后下穿韋涌、石壁涌、海怡大橋橋樁至出洞口，經(jīng)過U型槽段、地面線段進(jìn)入大洲車輛出入段。盾構(gòu)段里程RDK0+146.103～RCK1+400.967，CDK0+147.548～CCK1+865.000，長約2972.316m。入線段最大轉(zhuǎn)彎半徑250m，出線段最大轉(zhuǎn)彎半徑210m。地下水初見水位埋深為1.3～3.8m，標(biāo)高為3.15～5.87m；穩(wěn)定水位埋深為1.9～4.3m，標(biāo)高為2.65～5.28m。區(qū)間隧道通過地層主要為<2-1B>海陸交互相淤泥質(zhì)土 、<2-2>海陸交互相(淤泥質(zhì))粉細(xì)砂、<4N-2>粉質(zhì)粘土（可塑）、<5N-1>可塑狀殘積土、<5N-2>硬塑狀殘積土、<6>全風(fēng)化粉砂巖、<7>強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、<8>中全風(fēng)化粉砂巖，局部位于<9>微風(fēng)化粉砂巖。

2 滲漏機(jī)理

隧道滲漏水通常分為管片結(jié)構(gòu)接縫滲漏、管片裂縫滲漏、管片混凝土腐蝕滲漏、管片預(yù)留孔滲漏4種。按滲透程度可劃分為慢滲、快滲、漏水和涌水4種。按滲漏形式可劃分為點(diǎn)、線、面3種。滲漏的成因如下。

1）地質(zhì)水文因素 本標(biāo)段穿越區(qū)間地層多為海陸交互相淤泥質(zhì)土、海陸交互相(淤泥質(zhì))粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土（可塑）組成的復(fù)合地質(zhì)，該類土層具有明顯“高靈敏度、高含水率、高壓縮性、低強(qiáng)度、低密度、低滲透性”特點(diǎn)。區(qū)間地層地下水按含水介質(zhì)類型（含水層的孔隙性質(zhì)）不同可劃分為第四系淺部土層中孔隙水、深部基巖裂隙水。因此，盾構(gòu)隧道管片容易因蛇行運(yùn)動(dòng)、超挖，注漿漿液充填不充分、地下水頭高等自然因素使得管片發(fā)生錯(cuò)臺(tái)、管片接縫滲漏水現(xiàn)象。

2）盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù) ①在掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)的姿態(tài)控制不佳，造成盾尾間隙不均勻，間隙過小處的盾構(gòu)外殼壓迫管片向反方向移動(dòng)，造成兩環(huán)間管片錯(cuò)臺(tái)，兩環(huán)間管片止水帶不能壓緊吻合，極易發(fā)生漏水現(xiàn)象。②在轉(zhuǎn)彎段時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)身外殼為一直線形不可變剛體，在掘進(jìn)過程中與設(shè)計(jì)曲線不能充分?jǐn)M和。盾構(gòu)的機(jī)身越長、設(shè)計(jì)曲線的轉(zhuǎn)彎半徑越小，則實(shí)際曲線與設(shè)計(jì)曲線擬合的難度就越大。在轉(zhuǎn)彎段盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)際的線形是由連續(xù)的一段段折線組成，為了使得實(shí)際曲線接近擬和設(shè)計(jì)曲線，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)，掘進(jìn)每一環(huán)都需要對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行連續(xù)糾偏。轉(zhuǎn)彎半徑越小，糾偏量就越大，千斤頂編組壓力差越大，實(shí)際曲線越難以擬和設(shè)計(jì)曲線，盾構(gòu)操作難度越高。盾構(gòu)每向前掘進(jìn)一環(huán)，管片受力面與設(shè)計(jì)曲線的法線方向?qū)⒃趥?cè)向平面上產(chǎn)生一定的角度，在盾構(gòu)千斤頂編組推力下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向設(shè)計(jì)曲線外沿的側(cè)向力。受到側(cè)向力的影響，盾構(gòu)區(qū)間管片向設(shè)計(jì)曲線外側(cè)發(fā)生整體偏移，造成相鄰環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)，管片止水條不能壓緊吻合，漏水點(diǎn)增多，嚴(yán)重影響到隧道質(zhì)量安全。

3）管片原因 ①管片制作工藝不合格：原材料質(zhì)量控制不嚴(yán)格、混凝土水灰比過大、振搗不均勻、不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)不到位導(dǎo)致管片表面出現(xiàn)氣孔、龜縮裂紋、溫度應(yīng)力裂紋、砂眼等缺陷，導(dǎo)致管片接口處有紋路、裂縫、空隙；②管片防護(hù)不合格：管片在堆放、運(yùn)輸、吊裝、拼裝中受到擠壓、碰撞、崩裂掉塊、人為破損等；③管片止水帶密封不合格：止水帶粘貼不牢固，或者過早浸水使遇水膨脹橡膠條遇水膨脹脫落；兩環(huán)間管片錯(cuò)臺(tái)，容易使管片發(fā)生崩裂掉塊，止水帶不能吻合壓緊、甚至止水帶脫落，從而引起漏水。尤其是當(dāng)封頂塊受到兩側(cè)鄰接塊的擠壓時(shí)，容易導(dǎo)致止水條變形脫落；管片端面、止水帶在拼裝前不及時(shí)清洗夾雜異物等情況；④管片拼裝不合格：拼裝后管片呈橢圓形，管片發(fā)生破損，管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，管片螺栓未上緊，管片環(huán)縫、縱縫間隙過大，預(yù)留孔（手孔、注漿孔）等封堵效果不佳，管片螺栓孔、注漿孔堵頭未加防水密封墊圈等。

4）注漿工藝 泥水盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，管片同步注漿與二次補(bǔ)漿效果不佳、管片與圍巖間充填不密實(shí)，不能及時(shí)地凝固并達(dá)到一定的早期強(qiáng)度，造成隧道管片受力不均，局部上浮較大，管片間相對錯(cuò)臺(tái)或接縫較大將會(huì)引發(fā)滲漏水情況。同時(shí)管片注漿量不足也容易引起管片推出盾尾后發(fā)生較大沉降變形，隧道滲漏較大。

3 滲漏防治措施

3.1 地質(zhì)水文因素采取的措施

1）參考隧道上方覆土厚度、類型，以及地下水位高度進(jìn)行切口水壓設(shè)定。如果設(shè)定值過高，容易導(dǎo)致管片缺損，從而造成管片漏漿?？紤]管片注漿受管片與土體間的滲透流動(dòng)擴(kuò)散、盾構(gòu)超挖、壁后注漿類型等各方面因素的影響，應(yīng)根據(jù)同步注漿的壓力保證充填系數(shù)為理論空隙量的1.2～1.8倍。在地下水量較大或裂隙較發(fā)育的富水巖層地段，一般應(yīng)保證達(dá)到1.5～2.5倍的充填系數(shù)。同步注漿應(yīng)同時(shí)關(guān)注注漿壓力和注漿量，注漿壓力、注漿量盡量大，起到填充密實(shí)空隙，固定住管片的作用，避免盾構(gòu)隧道產(chǎn)生較大的沉降變形，從而保證管片防水第一道防線的質(zhì)量。

2）首先根據(jù)設(shè)計(jì)線路走向、轉(zhuǎn)彎曲線管片外徑與內(nèi)徑長度差的楔形總量對盾構(gòu)區(qū)間管片選型進(jìn)行合理排版，選擇合適數(shù)量的左右轉(zhuǎn)管片；其次具體拼裝時(shí)再根據(jù)盾構(gòu)千斤頂編組、鉸接千斤頂行程差、盾尾間隙、正確選擇管片拼裝點(diǎn)位。

3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

1）合理地選擇盾構(gòu)參數(shù)進(jìn)行推進(jìn)。尤其是在轉(zhuǎn)彎處或糾偏推進(jìn)時(shí)，每環(huán)盾構(gòu)千斤頂編組推進(jìn)油壓差不宜超過250bar，姿態(tài)變化量上下不宜超過±7mm，左右不宜超過±5mm，千斤頂編組行程差不宜超過50mm。

2）根據(jù)盾構(gòu)隧道線形管理原理，在掘進(jìn)過程時(shí)，激光自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)（VMT導(dǎo)向系統(tǒng)SLS-T）會(huì)實(shí)時(shí)測量出盾構(gòu)的實(shí)際三維坐標(biāo)和姿態(tài)（俯仰角、水平角、滾動(dòng)角），通過計(jì)算機(jī)程序?qū)⒍軜?gòu)的實(shí)際三維坐標(biāo)和姿態(tài)與相應(yīng)里程的設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行比較，對比過偏差數(shù)值后及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)千斤頂編組分區(qū)油壓，使盾構(gòu)推進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線盡可能接近。

3）在富水軟弱地層，應(yīng)加快掘進(jìn)速度，掘進(jìn)速度宜保持30mm以上，在急轉(zhuǎn)彎半徑段，掘進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)放慢，宜保持10～25mm左右，掘進(jìn)過程中應(yīng)隔20～30cm釋放一次千斤頂側(cè)向力。

3.3 管片特點(diǎn)

1）控制好管片生產(chǎn)工藝 在管片生產(chǎn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照區(qū)間隧道管片生產(chǎn)投標(biāo)書有關(guān)質(zhì)量的要求實(shí)行，保證管片生產(chǎn)達(dá)到尺寸精度、強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)均合格。嚴(yán)格控制混凝土配合比和尺寸精度，采用高精度管片鋼模具，各項(xiàng)定期檢測指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)的允許公差內(nèi)，確保管片外形尺寸符合要求?；炷敛剂?、振搗和成型、蒸養(yǎng)時(shí)間、脫模工藝、溫度壓力等方面應(yīng)達(dá)到工藝規(guī)范制作的要求。通過生產(chǎn)過程工序質(zhì)量控制，堅(jiān)持自檢、互檢、專檢，確保管片出廠前已經(jīng)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

2）控制好管片堆放、運(yùn)輸、吊裝、拼裝流程保護(hù)好管片在堆放、運(yùn)輸、吊裝、拼裝中受到擠壓、碰撞、崩裂掉塊、人為破損等。管片拼裝之前清理干凈盾尾，確保無泥沙、垃圾等存在。同時(shí)對管片端面和止水條位置進(jìn)行清洗，避免影響到管片止水條的防水效果。在拼裝K塊前要調(diào)整好預(yù)留的K塊位置，K塊插入預(yù)留位置時(shí)前應(yīng)涂抹黃油，減小K塊拼裝困難時(shí)的摩擦力，預(yù)防K塊在拼裝時(shí)管片止水條出現(xiàn)破損。

3）控制好管片拼裝質(zhì)量 拼裝前拼裝人員須檢查環(huán)面平整度，拼裝時(shí)應(yīng)保持環(huán)面和內(nèi)弧面的平整，避免因橢圓出現(xiàn)管片接縫過大、管片錯(cuò)臺(tái)等情況；管片拼完后螺栓要按照要求加防水墊圈并多次（至少3次）擰緊螺絲，對已打孔的注漿孔要用加防水墊圈堵頭進(jìn)行封堵。

3.4 注漿工藝

1）注漿孔的布置 盡量選擇靠近拱頂?shù)淖{孔進(jìn)行注漿，并且選擇多個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行漿液填充。在轉(zhuǎn)彎段推進(jìn)時(shí)，管片沿設(shè)計(jì)曲線外側(cè)的注漿量必須大于內(nèi)側(cè)注漿量，以防止管片向外側(cè)偏移。隧道中的注漿分為同步注漿與二次注漿，同步注漿可采取1、5、7、11點(diǎn)位多點(diǎn)注漿，注漿壓力盡量大。二次注漿可采取蛙跳式間段注漿進(jìn)行，初凝時(shí)間盡可能地短，以便及時(shí)固結(jié)住管片。通過這兩種注漿方法對隧道與圍巖空隙進(jìn)行漿液的及時(shí)充填密實(shí)。

2）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) 如果注漿過早開始，或者過晚結(jié)束，容在易造成盾構(gòu)在推進(jìn)過程中發(fā)生管片漏漿。宜在盾構(gòu)推進(jìn)20cm開始注漿，盾構(gòu)推完前30mm停止注漿。注漿壓力與隧道埋深有關(guān)，注漿壓力設(shè)定理論上設(shè)定為1.1～1.2倍靜止水土壓力。實(shí)際一般控制在0.3～0.4MPa。如發(fā)現(xiàn)注漿壓力過高或過低，可通過調(diào)整注漿泵泵速來控制注漿壓力，同時(shí)觀察管片的滲漏情況，及時(shí)更換注漿點(diǎn)位和調(diào)整注漿量。

3）注漿材料與注漿配比 采用32.5R普通硅酸鹽水泥、水玻璃溶液、膨潤土、粉煤灰和細(xì)沙；水泥漿液配比由試驗(yàn)確定。水泥漿∶水玻璃＝10∶1。

4 結(jié) 語

1）泥水盾構(gòu)隧道滲漏水常出現(xiàn)在管片接縫、管片本身裂縫、管片混凝土腐蝕處、管片預(yù)留孔處，因此，防滲漏水施工的具體內(nèi)容包括：管片制作過程防水、管片堆放、運(yùn)輸、吊裝、拼裝流程防水 (彈性密封墊防水、止水帶防水、管片預(yù)留孔防水)、管片注漿防水、后期堵漏補(bǔ)強(qiáng)等。

2）對面滲漏區(qū)，宜鉆孔埋管，引排滲漏水，然后在中間位置管片吊裝孔進(jìn)行二次注漿。對于管片接縫引起的局部滴漏、線漏，宜在滲漏位置兩側(cè)鉆新孔后向管片壁后注雙液漿、改性環(huán)氧樹脂堵漏。對管片本身裂隙的滲漏水，宜根據(jù)裂隙的寬度，先采用注雙液漿堵漏，再采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行表面涂刷封閉處理。對管片預(yù)留孔，宜擰開堵頭，往孔內(nèi)堵塞速凝微膨脹水泥，徹底堵住滲漏水。

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]陳勇，朱繼文.上海地鐵區(qū)間隧道滲漏水發(fā)生的機(jī)理與防治[J].地下空間，2001，21（1)：55-60.

[3]吳祥紅，童智能.地鐵盾構(gòu)法隧道襯砌接縫防水施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2003，(12)：44-46.

[4]鄒振輝.結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制[J].山西建筑，2007，33（22)：229-230.