工程案例
業務范圍
盾構法隧道的嵌縫防水
發布時間：2014-08-09
摘 要：嵌縫防水是盾構法隧道防水的最后一道防線。結合上海市地鐵2號線區間盾構隧道嵌縫防水的設計與施工，闡述了嵌縫防水的意義和設計思路，并著重介紹了嵌縫防水施工中的一些常見問題及其應對措施。關鍵詞：盾構法隧道 防水 嵌縫
l 嵌縫概述?
1．1 嵌縫的作用?
一般而言，盾構法隧道防水的原則是“以防為主、多道防線、綜合治理”。其防水施工的內容主要包括：襯砌自防水、襯砌外防水涂層、襯砌接縫防水(彈性密封墊防水、嵌縫防水)、螺栓孔防水、滲漏處理(盾尾充填注漿等)。?
嵌縫施工作為一道防水措施的主要作用是將接縫允許滲漏量的水引導至規定位置，也就是說它是一種泄水方法，而不是堵水方法。
盾構法隧道防水的根本在于襯砌自防水和襯砌接縫的彈性密封墊防水。若這兩道防水措施出現問題，比如鋼筋混凝土管片抗滲能力不足、拼裝時管片碎裂或是彈性密封墊放置不當(如水膨脹橡膠提前膨脹，接縫夾漿)，這時地下水就會進入隧道內部。若滲漏量較小，在嵌縫范圍內的滲漏水會沿著嵌縫槽內沿流至端部排出，以保證嵌縫范圍內無水滲出。若滲漏量較大超過允許值，則必須采取堵止措施。
有的施工單位以為嵌縫能堵止滲漏水，其實目前采用的嵌縫型式雖然能在潮濕基面上施工，但若嵌縫槽有冒水、滴漏現象應先堵漏止水，再行施工。?
根據國標《地下工程防水技術規范》，防水等級共分4級，而按市標《盾構隧道防水技術規程》只有要求達到一級防水的工程，嵌縫防水才是必選項目。因此，除重要的城市道路隧道和地鐵隧道(也只是防水等級2級的工程)外，許多盾構法隧道襯砌并不嵌縫或僅在局部區段嵌縫。?
1．2 嵌縫設計簡介?
1．2．1 嵌縫的材料?
嵌縫作業是依靠嵌縫材料的充填和粘接力達到密封防水的目的。一般要求嵌縫材料與基面有良好的粘接性(以承受襯砌外壁的靜水壓力)，較好的彈性(以適應隧道變形)，并且它的材料性能須保持穩定。
嵌縫材料種類繁多，上海地鐵2號線中，選用了水膨脹膩子加封氯丁膠乳水泥的方案。
? 當地下水從接縫滲入時，膩子遇水膨脹堵住滲水路徑。為防止水膨脹膩子膨脹應力過度，使用了工字型的膨脹控制材料(用高密度聚乙烯HDPE制作)。這樣不僅能控制膨脹倍，還能控制膨脹方向，同時使膩子處于雙向受力狀態，減少了發生剪切破壞的可能性。率槽口外封Ω形的氯丁膠乳水泥，可加固工字條而自身不易碎裂。
1．2．2 嵌縫的范圍?
盾構隧道單層襯砌全部嵌縫是極為少見的。一般認為，水是無孔不入的，由于盾構法裝配式襯砌隧道有無數的管片接縫，因此要做到全封閉防水是很困難的，防水層上的任何瑕疵都會成為地下水滲入的途徑。所以就目前的看法，全斷面的嵌縫作業也是沒必要的。
? 上海地鐵2號線工程的嵌縫范圍通常為拱底86°，拱頂43°(這被稱作“標準環嵌縫”)。拱底需澆搗道床混凝土，若有地下水滲入到管片與道床之間，會影響道床的澆筑質量，進而造成道床混凝土與拱底塊間存有夾水層；而拱頂有地鐵列車架空供電線，對應的道床面有軌道，若出現滴漏水點，將造成嚴重腐蝕。?
在盾構出洞和進洞口(即每條區間隧道與車站聯結的兩端)各25m(環)、聯絡旁通道兩側各5m(環)仍需實行襯砌全斷面嵌縫(即“整環嵌縫”)。這是為了適應不均勻沉降和溫度變化引起的變形，保證該區段隧道的防水效果。?
當環縫處于變形縫位置時，應采用柔性防水材料(聚氨酯密封膠)嵌填整條環縫。?
鋼管片的情況比較特殊。上行線和下行線兩條區間隧道間通常要設聯絡旁通道，不過，旁通道是否設置，各區間情況各不相同，故鋼管片部分的嵌縫也不一樣。若需要設置旁通道，則鋼管片的接縫將被焊死，而鋼管片與鋼筋混凝土管片的接縫則用聚氯酯密封膠嵌填；若不再設置旁通道，則用細石混凝土將鋼管片肋腔填充，鋼管片的接縫用聚氨酯密封膠嵌填，嵌填范圍同標準環嵌縫。?
1．2．3 其它作業內容?
對地鐵隧道襯砌內表面的外露鐵件應作防腐蝕處理。這是為了防止電化腐蝕和隧道內滲漏水對鐵件的化學侵蝕。這部分作業內容通常與嵌縫作業一并完成。隧道下半斷面范圍內的手孔用細石混凝土充填以使螺栓隔絕空氣。上半斷面范圍內的手孔澆筑困難比較大，故采取加封快凝水泥并套塑料保護罩的方法。?
另一項對嵌縫作業影響較大且需要與嵌縫同時展開的施工內容是滲漏水治理。(其情況復雜又不在本文論題之內，故不作展開。)?
2 嵌縫施工?
2．1 施工前的準備工作?
2．1．1 施工工具的準備?
首先應準備一段有足夠長度的橡膠管。一端連接設置在豎井邊緣的漏斗上，另一端伸至隧道內，以便將砂石料由端頭井下到隧道口。若沒有橡膠管。也可用塑料波紋管代替，不過塑料管易斷。?
地鐵隧道直徑較大(內徑5．5m)，為便于施工必須制作活動操作平臺(車架)。除了要考慮車架的強度問題和穩定向題外，還要使它盡可能地簡便，便于人員上下和手推車通過。其具體形式目前仍由施工隊憑經驗確定。?
嵌縫時需加封Ω形的氯丁膠乳水泥，就得加工特殊形狀的泥刀。泥刀的加工尺寸必須精確，并且制作泥刀的材料應有足夠強度。?
2．1．2 滲漏水及其它病害的調查?
原則上在嵌縫作業前必須先進行滲漏水治理，而滲漏水調查是治理過程中的首要環節。? 調查的內容一般側重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的損壞情況等。主要是查清滲漏水的原因和水的滲入途徑，并由此制定滲漏水治理方案(關于滲漏水治理和調查的要求參見《盾構法隧道防水技術規程》DBJ08—50—96)。?
盾構法圓環隧道的滲漏水治理效果很大程度上取決于堵漏作業人員的經驗。而缺少嚴格、正確的滲漏水調查也是堵漏失敗的一大原因，這一點必須得到足夠的重視。?
2．2 嵌縫作業?
2．2．1 作業步驟與工藝要求?
(1) 修補嵌縫槽管片拼裝時，其角部和邊緣的嵌縫槽有時會碎裂，嚴重的甚至露出鋼筋。這樣地下水就會繞過接縫的彈性密封墊通過管片裂縫直接進入隧道，同時造成鋼筋銹蝕，影響結構強度。修補用的材料有NC混凝土快速修補劑等。修補時應將損壞的管片修復至原來的尺寸，尤其是嵌縫槽的形狀和尺寸。
(2) 清縫用鋼絲刷除去嵌縫槽內的泥沙雜物，用清水沖洗干凈。若槽壁上有積灰，則水膨脹膩子與管片基面間會形成滲水路徑，使嵌縫失效。?
(3) 工字條安設這里所指的工字條已加入水膨脹膩子條。?
2號線的管片有［R］、［XR］兩種，其嵌縫槽的形狀和尺寸都不相同。?
［R］型管片嵌縫槽內大外小，故采用的工字條是不等邊翼緣的。嵌入時應注意窄面(17mm)朝里，寬面(19mm)朝外，嵌好后留余深約10mm。若倒置，會使水膨脹膩子吸水后向外膨脹，影響其與管片基面的粘接，而且可能脹裂外封的氯丁膠乳水泥。［XR］型管片采用的工字條為等邊翼緣，故不存在上述問題。?
在嵌入工字條時，最好使用專用填塞木質工具，使工字條能達到預定深度并緊密服貼，表面應平整無歪斜和扭曲。嵌入的順序應為先環后縱。環縫中的工字條應盡量減少接頭，接頭外的工字條應連接緊密無間斷，環縱縫相交處的十字接頭尤其需要加強。?
若縫槽過寬，應補充水膨脹膩子，若縫槽過窄，應裁去工字條多余寬度。?
(4) 涂刷界面處理劑。這里采用YJ—302雙組份界面處理劑。以甲組：乙組：水泥=1：3：3的配合比例入容器拌勻。涂刷范圍是縫槽內壁、縱縫兩側各15mm范圍和環縫兩側各16mm范圍內。每次拌和的界面劑應在2小時內用完。涂刷界面劑是為了使氯丁膠乳水泥與管片牢固結合不脫落且無縫隙。?
(5) 加封氯丁膠乳水泥。氯丁膠乳水泥的配合比為氯丁膠乳：水泥 = 0.4：1。在界面劑干燥前，將配好的氯丁膠乳水泥封填入嵌縫槽壓密，并繼續用Ω形封口，以增加保護層厚度。拱底凡被道床混凝土掩埋的嵌縫槽口可不必突出。?
(6) 變形縫。若環縫處在變形縫位置，那么清縫后要用密封膠嵌填。先將聚乙烯泡沫條(一般為圓形)填入縫槽，然后涂刷底油，最后嵌注高模量聚氨酯密封膠。施工前要求基面干燥，這一點與普通嵌縫不同。施工后要求表面平整美觀。?
2．2．2 施工中的問題?
(1) 關于工字條與嵌縫槽?
在實際工程中，嵌縫槽的尺寸常與設計不符。造成尺寸不符的一般有以下情況：①縱縫接縫一般設置有傳力襯墊，而環縫接縫中常粘貼糾偏楔子以控制隧道軸線，這都會造成縫槽過寬；②嵌縫槽被損壞后未能按正確尺寸修補，造成縫槽過寬或過窄；③還有一種情況比較特殊，就是［XR］型管片和［R］型管片混排。這兩種管片的嵌縫槽在軌床轉折處不一致，混排會造成在該位置的嵌縫槽寬度極小，這對嵌縫產生了很大的影響。?
與之相對的是，工字條的加工尺寸一般比較精確。因此，施工中常出現工字條無法適應嵌縫槽的情況，使工字條的防水功能無從發揮。?
若縫槽較寬，應補充水膨脹膩子。但實際上施工隊會覺得這很麻煩、一旦工期較緊、往往不按規定的要求做。若縫槽太窄，一般只能強行嵌入(在現場要對工字條的翼緣寬度進行精確裁割幾乎是不可能的)。這往往造成工字條被擊斷或是翹曲不服貼，有時工字條中的水膨脹膩子條會被擠出，完全失去防水能力。對于軌床轉折極窄的一段嵌縫槽現場施工中全部用水膨脹膩子填實，但這一位置仍然是嵌縫防水的薄弱環節。
(2) 關于Ω形氯丁膠乳水泥保護層(簡稱“Ω線條”)?
隧道內一般濕度較大，Ω線條的養護往往被忽視。事實上，處在較好通風位置的Ω線條常會開裂。另外。氯丁膠乳用量太少以及為了提高抗滲效果而采用快凝水泥都會造成Ω線條的開裂。若拱頂Ω線條碎裂脫落，后果將十分嚴重。由此看來，已完成的Ω線條應注重養護，令其表面保持濕潤。若Ω線條開裂不太嚴重，還沒有水跡出現，可以用氯丁膠乳拌合少量水泥涂刷，促其自愈；若開裂嚴重，則只能將其鑿去重新施工。 Ω線條與管片基面的粘接必須緊密而不留縫隙，否則，地下水會從這些縫隙滲出。拱底塊上的嵌縫在被道床混凝土掩埋的部分，氯丁膠乳水泥僅填平嵌縫槽而不突出。這樣。因水泥層厚度不足，常常無法阻止地下水滲出，而不得不對其加厚。另外，Ω線條的端部不能被堵死，不然，水無法從端部泄出，就會從嵌縫的薄弱環節滲出，處理起來很麻煩。一般只要端部滲出的水不至于掛淌過長(不超過50cm)，可不用處理；若出水量過大則應注漿堵止。
2．3 防腐蝕作業?
2．3．1 作業步驟和工藝要求?
(1) 清浮銹管片拼裝所用的螺栓都經過電鍍鋅、熱浸鋅等表面處理，但壽命有限，又因現場的各種損傷、少數螺栓會出現明顯銹蝕。而所有這些銹渣和浮渣及表面污物都必須被清除。?
(2) 涂刷防銹漆一般拱底塊所有螺栓外露部分都要除刷防銹漆，其它位置的螺栓若有銹蝕也要涂刷。對于所使用的防銹漆，其它位置的螺栓若有銹蝕也要涂刷。對于所使用的防銹漆，建議采用水性帶銹涂料。這類涂料施工方便，用量少，并且能帶銹施工，降低了除銹工作的難度。?
(3) 手孔充填充填前，先用界面處理劑YJ—302涂刷手孔內表面。細石混凝土充填后，一般要求表面平整光滑，但整體道床范圍內的手孔可無此要求。?
(4) 套塑料保護罩隧道上半斷面的螺栓外露部分要用快凝水泥嚴密封頭，并套上塑料保護罩。塑料保護罩應垂直孔口壁面，螺帽、墊圈不得外露。塑料保護罩內面有螺旋線，罩底上鉆有小孔，以利排氣，進而加強水泥咬合，防止脫落。在施工中，常有塑料保護罩墜落、這主要是由于水泥用量偏少。?
另外，鄰接塊上安裝隧道臨時用照明燈架的螺栓不能覆蓋塑料保護罩，此外肋腔涂刷YJ—302界面處理劑后用硫鋁酸鹽微膨脹水泥填實。施工中應加強安全絕緣措施。?
2．3．2 施工中的問題?
手孔中充填的細石混暖土級配通常是C15，但設計中未提任何抗摻要求，因為充填手孔的目的僅在于隔絕空氣。但事實上手孔中常有滲出的積水。?
手孔中的滲水主要來自兩方面。一方面，地下水越過彈性密封墊進入管片接縫內側后，又因螺孔密封圈失效(密封圈外徑太小或是遺漏末放置)而從螺栓孔中滲入手孔。另一方面，手孔處的管片壁較薄(地鐵2號線襯砌厚35cm，手孔一般深15cm左右，則該處管片僅厚20cm)，若管片抗滲能力略有不足，則地下水會直接滲入手孔。因此，首先應采取措施堵止滲漏水。?
針對以上滲水情況，可先更換螺孔密封圈，并將螺母擰緊，然后用快凝水泥充填手孔。若仍有水從快凝水泥表面滲出，就只能鑿槽埋管注漿將其堵止。?
這些措施都是針對已有明顯滲漏水的手孔的。但有時，有的手孔在充填細石混凝土前并無滲漏現象，充填后卻發現有水從其表面滲出。由此看來，還是需要細石混凝土有一定抗滲能力的。故應保證其施工質量以達到這一要求。細石混凝土的選料與配合比必須符合設計要求。充填時用插棒搗實，使其盡可能密實。細石混凝土表面應多次收水壓光抹平，以確保其邊緣不出現裂縫。?
對于細石混凝土，設計雖未提抗滲要求(強調對螺栓的密封)，但只要施工質量過關，它仍有一定抗滲能力。
目前，每塊拱底塊4只手孔不必充填細石混凝土。這是出于提高道床混凝土整體性的考慮。不過，這同時也使這些手孔的清理工作變得麻煩。拱底手孔中容易落入各種雜物，若有積水也難以分辨其來源，常常需要反復清理以保證每道工序的實施。因其清理不易，故施工單位常在驗收前對其突擊清理，而在此之前任由手孔積水，易導致螺栓銹蝕。?
3 結束語?
對于隧道嵌縫防水，主要有以下幾點體會：?
(1) 整條隧道推進和拼裝的質量必須得到保證，這是前提條件。如有的隧道在盾構推進時軸線控制不佳、經常出現較大糾偏動作，影響了管片拼裝質量，使隧道襯砌因出現開裂或接縫張開過大而滲漏水。很難想像、一條原本滲漏水嚴重的隧道可以通過嵌縫施工而面貌一新。
? (2) 要選擇合理的施工時期。通常要求嵌縫應在隧道變形穩定以后進行，而且最好安排在枯水期施工。但事實上，受制于工期和現場條件，這往往很難做到。?
(3) 設計要合理，施工應精心。一方面，設計要便于施工。防水設計應從現場的實際情況出發．以達到規定的防水要求。選取的方案既要考慮到防水的效果．又要考慮其實際的可操作性。另一方面，施工應嚴格遵循設計的要求。每一道工序都要加強檢查，確保其達到規定的工藝要求。有些隧道的嵌縫防水效果不佳，這固然有現場情況變化復雜的因素，施工質量的欠缺同樣不可忽視。設計再巧妙，若是施工不力，那么一切防水措施都是形同虛設的。
總的來說，防水作為隧道的一項基本要求，應貫徹于工程的全過程中，僅靠專項的防水施工要達到理想的效果是很困難的。
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