預(yù)制裝配式隧道防水技術(shù)研究

歐陽平

（中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，上海 201300）

0 引言

目前，國內(nèi)外下穿隧道的設(shè)計(jì)施工主要是采取整體現(xiàn)澆施工技術(shù)，經(jīng)過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性好，施工工藝成熟，但缺點(diǎn)同樣也很明顯。現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)具有施工工期長(zhǎng)；現(xiàn)場(chǎng)施工流程多，施工質(zhì)量控制困難；施工受氣候影響大，工期目標(biāo)難以保證；施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保影響大等弊病。跟傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)比較，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有工程質(zhì)量容易控制、施工效率快并且對(duì)周圍環(huán)境影響小、進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)、施工現(xiàn)場(chǎng)占用場(chǎng)地小、占用施工人員少的特點(diǎn)[1]。因地下工程結(jié)構(gòu)斷面較大，受尺寸和重量的影響，需采取分塊預(yù)制。但分塊必然增加接縫，也就增加了滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。裝配式結(jié)構(gòu)的漏水涉及各種條件，如環(huán)境條件、預(yù)制塊接頭的構(gòu)造、止水材料、施工條件等，但起主要作用的條件是接頭的滲漏。因此，預(yù)制構(gòu)件接頭處的防水是預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)防水研究的重點(diǎn)。

1 預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)及防水應(yīng)用現(xiàn)狀

在地下工程中應(yīng)用裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵控制因素是構(gòu)件的防水。預(yù)制裝配式構(gòu)件與盾構(gòu)管片具有某些相似性，其防水多借參照管片接縫防水進(jìn)行優(yōu)化。其防水措施主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)自防水、接頭部位布置橡膠止水帶或密封條等，接縫處預(yù)留注漿孔進(jìn)行注漿處理。

1.1 國外預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)及防水應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑工業(yè)化裝配式技術(shù)很早就在國外開始使用，并已廣泛應(yīng)用于地下工程中。荷蘭鹿特丹地鐵的預(yù)制裝配式殼式隧道結(jié)構(gòu)；俄羅斯采用單拱結(jié)構(gòu)建成了其國內(nèi)首個(gè)雙層地鐵換乘樞紐——奧林匹克換乘站；在日本仙臺(tái)市地下鐵道工程中采用了預(yù)制雙跨箱型結(jié)構(gòu)，每一環(huán)由五個(gè)預(yù)制構(gòu)件組成[2-4]。對(duì)于接縫密封材料，歐洲多使用非膨脹合成橡膠，日本和其他國家多使用水膨脹橡膠。更有研究人員對(duì)密封墊的防水性能、對(duì)防水材料進(jìn)行了研究[5]。

1.2 國內(nèi)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)及防水應(yīng)用現(xiàn)狀

預(yù)制裝配式技術(shù)在國內(nèi)起步較晚，在綜合管廊及盾構(gòu)地鐵隧道應(yīng)用較多，在其他地下工程的應(yīng)用較少。國內(nèi)初次采用預(yù)制裝配式明挖法施工是長(zhǎng)春地鐵2 號(hào)線袁家店站，裝配段長(zhǎng)188m，一共94 環(huán)，每環(huán)寬2m，由7 塊預(yù)制構(gòu)件組成，塊與塊、環(huán)與環(huán)之間采用榫接并用精軋螺紋鋼拉緊，其間填充改性環(huán)氧樹脂，防水有自防水和接縫防水組成；北京地鐵9 號(hào)線豐臺(tái)北路站是國內(nèi)首座采用的預(yù)制裝配式鋪蓋法修建雙層島式車站；廈門疏港路下穿仙岳路通道是國內(nèi)首條采用預(yù)制拼裝的下穿隧道，采用上下預(yù)制塊匹配拼裝、預(yù)制件縱向懸吊拼裝、拼接接縫為涂抹環(huán)氧樹脂、張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線束拼接為整孔?；幢笔泄懦菛|路綜合管廊工程的接縫主要采用承插式接頭，接縫的防水多選用“F”型橡膠彈性密封墊，附加預(yù)埋注漿管及遇水膨脹止水條等[6-10]。

國內(nèi)對(duì)盾構(gòu)管片接縫防水已有大量研究成果，對(duì)于地下預(yù)制結(jié)構(gòu)接頭防水，目前主要為橡膠材料物理力學(xué)性能和接頭防水性能的理論分析與試驗(yàn)研究。國內(nèi)的盾構(gòu)隧道大多使用非膨脹彈性密封墊，水下盾構(gòu)隧道大多選用遇水膨脹材料與非膨脹密封墊相組合的復(fù)合型防水材料。

2 工程概況及重難點(diǎn)

成都市一環(huán)磨子橋隧道工程是成都市首條引入裝配式工業(yè)化預(yù)制構(gòu)件的市政隧道，位于成都市一環(huán)路，隧道西起旅游村街東側(cè)，下穿磨子橋跨線橋，途經(jīng)四川大學(xué)、新建音樂廳，止于老馬路路口。隧道全長(zhǎng)1280m，其中建筑工業(yè)化裝配式的拼裝段隧道長(zhǎng)度約130m（里程：K0+900～K1+030.6），全段位于直線上，坡度6‰。隧道的寬度22.3m，設(shè)直線五車道。每1.5m 為一個(gè)預(yù)制節(jié)段，從上下分塊豎向張拉成環(huán)，每14～15 個(gè)環(huán)節(jié)通過張拉形成整體孔段，各孔段間設(shè)置2cm 沉降縫。全段共6個(gè)大節(jié)段（14 節(jié)、15 節(jié)各三段交替布置），5 道沉降縫。

本項(xiàng)目隧道工程是成都市首次引入建筑工業(yè)化裝配式構(gòu)件施工工藝的工程，也是國內(nèi)最大斷面的裝配式隧道。裝配式構(gòu)件中拼接縫較多，裝配式結(jié)構(gòu)防水是其重難點(diǎn)，其防水質(zhì)量不僅影響到工程施工質(zhì)量，還影響結(jié)構(gòu)的耐久性、行車的安全以及隧道的美觀。

3 裝配式防水處理措施

本預(yù)制裝配段防水由結(jié)構(gòu)自防水、外防水以及水平縫、環(huán)向縫、沉降縫防水共同組成。

3.1 結(jié)構(gòu)自防水

預(yù)制結(jié)構(gòu)由C45 防水混凝土制成，防水等級(jí)不低于P10。

3.2 結(jié)構(gòu)外防水處理

結(jié)構(gòu)在安裝前，在結(jié)構(gòu)外表面涂刷聚氨酯防水涂料，在墊層頂鋪設(shè)2mm×1.5mm 高聚物改性瀝青防水卷材，并設(shè)置細(xì)石混凝土保護(hù)層。安裝完畢后，側(cè)墻及墊板鋪設(shè)防水卷材，保證其與底部防水卷材搭接，共同形成全框架保護(hù)層。施工過程中嚴(yán)格保證防水卷材的鋪設(shè)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)外防水施工如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)外防水施工

3.3 水平縫防水處理

在水平接縫處安裝兩道止水條，水平縫止水條端部預(yù)留2～3mm 壓縮量切平與環(huán)向止水條T 型，對(duì)接無論縱向、橫向形成封閉環(huán)，確保防水效果。

水平接合面在組合前涂刷環(huán)氧樹脂，進(jìn)行豎向張拉后固化，封閉縫隙并填充支撐結(jié)合面。同時(shí)在水平接縫拼裝夾板及接頭處涂膠確保粘接嚴(yán)密牢固，以此來增強(qiáng)防水效果。圖2 為水平縫防水處理，圖3 為水平止水條安裝。

圖2 水平縫防水處理

圖3 水平止水條安裝

3.4 環(huán)向縫防水處理

具體操作如下：①在環(huán)向接縫處安裝兩道30mm×18mm 止水條，止水條接頭相互錯(cuò)開，環(huán)向止水條接口45°斜切。②環(huán)節(jié)合攏前，在兩端面的兩側(cè)及底部外圈止水條與外邊緣之間、上方內(nèi)圈止水條與內(nèi)邊緣之間涂抹混凝土修補(bǔ)膠，厚度高于10mm，縱向臨時(shí)張拉后固化。③環(huán)節(jié)合攏前，在固定塊端面上相鄰兩個(gè)縱向預(yù)應(yīng)力孔之間粘貼30mm×20mm 的膩?zhàn)有椭顾畻l，連接內(nèi)外兩道止水條。孔段縱向永久預(yù)應(yīng)力張拉后，孔道壓漿時(shí)，同時(shí)通過環(huán)節(jié)孔口填注環(huán)間縫隙，壓漿順序?yàn)橄认潞笊希芍邢蛲狻?/p>

孔段縱向永久預(yù)應(yīng)力張拉后，用無收縮灌漿料填注頂部外圈止水條上方以及兩側(cè)和底部?jī)?nèi)圈止水條與內(nèi)邊緣之間的縫隙。圖4 為環(huán)向止水條施工，圖5 為環(huán)氧砂漿灌縫處理。

圖4 環(huán)向止水條施工

圖5 環(huán)氧砂漿灌縫處理

3.5 變形縫防水處理

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變形縫位置處設(shè)置雙層止水帶。在結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)置350mm×3mm 紫銅片止水帶，在底板和側(cè)墻預(yù)留燕尾槽、頂板設(shè)置后澆帶，作為止水帶安裝孔；結(jié)構(gòu)的背水面設(shè)置背貼式可以注漿式橡膠止水帶，內(nèi)周設(shè)置后澆帶預(yù)留槽（20cm×20cm），并預(yù)埋鋼板及螺栓，將橡膠止水帶固定。

前一大節(jié)段拼裝完成后，下一環(huán)拼裝前，先查兩大節(jié)段端頭塊的預(yù)留燕尾槽口的各部尺寸和位置，無誤后再在兩節(jié)段拼合前將紫銅片止水帶安裝在固定端頭塊的預(yù)留槽口內(nèi)，最后在頂板頂面后澆帶槽內(nèi)接頭，并用螺栓固定。

在固定端粘貼2cm 厚硬質(zhì)塑料泡沫板及兩道止水條，并在底板預(yù)留孔中插入φ32mm 鋼筋，龍門吊拼裝下一環(huán)后吊紫銅片裝入燕尾槽中，對(duì)正下一段端頭塊插入推攏，聯(lián)接固定兩端頭塊。在頂部后澆帶位置用螺栓將紫銅片止水帶接頭拼合，搭接長(zhǎng)度不小于5mm，雙面焊接形成閉環(huán)。在框架內(nèi)部對(duì)底板和側(cè)墻沿預(yù)留孔灌注灌漿料，封閉紫銅止水帶。在內(nèi)周預(yù)留后澆帶上，從底板開始沿側(cè)墻到頂板安裝背貼式橡膠止水帶，并用預(yù)埋螺栓固定，形成閉合環(huán)。按設(shè)計(jì)要求補(bǔ)接槽口鋼筋，并在兩端面各粘貼兩條10mm×25mm 規(guī)格的遇水膨脹止水條，確保新舊混凝土之間的可靠連接，最后立模澆筑無收縮灌漿料。圖6 為孔道壓漿施工，圖7 為紫銅片安裝。

圖6 孔道壓漿施工

圖7 紫銅片安裝

4 結(jié)語

作為地下預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)工程施工中最為重要的組成部分，防水施工的質(zhì)量直接影響整個(gè)工程的施工效果及行車安全。由于預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平、機(jī)械裝配能力等客觀因素的限制，目前國內(nèi)地下工程中的分塊式預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)工程仍然很少，尤其是大斷面裝配式工程，防水施工經(jīng)驗(yàn)也很少。

本工程結(jié)構(gòu)防水采用“防水混凝土+防水涂料+防水卷材”的三重防水并輔以細(xì)石混凝土保護(hù)層，彌補(bǔ)了構(gòu)件形位誤差的影響，有效的保證了防水效果；但防水施工工藝復(fù)雜，工序繁多，尤其是沉降縫的防水結(jié)構(gòu)，施工操作難度大，質(zhì)量控制要求高，容易出現(xiàn)疏漏而影響防水效果。建議在后續(xù)工程應(yīng)用中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少預(yù)制構(gòu)件變形，并釆用前后及上下全匹配預(yù)制，這樣不僅可以減少安裝難度，保證裝配質(zhì)量，更可以優(yōu)化并簡(jiǎn)化防水設(shè)計(jì)，方便操作，有利于保證防水效果。同時(shí)在施工的過程中要隨時(shí)更新施工工藝，選用合適的防水材料，通過對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)防水技術(shù)的不斷改進(jìn)，來提高工程質(zhì)量，為后續(xù)工程提供經(jīng)驗(yàn)。