廣州地鐵18號(hào)線HP3盾構(gòu)井滲漏處理技術(shù)

朱煒健

（中鐵建華南建設(shè)（廣州）高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

做好地鐵地下工程主體結(jié)構(gòu)滲漏的治理與預(yù)防工作，關(guān)系到地鐵工程運(yùn)行的效率。在盾構(gòu)法施工的隧道中，盾構(gòu)井用于盾構(gòu)組裝、拆卸、調(diào)頭、吊運(yùn)管片和出渣土等工作[1]，是常見(jiàn)的工作豎井。為合理利用地下空間，最大限度地發(fā)揮盾構(gòu)井的作用，盾構(gòu)掘進(jìn)完成后，盾構(gòu)井上部空間后期往往用作隧道設(shè)備房，其對(duì)防水要求更為嚴(yán)格[2]。本文以廣州市軌道交通十八號(hào)線HP3 盾構(gòu)井的堵漏施工為例，介紹滿足嚴(yán)格要求的堵漏施工技術(shù)，可供同類工程參考。

1 工程概況

1.1 HP3盾構(gòu)井概況

橫番區(qū)間HP3 盾構(gòu)井里程YDK22+590～YDK22+610，中心里程為YDK22+600，位于南沙大道上，為地下三層明挖結(jié)構(gòu)，為盾構(gòu)吊出井。HP3 盾構(gòu)井長(zhǎng)38.52m，寬約20m，基坑深40.5m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2m 厚的地下連續(xù)墻，采用內(nèi)支撐+環(huán)框梁體系，豎向共設(shè)置6 道支撐，均采用混凝土支撐，開(kāi)挖范圍內(nèi)主要巖土層為人工填土、淤泥層、砂層及粉質(zhì)黏土，硬塑狀全～中風(fēng)化花崗巖層、微風(fēng)化花崗巖，地質(zhì)情況較復(fù)雜，且基坑內(nèi)外存在承壓水，影響地基土的均勻性和穩(wěn)定性。本次試驗(yàn)位置在負(fù)二層西側(cè)墻和北側(cè)墻，地連墻厚度1.2m，負(fù)二層主體結(jié)構(gòu)厚度0.4m，外側(cè)地層為＜3-4＞中粗砂及＜8-3＞強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

1.2 水文情況

勘察范圍內(nèi)的穩(wěn)定地下水水位一般埋深1～3m。沿線地表水豐富，地下水主要由地表水下滲而成，一般與地表水具有直接的補(bǔ)給、排泄關(guān)系，沖積砂層透水性強(qiáng)，經(jīng)分層水位觀測(cè)，各透水層地下水水位標(biāo)高基本相近，僅局部填土中的上層滯水水位偏高。沿線地面起伏小，未揭露有直接涌出地面的高水頭地下水。地下水按賦存方式分為第四系土層孔隙水（潛水），層狀基巖裂隙水、塊狀基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水（承壓水）。

1.3 滲漏水情況

盾構(gòu)井側(cè)墻滲水嚴(yán)重，滲漏水情況如圖1 所示。初步勘察有40 余處裂縫，并伴有滲水現(xiàn)象，曾經(jīng)過(guò)水泥漿注漿及縫隙化學(xué)漿注漿多次維修，但由于現(xiàn)場(chǎng)條件制約及施工工具簡(jiǎn)陋，均未達(dá)到止水效果，墻體裂縫、水泥漿注漿孔平整。

圖1 盾構(gòu)井側(cè)墻滲漏水實(shí)景圖

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)漏點(diǎn)抽取三個(gè)滲漏點(diǎn)（東西南三側(cè)），水鉆開(kāi)孔（孔徑370mm），鉆透地連墻后，有地下水及泥沙涌出，開(kāi)孔初期水壓0.3MPa，10min 后水壓降至0.2MPa。對(duì)水樣進(jìn)行采集并進(jìn)行物理性能分析，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)滲漏點(diǎn)水樣檢測(cè)結(jié)果

2 治理方案

盾構(gòu)井多個(gè)墻面長(zhǎng)時(shí)間大面積濕透，可能是圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷導(dǎo)致地層中的水大量進(jìn)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間，從主體結(jié)構(gòu)的縫隙滲出，于是對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行注漿處理，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間注入單液漿，用化學(xué)注漿液針對(duì)墻面裂縫進(jìn)行封堵。

2.1 對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行注漿處理

鉆孔穿透維護(hù)結(jié)構(gòu)，向主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間注入漿液，填充主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的縫隙，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)形成止水帷幕。為了控制注漿量，減少漿液流失，決定注雙液漿[3]。該工程以水玻璃溶液和偏鋁酸鈉粉為原料制備成改性水玻璃漿液，其與水泥漿液能反應(yīng)生成凝膠物質(zhì)[4]（如圖2 所示）,有一定的固結(jié)作用和強(qiáng)度。通過(guò)改變改性水玻璃溶液和水泥漿液的比例[5]，可使凝固時(shí)間控制在5～30min 不等。同時(shí)，該工程在水泥漿液中添加了防水劑，可使水泥單液漿、雙液漿固化后7d抗壓強(qiáng)度提升80%以上。

圖2 雙液漿反應(yīng)示意圖

2.2 在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間注入單液漿

鉆孔穿透主體結(jié)構(gòu)，注入超細(xì)水泥漿填充圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間的空隙。超細(xì)水泥漿能輕易注入普通水泥注入不了的微細(xì)裂縫，結(jié)石體強(qiáng)度高[6]。該工程在水泥漿液中添加了防水劑，進(jìn)一步提升其強(qiáng)度，對(duì)主體結(jié)構(gòu)起到補(bǔ)強(qiáng)作用。

2.3 用化學(xué)注漿液針對(duì)墻面裂縫進(jìn)行封堵

針對(duì)主體結(jié)構(gòu)墻面的裂縫，注入化學(xué)漿液，填充主體結(jié)構(gòu)中的縫隙，阻斷水流通道。該工程使用的化學(xué)漿液為聚脲注漿液和環(huán)氧樹(shù)脂注漿液。聚脲注漿液在水的作用下，迅速產(chǎn)生多元胺，多元胺與異氰酸根反應(yīng)迅速，固化速度快[7]，可在30min 內(nèi)凝固，其斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)200%～300%，能夠追隨接縫的擴(kuò)大、縮小、剪切變形等，同時(shí)還能維持水密性和氣密性。環(huán)氧樹(shù)脂注漿材料漿液由主劑環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑、稀釋劑以及增塑劑和催化劑等輔助劑組成[8]。漿液黏度較低，可深入到混凝土微小裂縫中[9]；固化成型后粘結(jié)強(qiáng)度和拉升強(qiáng)度較大，起到有效補(bǔ)強(qiáng)作用。裂縫無(wú)滲水時(shí)注環(huán)氧樹(shù)脂注漿液；裂縫有滲水時(shí)，先注聚脲注漿液，再注環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。兩種注漿液相互配合，實(shí)現(xiàn)剛?cè)峤Y(jié)合、多道防水的效果。

3 施工工藝流程

3.1 對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行注漿處理

（1）布孔。根據(jù)漏水面積大小，選定若干個(gè)孔洞位置，孔洞離地約1m、左右間隔約6m。先用電錘鉆出兩個(gè)Ф14mm×20cm 的孔用以固定水鉆支架，兩個(gè)孔的間距根據(jù)水鉆支架的寬度確定，水鉆工作時(shí)先用Ф 51mm×37cm的鉆頭向內(nèi)鉆到一定深度，再增加加長(zhǎng)桿繼續(xù)鉆，直至鉆孔深度達(dá)到預(yù)計(jì)尺寸，以穿過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，適當(dāng)向外延伸。

（2）埋注漿管。在孔的位置埋入Ф36mm×50cm端部帶有球閥的注漿管，有球閥的一端留在墻體外側(cè)，長(zhǎng)度約20cm，其余部分放入孔洞內(nèi)，用快干水泥封口，1h后注漿管才能使用，確保注漿孔穩(wěn)固不脫落。

（3）制漿。將水泥、防水劑倒入制漿機(jī)內(nèi)加水?dāng)嚢杈鶆蛐纬葾 液，水泥和防水劑重量比為5∶1，水泥防水劑混合物和水重量比約為1∶1；水玻璃作為B 液，A、B液同時(shí)通過(guò)雙液注漿機(jī)，A液與B液體積比為1∶1。

（4）注漿。從雙液注漿機(jī)輸出的A、B 液分別通過(guò)進(jìn)漿管輸送到工作面，A、B 液進(jìn)入事先安裝在注漿管端部的三通閥，混合后通過(guò)注漿管進(jìn)入墻體內(nèi)部。

注漿初始?jí)毫?.3kPa，根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)，注漿壓力不宜超過(guò)1.5kPa，本次注漿壓力達(dá)到1.8kPa 后停止注漿。

3.2 在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間注入單液漿

（1）布孔。參照4.2 的方法布置若干個(gè)注漿管，孔的深度略大于主體結(jié)構(gòu)的厚度，其他準(zhǔn)備工作的步驟與注雙液漿相同。

（2）制漿。將水泥、防水劑倒入制漿機(jī)內(nèi)加水?dāng)嚢杈鶆蛐纬伤酀{，水泥和防水劑重量比為5∶1，水泥防水劑混合物與水的重量比為1∶1。

（3）注漿。進(jìn)漿管直接與注漿管固定連接，注入水泥漿，注漿過(guò)程中觀察注漿壓力，壓力達(dá)到0.3kPa后停止注漿，換其他注漿孔繼續(xù)注漿直至全部完成。

3.3 對(duì)裂縫滲水處進(jìn)行化學(xué)注漿處理

對(duì)微小滲水裂縫使用針孔注漿方法進(jìn)行注漿直至無(wú)滲漏現(xiàn)象。常規(guī)施工過(guò)程與步驟如下：注漿孔確定鉆孔→安裝注射帽→注漿→清掃環(huán)境。

（1）滲漏處注漿孔位置的選擇。按照不同滲漏部位、類型和水量等參照技術(shù)方案進(jìn)行布置。注漿孔以主要漏水點(diǎn)為中心，呈梅花形分布3～4個(gè)，縱橫向距離主要漏水點(diǎn)30cm以內(nèi)，水漬面積較大時(shí)可增加注漿孔數(shù)量。針孔注漿位置為裂縫或表面浸漬處如圖3所示。

圖3 注漿孔示意圖

（2）鉆孔。采用電錘打出淺孔，再在淺孔位置繼續(xù)鑿出深孔，鉆孔順序：裂隙處鉆孔由滲水處的裂縫頂部自上而下進(jìn)行?？椎闹睆胶蜕疃雀鶕?jù)實(shí)際情況確定，本次試驗(yàn)鉆孔直徑16mm，先用40cm 長(zhǎng)的鉆頭打孔，再換成80cm鉆頭鉆出深度為60cm的孔。

（3）清理鉆孔。用吹氣嘴連接空壓機(jī)，深入孔內(nèi)部吹氣，把孔內(nèi)部的沙粒、灰塵等雜物吹出，吹氣過(guò)程中吹氣嘴與孔之間的角度適時(shí)調(diào)整，確保氣從每個(gè)角度進(jìn)入不留死角，吹氣持續(xù)時(shí)間不低于60s，直至孔內(nèi)無(wú)異物出現(xiàn)。

（4）埋注漿嘴。將頭部套有套管的注漿帽塞入孔內(nèi)，用力敲擊注漿帽直至注漿管固定在墻上不能拔出，注漿嘴直徑為10mm，插入深度10～15cm；所用套管直徑略大于注漿帽頭部直徑，可采用橡膠皮套或PVC管，長(zhǎng)度3cm 左右即可，用于將注漿帽固定在孔內(nèi)以便注漿，如圖4 所示；裂縫明顯部位在裂縫內(nèi)填入快干水泥封閉裂縫并固定注漿嘴。

圖4 注漿嘴實(shí)拍圖

（5）注漿。砂漿凝固后，進(jìn)行注漿。裂縫有滲水時(shí)，先用聚脲注漿液注漿，壓力控制在0.3～0.4MPa?？梢圆捎瞄g歇注漿的工藝，在注漿2～5h 后，補(bǔ)注環(huán)氧樹(shù)脂漿液，壓力控制在10～15MPa。注漿從墻體豎向表面的最低點(diǎn)開(kāi)始。當(dāng)觀察到注漿材料從裂縫的上一個(gè)注漿口流出，將下部的注漿口封堵。重復(fù)以上流程，直到所有的注漿口都已經(jīng)完成注漿并充滿注漿材料。

（6）表面處理。清理表層漿液殘留，在裂縫兩側(cè)20cm刮涂水泥結(jié)晶型防水涂料兩層。

（7）恢復(fù)墻面、清運(yùn)垃圾、清理場(chǎng)地，保持施工場(chǎng)地整潔。

4 施工效果

該工程于2021 年4 月10 日開(kāi)始施工，改性水玻璃-水泥雙液漿、水泥單液漿注漿用時(shí)14d，化學(xué)漿液注漿用時(shí)6d。治理滲漏水墻體面積約720m2，滲漏水裂縫約600m。作業(yè)過(guò)程中墻面的水漬逐漸變淡，作業(yè)完成后24h，墻面基本干燥，未出現(xiàn)新的滲水跡象。并于2022 年11 月10 日前往現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，未發(fā)現(xiàn)復(fù)漏現(xiàn)象，漏水問(wèn)題得到了有效治理，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）本次維修部位，由于該工程之前已經(jīng)進(jìn)行過(guò)水泥注漿，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壁后空腔被占據(jù)，阻礙雙液漿的流動(dòng)及擴(kuò)散，導(dǎo)致多處裂縫無(wú)法被填充，不能完全發(fā)揮堵漏止水效果。因此首次注漿對(duì)治理效果影響很大，應(yīng)選擇合適的材料和工藝。

（2）用偏鋁酸鈉溶液和水玻璃配制為改性水玻璃注漿液,與添加了防水劑的水泥漿液配合使用，具有凝結(jié)時(shí)間可控、成型后強(qiáng)度高、抗分散能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),可較好地填充地層孔隙，能夠快速鎖水，抑制滲漏水的情況。

（3）水泥-改性水玻璃雙液漿采用雙液方式注入，施工工藝較單液漿復(fù)雜，容易造成注漿間歇過(guò)程中堵管現(xiàn)象的發(fā)生。輸漿管路的安裝應(yīng)盡量縮短漿液匯合管的長(zhǎng)度。

（4）環(huán)氧樹(shù)脂注漿液黏度低，不與水反應(yīng)，直接注入滲漏水裂縫中容易被水沖走或者是漿液變稀、影響固化效果。環(huán)氧樹(shù)脂漿液固化后為剛性材料，斷裂伸長(zhǎng)率低，不能隨裂縫的伸展、壓縮產(chǎn)生形變，容易發(fā)生脆性斷裂。先注入聚脲注漿液，在水中發(fā)生反應(yīng)形成柔性膠體，后補(bǔ)注環(huán)氧樹(shù)脂漿液起到補(bǔ)強(qiáng)作用，達(dá)到了剛?cè)峤Y(jié)合、多道防水的效果。