富水地層地鐵盾構(gòu)管片接縫和車站關(guān)鍵部位防水技術(shù)研究

張志萌

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300459）

1 背景

在地鐵施工建設(shè)中，工程質(zhì)量非常重要。特別是地處富水地層的地鐵區(qū)間和車站，要切實(shí)做好防水處理，否則影響工程質(zhì)量和安全。而常規(guī)措施難以滿足地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防水和地鐵車站防水要求，必須通過新材料、新工藝進(jìn)行科學(xué)施工，才能有效解決防滲漏問題。

通常盾構(gòu)隧道相鄰盾構(gòu)管片之間的縱（環(huán)）接縫是防水薄弱環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防水采用橡膠密封墊，一些專家學(xué)者為此進(jìn)行相關(guān)分析研究。王媛[1]等為提高地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防水橡膠密封墊耐久性，進(jìn)行橡膠密封墊水熱加速老化試驗(yàn)，研究其出現(xiàn)滲水的機(jī)理；文彥鑫[2]等以南京樞紐上元門越江隧道項(xiàng)目為例，采取裝配力試驗(yàn)等方式，對截面不一樣的橡膠密封墊承受水壓力的原因進(jìn)行分析；張穩(wěn)軍[3]等對橡膠密封墊遇水膨脹橡膠塊截面形狀和幾何尺寸展開選型設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而提高防水效果。

盡管橡膠密封墊在地鐵隧道盾構(gòu)管片防水領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，但是地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防滲效果差強(qiáng)人意。本文依托沈陽地鐵4號線長白島站至長白南站區(qū)間下穿長白島內(nèi)河區(qū)段工程，地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫采用新型“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)，通過與傳統(tǒng)地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫采用橡膠密封墊防水技術(shù)進(jìn)行對比，證明新型組合式防水技術(shù)的優(yōu)越性。

同時(shí)，地鐵車站主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)易滲水關(guān)鍵部位也需要采取加強(qiáng)防水措施，為此不少學(xué)者也進(jìn)行了深入研究。彭金陵[4]結(jié)合青島地鐵1號線海泊橋站項(xiàng)目，通過引入新型保溫保濕養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)新材料以及疊合墻豎向止水裝置等新工藝，切實(shí)提高了防水效果；趙振[5]等從軌道交通車站滲漏水產(chǎn)生原因以及防治等方面進(jìn)行研究并實(shí)踐。本文針對沈陽地鐵4號線南五馬路站位于富水層工程實(shí)況，積極做好常規(guī)防水的同時(shí)，對易滲水關(guān)鍵部位采取底板倒角防水、施工縫防水、變形縫防水、接地電極防水、格構(gòu)柱防水、風(fēng)井防水加強(qiáng)舉措，嚴(yán)防出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

2 地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防水處理

2.1 隧道區(qū)間工程概況

沈陽地鐵4號線長白島站至長白南站區(qū)間左右線長度約為2 762.6 m，線路呈南北走向。該地鐵隧道下穿長白島內(nèi)河的河面最寬處約為149.8 m，地鐵盾構(gòu)區(qū)間與河床最小間距只有13.49 m，長白島內(nèi)河平均水深約2.5 m。盾構(gòu)下穿長白島內(nèi)河地層地質(zhì)條件差，主要為圓礫、礫砂層，透水性強(qiáng)，地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫容易出現(xiàn)滲水。

2.2 管片接縫防水技術(shù)

2.2.1 非固化橡膠瀝青防水涂料性能

非固化橡膠瀝青防水涂料性能特點(diǎn)如下。

（1）黏合性強(qiáng)。與地鐵隧道盾構(gòu)管片通過滿粘形式構(gòu)成皮膚式防水，黏合性強(qiáng)，不容易脫落，即便是環(huán)境溫度低于-20℃或極潮濕的環(huán)境，依然具備良好的黏結(jié)性能。

（2）封閉性強(qiáng)。對裂縫和毛細(xì)孔能進(jìn)行有效封閉，有效防止防水層出現(xiàn)竄水現(xiàn)象，極大提升防水性能，可滿足復(fù)雜的施工環(huán)境防水需要。

（3）修復(fù)性強(qiáng)。即便長期接觸空氣仍能一直保持膠質(zhì)的黏稠性，也不容易出現(xiàn)固化現(xiàn)象，有較強(qiáng)的自愈能力，能夠自行修復(fù)由于外力引起的縫隙。

（4）兼容性強(qiáng)。防水涂料一直保持黏滯狀態(tài)，不僅可有效解決由于地鐵隧道盾構(gòu)管片因開裂引起防水層出現(xiàn)開斷或老化等難題，而且可以確?，F(xiàn)有防水涂料與卷材配合使用時(shí)的兼容性。在富水地層，非固化橡膠瀝青防水涂料可適應(yīng)地鐵盾構(gòu)隧道管片基面潮濕環(huán)境，迅速達(dá)到所需防水厚度要求，不需要進(jìn)行較長時(shí)間養(yǎng)護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)不間斷的快捷施工。

2.2.2 組合式防水技術(shù)

為提高地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫防水能力，借助非固化橡膠瀝青防水涂料黏合性強(qiáng)、封閉性強(qiáng)、自我修復(fù)性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的優(yōu)勢[6]，與常規(guī)橡膠密封墊配合使用，采用新型“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)，構(gòu)筑地鐵盾構(gòu)隧道管片接縫組合式防水系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 地鐵盾構(gòu)隧道管片接縫組合式防水技術(shù)

2.2.3 施工工藝

（1）工藝流程。第1步：清理地鐵隧道盾構(gòu)管片表面→第2步：粘貼劑均勻涂抹于地鐵隧道盾構(gòu)管片上→第3步：墊好密封墊→第4步：對可黏性薄片進(jìn)行仔細(xì)粘貼→第5步：借助加熱棒將非固化橡膠瀝青防水涂料進(jìn)行升溫加熱→第6步：涂刷非固化橡膠瀝青防水涂料→第7步：吊運(yùn)拼裝地鐵隧道盾構(gòu)管片[7]。

（2）注意事項(xiàng)。通過工具將地鐵隧道盾構(gòu)管片表面存在的多余混凝土顆粒進(jìn)行徹底清除，另外借助毛刷仔細(xì)清理灰塵；按照地鐵隧道盾構(gòu)管片類型的不同選取尺寸相匹配的橡膠密封墊、傳力襯墊進(jìn)行粘貼，確保密封性；借助加熱棒將非固化橡膠瀝青防水涂料加熱，溫度不低于60℃，并通過反復(fù)攪拌增強(qiáng)其流動(dòng)性，方便進(jìn)行涂刷作業(yè)；橡膠密封在地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫粘貼好以后，在管片外側(cè)通過毛刷對接縫外圈涂刷厚約3 mm、寬約4 cm非固化橡膠瀝青防水涂料，涂刷厚度必須超過設(shè)計(jì)的橡膠密封墊被擠壓后溢出的厚度。

2.2.4 對比試驗(yàn)

沈陽地鐵4號線區(qū)間盾構(gòu)隧道在長白島內(nèi)河下方穿越時(shí)，選擇126環(huán)地質(zhì)環(huán)境條件相近的左右線區(qū)段作為試驗(yàn)段，將右線試驗(yàn)區(qū)間采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)與左線試驗(yàn)區(qū)間采用常規(guī)“橡膠密封墊”防水技術(shù)開展對比試驗(yàn)。試驗(yàn)分析情況如表1所示。

根據(jù)表1可得出以下結(jié)論：相同地質(zhì)環(huán)境條件下，右線采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)，區(qū)間管片滲漏率僅為4.8%，滲漏點(diǎn)只有4處，而左線采用常規(guī)“橡膠密封墊”防水技術(shù)，區(qū)間滲漏率為16.7%，滲漏點(diǎn)多達(dá)21處。實(shí)踐證明，采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)的防滲漏水效果更好。

表1 新型組合式防水技術(shù)與傳統(tǒng)防水技術(shù)對比

3 車站關(guān)鍵部位防水處理

3.1 車站工程概況

沈陽地鐵4號線南五馬路站地處沈陽南京南街與南五馬路與交匯處的北面，為跨島式站臺車站，頂板覆土約為3.69 m，盾構(gòu)段底板最大埋深26.97 m，標(biāo)準(zhǔn)段底板最大埋深24.98 m，車站基坑最寬處為27.96 m。南五馬路站臨近南運(yùn)河水系，地質(zhì)條件差，主要為圓礫、礫砂層，透水性強(qiáng)。地下車站（含人行通道和垂直電梯井、風(fēng)道）以及機(jī)電設(shè)備所涉及的區(qū)域的防水等級設(shè)計(jì)為一級，要求不能有滲水現(xiàn)象。

3.2 車站關(guān)鍵部位防水技術(shù)

3.2.1 施工防水材料

南五馬路站地下結(jié)構(gòu)采用的防水材料如表2所示。

表2 地下結(jié)構(gòu)采用的防水材料一覽表

3.2.2 車站防水施工總體工藝流程

車站防水施工總體工藝流程如圖2所示。

圖2 車站防水施工流程圖

3.2.3 防水卷材施工工藝流程

第1步：對結(jié)構(gòu)基層進(jìn)行找平處理和清理→第2步：防水墊層、陰陽角倒角處理→第3步：鋪設(shè)防水卷材→第4步：防水保護(hù)層施工→第5步：進(jìn)行固定、壓邊→第6步：工程驗(yàn)收[8]。

3.2.4 聚氨酯涂膜防水施工工藝流程

第1步：對結(jié)構(gòu)基層找平壓光→第2步：處理結(jié)構(gòu)的陰陽角倒角→第3步：防水加強(qiáng)層仔細(xì)涂膜→第4步：防水層仔細(xì)涂膜→第5步：仔細(xì)施作紙?zhí)ビ蜌指綦x層→第6步：工程驗(yàn)收[9]。

3.2.5 細(xì)部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)防水措施

（1）底板倒角防水加強(qiáng)處理。倒角處防水材料通常不容易被折成90°。底板倒角防水加強(qiáng)處理如下：將1 : 2.5水泥砂漿鋪好倒角，尺寸為50 mm×50 mm，然后在倒角上面鋪設(shè)250 mm×250 mm的防水加強(qiáng)層，之后進(jìn)行大面積鋪設(shè)單面黏合Ⅱ型瀝青基聚酯胎預(yù)鋪防水卷材。具體施工示意如圖3、圖4所示。

圖3 陰角防水加示意圖 （單位：mm）

圖4 陽角防水示意圖 （單位：mm）

（2）施工縫防水加強(qiáng)處理。該項(xiàng)目施工縫防水通過鋼邊橡膠止水帶止水[10]，借助定位鋼筋把止水帶進(jìn)行固定。為保證鋼邊橡膠止水帶能精準(zhǔn)其定位，在加工生產(chǎn)、搬運(yùn)、安裝時(shí)需格外小心謹(jǐn)慎，避免止水帶出現(xiàn)破損、折疊和裂縫等。在對下一層混凝土進(jìn)行澆筑前，必須對舊混凝土仔細(xì)鑿毛，另外清除混凝土碎末，確保防水處理部位的干凈，接著安裝注漿管（內(nèi)徑不小于6 mm，出漿孔直徑為2～5 mm，出漿孔間距不超過30 mm，注泥漿注漿壓力不超過2.0 MPa）。安裝注漿管時(shí)，將注漿管和止水帶中部位置牢牢綁定，下一步仔細(xì)涂抹遇水膨脹止水膠條?；炷翝仓r(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格盯控，避免振搗器與止水帶、注漿管、止水膠條等觸碰，詳細(xì)節(jié)點(diǎn)設(shè)置如圖5所示。

圖5 特殊部位施工縫防水構(gòu)造 （單位：mm）

（3）變形縫防水加強(qiáng)處理。在進(jìn)行綁扎車站主體鋼筋之前，對外貼式橡膠止水帶提前進(jìn)行鋪設(shè)（止水帶寬350 mm，橡膠厚度為30 mm，拉伸強(qiáng)度不小于10 MPa），確保位置準(zhǔn)確，變形縫中線和止水帶中線必須確保吻合。待鋼筋綁扎完成后，將堵頭模板和中孔式鋼邊橡膠止水帶進(jìn)行精準(zhǔn)安裝，將脫模劑在混凝土側(cè)模板進(jìn)行仔細(xì)涂刷，確保模板穩(wěn)固性、平順性、接縫無裂縫。當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，拆除變形縫處側(cè)模板，在中孔式鋼邊止水帶上下側(cè)將厚度為20 mm變形縫襯板（擠塑苯板）安裝好。把模板支架拆除以后，馬上清掃施工區(qū)域，確保干凈。20 mm的縫內(nèi)通過密封膠（表面干燥時(shí)間不超過24 h，彈性恢復(fù)率不小于70%）進(jìn)行封堵，封堵之前，相關(guān)施工區(qū)域務(wù)必保持干燥。將不銹鋼接水盒（鋼板厚度為1 mm）配備于頂板、側(cè)墻結(jié)構(gòu)變形縫背水面，頂板的接水盒從中部向兩側(cè)設(shè)置1%的坡度，防止萬一有水時(shí)能夠進(jìn)行快速疏凈，另外在適當(dāng)位置預(yù)留檢查孔，進(jìn)行定期檢查，防止出現(xiàn)堵塞。變形縫相關(guān)節(jié)點(diǎn)詳細(xì)構(gòu)造如圖6～圖9所示。

圖6 頂板變形縫防水示意圖 （單位：mm）

圖9 涂料防水層在變形縫細(xì)節(jié)部位示意圖 （單位：mm）

圖7 變形縫預(yù)留凹槽示意圖 （單位：mm）

圖8 底板變形縫防水示意圖 （單位：mm）

（4）接地電極防水加強(qiáng)處理。為防止出現(xiàn)觸電事故，接地電極防水處理通常采取密封法，具體方法為：紫銅接地板和主體防水層連接的地方通過密封膠上下密封，順著紫銅地板增加2道止水條，止水條與丁基橡膠黏結(jié)帶保持一定高度。具體做法如圖10所示。

圖10 接地電極防水密封示意圖 （單位：mm）

（5）格構(gòu)柱防水加強(qiáng)處理。把水泥基滲透結(jié)晶防水涂料仔細(xì)地均勻涂刷在鉆孔灌注樁頂部和樁身頂部周邊位置，涂料規(guī)定用量至少確保1.5 kg/m2。底板中間位置焊接好厚度為5 mm的止水鋼板，止水鋼板的長度、寬度都是80 cm，在上面通過止水膠進(jìn)行密封，如果遇水膨脹膠條基面對應(yīng)的地方存在空隙，必須對鋼板進(jìn)行補(bǔ)焊，如圖11所示。

圖11 格構(gòu)柱防水做法圖 （單位：mm）

（6）風(fēng)井防水加強(qiáng)處理。風(fēng)井防水設(shè)計(jì)等級為一級，風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板和側(cè)墻采用2.0 mm厚乙烯共聚物改性瀝青ECB防水板。風(fēng)井防水結(jié)構(gòu)底板和側(cè)墻第一層都是采用噴射混凝土進(jìn)行初襯，其余防水措施如圖12所示。

圖12 風(fēng)井結(jié)構(gòu)防水示意圖

4 結(jié)論

文章針對地鐵隧道盾構(gòu)管片接縫容易出現(xiàn)滲水的難題，以沈陽地鐵4號線工程為例，引入非固化橡膠瀝青防水涂料，發(fā)揮其黏合性強(qiáng)、封閉性強(qiáng)、自我修復(fù)性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的優(yōu)勢，與常規(guī)橡膠密封墊配合使用，實(shí)踐證明，采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術(shù)，防水效果更好。另外，針對地鐵車站易滲關(guān)鍵部位，特別對底板倒角防水、施工縫防水、變形縫防水、接地電極防水、格構(gòu)柱防水、風(fēng)井防水等部位進(jìn)行加強(qiáng)措施。實(shí)踐表明，本文采取的施工技術(shù)可極大降低防水薄弱區(qū)域出現(xiàn)滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，提高工程質(zhì)量，防水效果良好，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為其他類似富含水層地鐵盾構(gòu)工程關(guān)鍵部位防水提供參考和借鑒。