盾構隧道滲漏水整治綜合技術

陳森森 王軍 劉文 李康

(南京康泰建筑灌漿科技有限公司 江蘇南京 210000)

1 前言

盾構隧道采用的裝配式管片襯砌接縫多，防水難度較高[1]。施工時同步回填灌漿、二次補充灌漿不到位，會產(chǎn)生積水空腔，形成水壓力，導致管片接縫的密封系統(tǒng)功能失效，造成管片變形、錯位、開裂、崩塊等缺陷，從而形成滲漏水，盾構端頭的環(huán)梁現(xiàn)澆結構與管片交界處也會出現(xiàn)滲漏水，管片滲漏水造成道床底板下面翻漿冒泥，這些會嚴重影響結構和行車安全，并且給運營維護造成很多困難，亟需進行整治。

2 調查盾構隧道滲漏水情況

2.1 現(xiàn)場調查

滲漏水治理前對盾構隧道進行現(xiàn)場調查宜包括：

(1)工程所在的周圍環(huán)境、地質與水文情況。

(2)滲漏水持續(xù)發(fā)生的部位、程度及影響范圍，調查方法見表1。

表1 結構滲漏水現(xiàn)場調查內(nèi)容及方法

(3)滲漏水來源及變化規(guī)律。

(4)滲漏部位的細部防水構造情況。

(5)結構是否穩(wěn)定、構件的外觀損傷及耐久性損害程度。

(6)運營狀況、自然環(huán)境、周邊建設項目對隧道的影響。

(7)隧道內(nèi)設施設備、溫濕度等情況。

(8)現(xiàn)場作業(yè)條件，天窗點時間，維修時間。

(9)無砟軌道、底座板與管片結構之間的滲漏、翻漿冒泥等情況。

(10)區(qū)間隧道工程滲漏檢查重點關注拱底位置的滲水和拱頂?shù)牡温?/p>

檢查的項目和內(nèi)容見表2。

表2 盾構隧道檢查的項目和內(nèi)容

2.2 收集工程技術資料

(1)工程各階段混凝土結構防水及耐久性原始設計資料(防水設防等級、防水構造層次、排水系統(tǒng)設計以及混凝土結構耐久性設計)。

(2)原防水設防構造使用的材料及其質量。

(3)相關的施工方案、組織計劃及施工記錄。

(4)同步注漿和二次補充灌漿的驗收記錄及相關資料。

(5)歷次盾構結構滲漏水、損害調查和治理資料。

(6)交通工程運營階段應定期對滲漏水狀況進行檢查，若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)區(qū)段滲漏水較嚴重時，應相應增加滲漏水檢查頻次。

(7)盾構法區(qū)間隧道滲漏水損害的狀態(tài)和位置宜采用表格統(tǒng)計。

(8)繪制隧道管片滲漏水平面展開圖時，應將襯砌以5～10環(huán)為一組逐環(huán)展開，標出對應位置、相應滲漏及損害的圖例，具體圖例見表3。

表3 盾構法區(qū)間隧道管片滲漏水圖例

(9)治理前應結合現(xiàn)場調查情況和收集到的技術資料綜合分析滲漏水原因，考慮設計缺陷、混凝土材料問題、施工質量不達標、運維不及時和自然環(huán)境影響等因素，并形成相關的書面報告。

(10)對盾構隧道內(nèi)滲漏情況進行分類評估。

(11)分析滲漏點混凝土損壞程度、水質狀況，評估滲漏水對結構承載能力和耐久性的影響[2]。

3 盾構隧道滲漏水原因分析

3.1 盾構隧道設計理念

盾構隧道發(fā)生滲漏水首要因素是它的多縫特性，而這又與盾構隧道的結構與構造設計相關，拼接縫較其他部位更易產(chǎn)生滲漏水。

盾構管片、拼接縫、相關預留孔、彈性密封墊及內(nèi)部嵌縫條等組成了區(qū)間隧道防水體系。螺栓孔、注漿孔和手孔等也經(jīng)常出現(xiàn)滲漏水，但前兩者發(fā)生滲漏水的情況較多。螺栓孔和手孔一般不與管片背后的空腔水直接接觸，而是通過拼接縫間接發(fā)生滲漏?？v縫和環(huán)縫是最容易發(fā)生滲漏水的部位，它們直接與管片背后的空腔水聯(lián)通，水從拼接縫直接滲入或流入[3]。

原設計構想中，理想情況下彈性密封墊徑向寬度的重疊量為22～25 mm，適當承受環(huán)面間張開4～6 mm。當環(huán)間錯臺量達到4～8 mm或者更大一點，只要管片間密封墊不失效，理論上隧道不會產(chǎn)生滲漏水。但由于整個環(huán)面上的密封墊并不是完整的，分別粘貼在十多塊尺寸并不一致的管片上，裝配后僅環(huán)縫單側整環(huán)密封墊長達十幾米，通常情況下拼接縫長度是隧道本身的十幾倍、幾十倍，且存在許多凹凸組合，加上防水材料不達標、施工條件差，即便錯臺量＜8 mm甚至更小的情況下也會產(chǎn)生滲漏水。如果隧道橢圓度保持良好，各管片之間對接平整、緊密，不發(fā)生較大錯位，管片上的彈性密封墊一般情況下都能正常發(fā)揮功效，隧道整體防水效果是可以滿足設計要求的，但恰恰是因施工質量、地質條件等影響，導致彈性密封墊時常滿足不了設計要求，產(chǎn)生滲漏水[4]。

3.2 盾構施工特點

盾構隧道的病害與盾構施工過程、周邊地質條件、臨近施工等有密切關系，主要體現(xiàn)在如下幾點：

(1)施工中新產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫、拼接縫不密貼形成錯臺或張開、彈性密封墊質量較差、橡膠止水帶與管片的粘結不牢固等施工階段產(chǎn)生的問題。

(2)隧道所在的特殊地質土層長期變形，水土流失等地質條件問題。

(3)施工過程中曾經(jīng)發(fā)生過涌流或其它施工險情，對結構產(chǎn)生影響。

(4)設計單位對結構防水問題的認知深度不足、當時設計標準可能存在部分缺陷，導致設計出現(xiàn)問題。

(5)相鄰位置區(qū)域，有大型工程項目的活動影響，尤其是大型基坑工程及大直徑隧道上下穿越施工，對結構縱向、橫向變形產(chǎn)生影響，導致管片變形錯位，從而引起滲漏水。

(6)項目建設體量大，施工強度高，設計施工技術力量及管理水平難以滿足質量要求。

3.3 盾構隧道主要滲漏水及成因

3.3.1 隧道滲漏水情況分類及定義(見表4)

表4 隧道滲漏水情況分類及定義[5]

3.3.2 隧道滲漏水的產(chǎn)生原因(見表5)

表5 隧道滲漏水產(chǎn)生原因

道床脫空也會造成滲漏水、翻漿冒泥等，道床脫空是指道床嵌縫混凝土與管片存在的不同程度的剝離[7]。道床脫空的成因見表6。

表6 地鐵盾構隧道道床脫空的成因

4 盾構隧道滲漏水治理綜合措施

4.1 盾構管片接縫滲漏修復

(1)為了保證化學灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位兩端各延長20～50 cm位置鉆孔設立隔離柱[8]，用切割機清理滲漏水縫部位的兩內(nèi)側，如圖1所示。

圖1 隔離柱示意

(2)用快速封堵材料對滲漏水縫部位底部進行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進行化學灌漿[9]，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%標準。粘接原來因密封膠失效而形成與結構之間的滲漏縫隙，修復原來密封膠的功能。

(4)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂類材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內(nèi)的灰塵，用熱吹風對管片縫進行加熱升溫，然后在管片縫內(nèi)填塞KT-CSS系列高彈性的非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KTCSS系列環(huán)氧改性聚硫密封膠和一層玻璃纖維布，如圖2所示。

圖2 管片接縫處理示意

4.2 盾構端頭井滲漏修復

(1)為了保證化學灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位開槽，槽寬20 mm，槽深大于50 mm。

(2)用KT-CSS系列聚合物快速封堵材料對滲漏水縫部位底部進行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標準。

(4)灌漿完成后，待KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內(nèi)的灰塵，用熱吹風對管片縫進行加熱升溫，然后在管片縫內(nèi)填塞高彈性的KT-CSS系列非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KT-CSS系列環(huán)氧改性聚硫密封材料和一層芳綸纖維布作為密封膠的胎基，從而增加韌性。

4.3 壁后注漿

采用控制灌漿技術對結構背后的存水空腔充填灌漿，把空腔水變成裂隙水，把有壓力的水變成無壓力水，從而達到整治的目的[10]。

4.3.1 盾構區(qū)間滲漏壁后注漿

(1)首先降低隧道涌水量。擰出預留注漿孔的六角螺母，用沖擊鉆沿預留注漿孔打孔，孔徑建議為25 mm(封孔器直徑為24 mm)，用機械式封孔器封孔，并安裝好注漿管。

(2)打孔注漿順序為：按照線路坡度，從高程較高處向高程較低處施工，同一側注漿孔先注下端孔，依次向上。

(3)先采用50 cm短鉆桿鉆孔，然后采用1.5 m的長鉆桿，直至鉆通盾構，鉆到圍巖。對管片結構后面充填灌漿和對松散的圍巖進行固結灌漿、帷幕灌漿，減少壁后的空隙和圍巖的透水率，采用KTCSS控制灌漿工法，低壓、慢灌、快速固化、間隙性分序的控制灌漿工法，最大注漿壓力應小于1.0 MPa。

(4)改性環(huán)氧材料注漿孔深約450 mm。當注漿壓力大于0.5 MPa時停止該孔的注漿。

(5)注漿直至排氣孔排出均勻漿液，要求注漿孔和排漿孔設置漿液閥，出漿孔應設漿液回漿管，保證回流漿液流入儲料桶。當排漿孔無空氣排出時，關閉出漿孔閥門，保持壓力2～3 min即可停止注漿，待終凝后將閘閥拆除，填塞注漿孔，用堵頭封閉，進行防銹處理[11]。

(6)管片間縫隙出水，用快速封堵材料對縫隙進行臨時性封堵，然后再按照管片接縫滲漏水的工藝進行處理。

4.3.2 盾構端頭井滲漏壁后注漿

(1)首先對端頭施工縫位置和表面不密實進行清理后封閉。然后在端頭面和管片吊裝孔位置用大功率電錘進行鉆孔，安裝注漿嘴。

(2)對安裝好的注漿嘴進行灌注KT-CSS系列水泥基類材料。

(3)在施工縫兩側和端頭不密實位置鉆孔安裝止水針頭，使用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂類進行化學灌漿堵漏加固。

(4)撤除注漿嘴，清理施工縫，以水泥沙漿封閉補實后，噴涂水性滲透結晶材料作為第二道防水和固定KT-CSS系列非固化橡膠類材料用途，或用KTCSS系列環(huán)氧改性聚硫密封膠封閉。

4.4 盾構管片缺陷滲漏水整治

4.4.1 裂縫滲漏水整治

(1)用快速封堵材料對裂縫部位進行封堵，用φ10 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴，注漿嘴間距150～200 mm。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標準。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

4.4.2 盾構管片螺栓孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，斜向螺栓孔位置，貫穿相交到螺栓孔，安裝注漿嘴。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進行化學灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標準。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，采用環(huán)氧改性密封膠封閉螺栓孔的根部，如圖3所示。

圖3 螺栓孔處理示意

4.4.3 盾構管片注漿孔、吊裝孔、管片結構預留的二次注漿孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，在注漿孔側邊斜向孔位置，貫穿相交到注漿孔，安裝注漿嘴。在孔周邊鉆孔3～4個。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性高滲透環(huán)氧樹脂材料進行化學灌漿。通過KTCSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標準。確保注漿孔內(nèi)收縮的砂漿空隙全部填充進高滲透環(huán)氧樹脂。使孔內(nèi)65 cm范圍內(nèi)砂漿的飽滿度達到90%以上，與結構完全粘接在一起，確保能抗地下水壓，不會存在水壓大把注漿孔沖開的可能。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

(4)鑿除或電錘、電鎬清理注漿孔內(nèi)砂漿，深度在15 cm左右，采用聚合物無收縮微膨脹修補砂漿或環(huán)氧砂漿進行填塞，進一步加強注漿孔的封堵，確保注漿孔不被沖開，如圖4所示。

圖4 注漿孔處理示意

4.5 道床脫空滲漏水、翻漿冒泥整治

(1)錨固道床。根據(jù)地質情況，決定錨桿的深度和長度，采用中空注漿錨桿?；虿捎没瘜W錨桿、中空漲殼式注漿錨桿。主要是固定道床。錨固前打泄壓孔，泄水壓。

(2)采取灌注KT-CSS系列特種水泥基無收縮灌漿材料，采用KT-CSS控制灌漿工法，要有泄壓孔和觀測孔。

(3)對軌道板和基層分離的，還需要向夾層灌注KT-CSS系列耐潮濕低黏度環(huán)氧結構膠粘接，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標準。

(4)對管片壁后進行回填灌漿，灌注牙膏狀濃漿，采用KT-CSS控制灌漿工法。

5 結束語

通過采用修復拼縫密封膠系統(tǒng)和背后回填灌漿的綜合技術措施，可以有效地將結構后面的空腔水變成裂隙水，結合具有一定韌性的改性環(huán)氧材料，堵漏的同時對盾構管片結構進行了加固處理，也能抗車輛對結構的震動擾動和荷載擾動[12]。目前已經(jīng)對多個盾構隧道的滲漏水進行了成功整治，并且獲得了國家發(fā)明專利，為同類地下盾構隧道的防水堵漏提供借鑒。