地鐵盾構(gòu)隧道管片滲漏水治理技術(shù)研究

摘要 隨著城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)隧道因其施工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。然而，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，盾構(gòu)隧道在施工及運(yùn)營期間常常面臨滲漏水問題，影響隧道的結(jié)構(gòu)安全及使用壽命。該文以濟(jì)南地鐵6號線工程某工區(qū)為例，統(tǒng)計(jì)并分析了盾構(gòu)隧道管片滲漏水的分布特征、成因及其危害，提出了針對性的注漿滲漏治理原則和技術(shù)。研究表明：該工區(qū)管片接縫滲漏占比高達(dá)79.5%，是主要的滲漏來源，采用硅酸鹽改性聚氨酯材料進(jìn)行注漿封堵，有效控制了隧道管片滲漏，取得了顯著效果。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)隧道；管片滲漏水；防水措施；隧道治理

中圖分類號 TU 94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0142-03

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵隧道建設(shè)逐漸增多，盾構(gòu)法作為主要施工方式被廣泛應(yīng)用于地下隧道的掘進(jìn)中。然而，盾構(gòu)隧道在施工期和運(yùn)營期的滲漏水問題日益凸顯，已成為影響隧道使用壽命和運(yùn)營安全的關(guān)鍵因素之一[1]。盾構(gòu)隧道的滲漏水問題涉及多個(gè)方面，包括盾構(gòu)隧道管片的制作質(zhì)量、盾構(gòu)推進(jìn)過程中的操作情況以及接縫防水材料的質(zhì)量等。施工過程中，由于不均勻的頂推力、管片制作不當(dāng)或安裝誤差等因素，管片接縫處的防水性能常常受到影響，從而引發(fā)滲漏水問題[2]。此外，滲漏水的發(fā)生通常集中在管片接縫、手孔等部位，尤其是在高水壓條件下，這些部位的防水難度和復(fù)雜性顯著增加[3]。盾構(gòu)隧道滲漏水的危害不僅表現(xiàn)為隧道結(jié)構(gòu)的耐久性降低，還可能導(dǎo)致周圍土體的孔壓變化，引起地層沉降，甚至對地鐵運(yùn)營期間的行車安全造成威脅[4]。研究表明，滲漏水是盾構(gòu)隧道最常見的病害，并且可能進(jìn)一步導(dǎo)致管片腐蝕、隧道襯砌周圍的土壤侵蝕，甚至隧道結(jié)構(gòu)的變形等問題，嚴(yán)重影響隧道安全性和使用壽命。

在運(yùn)營期，地質(zhì)環(huán)境的變化及隧道周邊建設(shè)活動(dòng)對盾構(gòu)隧道的防水性能產(chǎn)生了負(fù)面影響，尤其是在高水壓區(qū)域下，滲漏水頻繁發(fā)生[5]。魯聰?shù)萚6]通過對運(yùn)營期水下盾構(gòu)隧道的滲漏水成因進(jìn)行分析，提出了滲漏水問題可能對結(jié)構(gòu)造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)，如大面積滲漏會影響隧道的耐久性和穩(wěn)定性，甚至可能導(dǎo)致運(yùn)營中斷。丁煒[7]對地鐵隧道的長期監(jiān)測結(jié)果表明：周邊地質(zhì)變化以及地表施工活動(dòng)顯著加速了管片的滲漏。此外，李陽[8]對聚氨酯防水材料的改性研究表明：改進(jìn)的聚氨酯材料具有更好的抗水壓特性和長期耐久性，適用于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。

該文以濟(jì)南地鐵6號線工程某工區(qū)為例，統(tǒng)計(jì)并系統(tǒng)地梳理了盾構(gòu)隧道管片滲漏水的分布特征、成因與危害，提出了基于硅酸鹽改性聚氨酯材料的管片滲漏水注漿治理技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

1 盾構(gòu)隧道管片滲漏水分析

1.1 盾構(gòu)隧道管片滲漏水分布特征

該文對濟(jì)南地鐵6號線某區(qū)間左右線0～400環(huán)滲漏水情況進(jìn)行了分析調(diào)研，并對盾構(gòu)滲漏水病害相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，滲漏水類型及滲漏水位置統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見圖1。

根據(jù)圖1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，滲漏水主要集中在管片接縫處，管片接縫滲漏占比高達(dá)79.5%，是主要的滲漏來源。這可能是由于管片之間的密封處理不當(dāng)，比如管片拼裝過程存在損傷密封膠條的問題。螺栓孔滲漏占比為20.5%，而注漿孔和裂縫基本未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。螺栓孔的滲漏一般與螺栓安裝不當(dāng)或密封材料老化有關(guān)。左線的管片接縫滲漏數(shù)量為22次，螺栓孔滲漏為6次，右線的管片接縫滲漏數(shù)量為13次，螺栓孔滲漏為3次。整體來看，左線的滲漏情況比右線更為嚴(yán)重，特別是在管片接縫處。在施工過程中，左線所在的地質(zhì)條件可能較右線更為復(fù)雜，地下水位較高、土質(zhì)較松軟，導(dǎo)致左線承受的水壓較大，因此滲漏情況更為嚴(yán)重。

如圖2所示，滲漏水主要集中在隧道的0～200環(huán)之間，其中0～50環(huán)和150～200環(huán)是滲漏的主要區(qū)段。尤其是左線在0～50環(huán)和150～200環(huán)滲漏較為嚴(yán)重?？赡芘c該區(qū)域的地質(zhì)條件或者盾構(gòu)處于曲線施工段有關(guān)。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和姿態(tài)控制對管片拼裝質(zhì)量影響很大。

如圖3所示，滲漏點(diǎn)位的空間分布中第6點(diǎn)、12點(diǎn)、13點(diǎn)等位置滲漏比例稍大，分別為15.2%和17.4%。其原因可能是該點(diǎn)位處管片拼接難度較大，密封不嚴(yán)導(dǎo)致了集中滲漏。

1.2 盾構(gòu)隧道管片滲漏水的成因與危害

濟(jì)南地鐵6號線局部地區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地表水及地下水活動(dòng)頻繁，這增加了隧道滲漏水發(fā)生的可能性[9]。通過對濟(jì)南6號線多個(gè)盾構(gòu)區(qū)間的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)隧道存在不同程度的滲漏水現(xiàn)象，尤其是在地質(zhì)條件較復(fù)雜、地下水位較高的區(qū)域。盾構(gòu)法隧道滲漏水主要出現(xiàn)在管片接縫、螺栓孔等內(nèi)部大量存在的潛在地下水滲流通道處。此外，在部分管片開裂的位置以及二次注漿孔處亦可觀察到滲漏水情況。

管片結(jié)構(gòu)接縫處滲漏的主要成因可能包括施工過程中的接縫處理不當(dāng)。此外，地下水的壓力和環(huán)境濕度也可能加劇接縫處的水滲入。如果不及時(shí)處理，滲水可能會影響結(jié)構(gòu)的耐久性，導(dǎo)致混凝土劣化或鋼筋銹蝕。螺栓孔附近的滲漏的原因可能是螺栓孔密封不嚴(yán)，密封材料老化，或者施工中螺栓安裝不到位。長期滲漏可能導(dǎo)致鋼制螺栓的銹蝕，進(jìn)而影響地鐵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。注漿孔滲漏可能源于注漿材料不均勻、施工時(shí)注漿壓力不足或填充不完全，導(dǎo)致孔隙中殘留空間沒有被有效密封。這類滲漏容易造成地下水通過孔道滲入，并可能引發(fā)地基土的沉降或結(jié)構(gòu)變形。盾構(gòu)管片裂縫滲漏水，裂縫滲漏通常是由不均勻沉降或拼裝過程管片擠壓等引起的。裂縫滲水可能進(jìn)一步加大裂縫的擴(kuò)展，進(jìn)而削弱地鐵隧道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，造成安全隱患。

2 盾構(gòu)管片滲漏水治理技術(shù)

2.1 盾構(gòu)管片滲漏水治理原則

地下工程滲漏治理施工工藝的關(guān)鍵在于精細(xì)的前期準(zhǔn)備、準(zhǔn)確的施工操作和嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

首先，施工前需通過勘察明確滲漏點(diǎn)的位置、滲漏類型和水壓情況，制定詳細(xì)的施工方案，確保治理措施有針對性。對于輕度滲漏，采用表面封堵法，先清理滲漏表面，使用防水涂料或密封膠進(jìn)行多層涂覆，確保材料均勻覆蓋并封閉滲漏路徑。在嚴(yán)重滲漏的情況下，采用注漿封堵工藝。施工時(shí)，通過在滲漏區(qū)域鉆孔，設(shè)置注漿嘴，將聚氨酯或環(huán)氧樹脂等化學(xué)注漿材料注入縫隙中，形成防水屏障。注漿過程中應(yīng)精準(zhǔn)控制壓力，確保漿液均勻分布，避免破壞結(jié)構(gòu)或封堵不徹底。注漿完成后，檢查是否徹底封堵，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充治理。完工后，通過灌水試驗(yàn)等方式進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，并建立長期監(jiān)控機(jī)制，特別是在高水壓區(qū)域，確保隧道長期防水性能。整體施工過程中，還應(yīng)嚴(yán)格遵守環(huán)境保護(hù)和安全操作規(guī)范，防止對周圍環(huán)境的影響，并確保施工人員的安全。

2.2 基于硅酸鹽改性聚氨酯材料的管片滲漏水治理技術(shù)

注漿是盾構(gòu)管片滲漏水治理的有效手段，其核心是利用滲透性較強(qiáng)的漿液對襯砌及圍巖的細(xì)小裂隙進(jìn)行封堵、充填，從而起到防滲、堵水、加固的效果[10]。

注漿材料的選擇和注漿工藝的改進(jìn)是提升治理效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在施工后期和運(yùn)營過程中，采用快速固化、不收縮的注漿材料能夠迅速起效，減少滲漏對結(jié)構(gòu)的影響。采用的注漿材料為自主研發(fā)的硅酸鹽改性聚氨酯密封注漿材料，該新型材料為雙組分材料，1∶1混合攪拌后即可快速反應(yīng)，開始反應(yīng)時(shí)間為30～80 s，其1 h抗壓強(qiáng)度可達(dá)45 MPa以上，抗折強(qiáng)度大于15 MPa，與巖石黏結(jié)強(qiáng)度大于5 MPa?？傊?，該材料具有不膨脹、不干縮、高強(qiáng)度、強(qiáng)黏接、快凝固等多種優(yōu)點(diǎn)，其不干縮特性克服了使用傳統(tǒng)聚氨酯材料進(jìn)行管片滲漏水治理“反復(fù)修反復(fù)漏”的弊病。

2.3 管片接縫注漿封堵工藝

在6號線某區(qū)間管片接縫滲漏占比高達(dá)79.5%，是主要的滲漏來源。管片接縫注漿封堵工藝是一項(xiàng)針對盾構(gòu)隧道接縫滲漏問題的關(guān)鍵技術(shù)，其核心目標(biāo)是恢復(fù)接縫區(qū)域的防水性能，從而保障隧道結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。首先對滲漏部位進(jìn)行全面清理和檢查。施工人員需徹底清除接縫表面的松散雜物、泥土和其他附著物，確保接縫區(qū)域的清潔無阻，為后續(xù)施工提供良好的基礎(chǔ)條件。隨后，通過專業(yè)檢測設(shè)備精確定位滲漏點(diǎn)，并評估其范圍及接縫的物理狀態(tài)。在接縫兩側(cè)均勻布置注漿孔。鉆孔的位置和深度需根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精準(zhǔn)控制，確保鉆孔能夠穿透接縫區(qū)域，同時(shí)避免對管片結(jié)構(gòu)造成損害。鉆孔直徑一般控制在10～20 mm，以滿足漿液流動(dòng)的需求。在鉆孔完成后，根據(jù)滲漏的具體情況選擇基于硅酸鹽改性聚氨酯材料作為注漿材料。

注漿施工是整個(gè)工藝的核心環(huán)節(jié)。通過注漿泵將漿液注入接縫，利用壓力使?jié){液充分填充接縫區(qū)域，并形成密實(shí)的防水層[11]。在注漿過程中需實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力，避免因過高或過低的壓力導(dǎo)致漏注或?qū)芷Y(jié)構(gòu)的破壞。注漿完成后，待漿液固化后對接縫表面進(jìn)行密封處理，通常使用防水涂層或防水膠進(jìn)行二次密封，以進(jìn)一步提高防水性能。最后，施工人員需對接縫區(qū)域進(jìn)行整體檢查，確保封堵效果符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)修復(fù)施工可能造成的表面破損。

3 結(jié)論

該文針對濟(jì)南地鐵6號線盾構(gòu)隧道管片滲漏水問題，分析了滲漏分布特征及成因，提出了針對性的注漿滲漏治理原則和技術(shù)。研究表明：該工區(qū)管片接縫滲漏占比高達(dá)79.5%，是主要的滲漏來源，采用硅酸鹽改性聚氨酯材料進(jìn)行注漿封堵，有效控制了隧道管片滲漏，取得了顯著效果。研究成果已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，為盾構(gòu)隧道滲漏治理提供了科學(xué)依據(jù)，對提高結(jié)構(gòu)安全性和延長使用壽命具有重要意義。

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收稿日期：2025-01-17

作者簡介：胡振虎（1967—），男，研究生，高級工程師，主要從事城市軌道交通工程質(zhì)量安全管理工作。