北京地铁4号线14标段盾构隧道防水工程质量控制

北京地铁4号线14标段盾构隧道防水质量控制   【摘　要】介绍了北京地铁4号线14标段盾构隧道防水构造、材料选用及施工情况,论述了全面构筑盾构隧道防水体系的各项质量控制措施,阐明施工中严把材料质量关,确保衬砌管片自防水和接缝防水可靠,重视对薄弱部位处理,加强壁后注浆等措施是决定防水效果成败的关键. 【关键词】盾构隧道;防水质量控制;密封垫;嵌缝;壁后注浆         目前建造城市地铁隧道越来越多地采用盾构法施工.如果没有可靠的防渗漏措施,地下水就会侵入隧道,影响其内部结构与附属管线,甚至危害到地铁的运营和降低隧道使用寿命.根据GB50446—2008《盾构法隧道施工与验收规范》的规定,盾构隧道防水应以管片自防水为基础,接缝防水为重点,并应对特殊部位进行防水处理,形成完整的防水体系.文献[1]针对钢筋混凝土管片常见的裂纹、蜂窝、麻面、气泡、外观色差等外观质量问题,分析了混凝土管片外观缺陷形成的原因并结合现场施工经验,提出了控制管片外观质量的技术措施.文献[2]对管片所用的EPDM弹性止水条和遇水膨胀止水条两种材料的各项性能指标进行了对比分析,阐述了EPDM弹性止水条的综合性能和施工技术要点.文献[3]介绍了管片嵌缝材料的选择和嵌缝施工作业程序,分析了嵌缝施工过程中存在的一些常见问题及其应对措施.本文拟针对北京地铁4号线14标段盾构区间防水质量控制,阐述其涉及的材料、构造、工艺等各环节进行严格把关和有效控制的措施及做法. 1、工程概况       北京地铁4号线14标段包括两个半站和三条区间隧道.“两个半站”分别为白石桥站、学院南路站、双榆树站南侧主体(明挖部分);“三条区间隧道”分别为动物园站~白石桥站区间、白石桥站~学院南路站区间、学院南路站~双榆树站区间,各区间隧道长度分别为1 333·6m、1 471·3m、823m.三条区间隧道中除动物园站~白石桥站含有少量暗挖施工区间外,其余均采用盾构法施工.隧道衬砌为C50预制钢筋混凝土平板型管片,相邻环的管片拼装采用错缝拼装.管片间环向接缝采用12只M24mm斜螺栓连接及定位,纵向接缝每环设有16只M24mm斜螺栓连接. 2、盾构隧道防水设计做法       该标段盾构法施工的隧道各部位防水设防要求为:隧道上半部不允许渗漏水,结构面偶见湿渍;隧道下半部、联络通道、洞门允许有少量漏水点,不得有线流和漏泥砂,实际渗漏量不大于0·1 L/m2·d.联络通道及风道按二级防水等级要求设计,结构不允许有漏水,结构表面可有少量、偶见的湿渍. 2·1 衬砌混凝土自防水       该标段区间在中关村南大街需下穿长河,所以为满足衬砌混凝土自防水的要求将该区间管片抗渗等级定为S12,其余区间管片抗渗等级定为S10,管片的主筋保护层定为50mm.另外考虑到实际已竣工隧道工程中出现过在地下水中有害物质含量很低的情况下钢筋腐蚀仍十分严重的问题,故在本工程设计中要求管片背面和弹性密封垫以外的侧面范围涂水泥基渗透结晶型防水涂层,以加强防水性能. 2·2 盾构隧道接缝防水       为了满足接缝防水要求,在管片接缝处设置了框形三元乙丙橡胶和水膨胀橡胶组成的弹性密封垫和嵌缝两道防水措施,并以弹性密封垫为主要防水措施.嵌缝槽密封材料内部嵌填采用遇水膨胀橡胶腻子;外部密封材料采用氯丁胶乳水泥.盾构隧道管片接缝处的防水做法如图1~图3所示 2·3 盾构隧道管片连接螺栓孔防水       管片连接螺栓孔的密封防水是盾构隧道防水的重要环节,其防水结构见图4. 2·4　注浆孔防水       二次注浆结束后,清除注浆孔内残留的浆液,使用止逆阀和螺旋管塞、密封垫圈进行防水,因为密封圈会发生蠕变而松弛,在施工过程中需要对螺旋管塞进行二次拧紧.注浆孔防水做法如图5所示. 3、盾构隧道施工防水质量控制要点       遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则制定各项防水措施.施工过程中将把每个环节的防水质量当作重点来对待. 3·1 严把材料质量关       生产管片用的6套高精度模具均采取国际招标形式采购,模具的材料采用高质量耐久性和耐磨性强的钢材制做,其质量要求达到国际一流水平.在管片生产中,通过合理的配合比设计、严格的材料选购、规范的制作工序等措施来确保管片的强度、防水性、精度等满足质量要求,并派驻两名具有盾构管片生产技术方面经验的质量工程师,对管片生产全过程进行监督和检查.管片的检查见表1.       制作好的管片在堆放、运输、拼装中防止管片产生附加应力开裂或丢角损边,进洞后对管片再作细致的外观检查,确保管片完好无损.       采用的防水材料都严格检查并保存成品质量合格证书与质量检验报告,按设计要求和生产厂的质量指标分批进行抽查,特别是加强对水膨胀橡胶制品进行抽查.采用水膨胀橡胶制品防水材料,其出厂运输和存放时切实做好防潮措施,并设专门库房存放,避免失效. 3·2 弹性密封垫防水施工       弹性密封垫防水是接缝防水的重点.在施工前先将管片粘密封垫的凹槽处刷干净,用刷子将胶粘剂均匀涂刷在管片外弧的凹槽面和橡胶面上且涂满,涂胶量为200 g/m2,晾置10~15min.待凹槽内的胶粘剂不粘手指时,即可以粘合,在粘合前再次检查粘结面是否都已涂满胶粘剂;将与管片同型号的密封圈对正套在管片的凹槽内,先粘合四个角再粘合中间部位,检查平整一次就位,不得重新揭开,以免影响粘结强度.粘贴时四个角的密封垫位置不得有“塌肩”或“耸肩”现象,谨防斜拉或扭曲,及时用橡皮锤将密封圈敲平整密实.此外,在变形缝环片的密封垫上还须粘贴一层遇水膨胀橡胶;在管片角隅处加贴自粘性橡胶薄片. 3·3 接缝嵌缝防水施工       嵌缝防水即在管片内侧嵌缝槽内设置嵌缝材料,构成接缝防水的第二道防线.施工前先清理管道内的泥水和附着在管片表面的注浆材料,并二次紧固螺栓.要求所有的管缝(环缝和纵缝)必须清理干净;管道内表面保持干净,封堵前,施工部位必须保持干燥;所有螺栓必须拧紧,表面不允许有泥水和其它异物.清理完泥水必须运出,严禁堆积于管片底部.嵌缝施工首先在环、纵缝内嵌入闭孔泡沫聚乙烯棒,再刷涂界面剂,然后在环、纵缝内填入氯丁胶乳水泥至与管片内面平齐,变形缝衬砌环两侧的环缝使用双组份聚硫密封胶.如涂刷界面剂后24 h没有填密封材料,须再刷一次.       现场拌和密封材料,每次最多拌合2~3 kg,随拌随用以免失效.密封材料封堵后,在其未干前,用腻子刀调整刮平,要顺同一方向,避免来回多次抹压,用刀的背面轻轻在密封材料上滑动,使其形成光面.嵌填完毕后养护2~3次,施工现场须清扫时,须在密封材料干燥后进行,以防止污染或破损.嵌填质量要求及检验方法见表2. 3·4 盾构隧道管片连接螺栓孔防水施工       管片连接螺栓孔的密封防水是盾构隧道防水的重要环节,其保证措施如下:       ①对螺栓涂刷防锈油漆,并采用水膨胀垫圈加强防水;       ②施工过程中避免螺栓位置偏向一边;       ③由于螺栓垫圈会发生蠕变而松弛,施工中须对螺栓进行二次拧紧.       ④隧道成型后,用细石混凝土将管片连接螺旋孔填充,其施工顺序为:首先对管片连接螺栓孔进行清理,管片连接螺栓孔内不得有尘土、泥水及浮浆;然后在管片连接螺栓孔表面涂刷一层界面剂,界面剂只能在工作前配制,等界面剂干了以后再用细石混凝土填充并捣实,混凝土表面必须抹平压光. 3·5 盾构工作井与盾构隧道接口处防水施工       洞门是盾构隧道与工作井(车站)的连接部位,是施工防水的难点也是重点,这些部位拐角多、结构复杂、施工缝和变形缝多;还有在盾构进出隧道时推力小,管片缺乏后座顶力时管片间的压力相对较小,接缝不密实,易漏水,靠近洞门的盾构区间隧道要重点对待.洞门防水做法见图6.       盾构出洞时,采用橡胶圈及可靠的固定装置减少漏泥,漏水,并在洞口进行注浆,用止水带与遇水膨胀橡胶止水条、密封胶加强抗裂与防水.在拆除管片前,先从注浆孔注浆以减少渗水;拆除管片后如还有渗水的部位,必须继续注浆封堵;对施工缝进行凿毛处理;对止水条的基面要清理干净并保持平整干燥,遇水膨胀橡胶止水条要与基面贴牢靠,搭接足够,并涂缓膨剂;布置钢筋时不得触碰止水条,封闭模板前仔细检查止水条的可靠性;浇筑时要避免振捣棒碰到止水条,振捣要均匀到位;浇完混凝土后,至少养护14 d,在未达到规定强度前,不得拆模, 以免出现渗水裂缝,对拆模后的渗水部位进行压浆处理并施以环氧水砂浆封堵抹平. 3·6 管片与地层空隙的防水措施       盾构推进后,在管片和地层之间将产生空隙,在围岩坍落前对空隙及时进行压浆,不但可防止地面沉降,而且有利于提高隧道的止水性能和确保管片衬砌的早期稳定性.选择适宜的浆液、注浆参数(注浆压力、注浆量等)、注浆工艺,可形成稳定的管片外围防水层,将管片包围起来,形成一层保护圈;要及时进行壁后注浆是盾构工法中必不可少的环节,本工程壁后注浆采用盾尾同步注浆和二次补注浆两种方式.       盾尾同步注浆是利用盾构设备中的同步注浆系统,对随着盾构向前推进、管片衬砌逐渐脱出盾尾所产生的间隙进行及时充填的过程.在盾尾地层和衬砌管片之间的环形空隙内及时地均匀注入适量的浆液,浆液迅速凝固后可以形成一道良好的防水防线.本工程同步注浆采用SPG可塑型浆液. SPG可塑型浆液具有适当的稠度、可抗剪切能力,因而具有抗地下水稀释的特点.该浆液在流动冲刷水作用下,仍能保持很好的整体性;在压力作用下,也能维持一定的塑性流动性,因此较易实现限域充填.实践表明,该浆液能够均匀充满盾尾空隙,浆液对盾尾空隙的充填形态类似于惰性浆液.但是,与惰性浆液相比,它的防水性能好,对管片的稳定性较好,控制地面沉降效果明显.根据本工程实际所选用的盾构机形式及施工条件, SPG可塑型浆液的注入方式采用中继设备式,即由坑外拌浆设备把浆液压送到后方台车的旋转搅拌罐中,由装在台车上的注浆泵注入浆液.二次补注浆采用后方注浆方式,即在后几环注浆孔进行壁后注浆.二次补注浆主要是弥补同步注浆的不足,除针对个别管片外有不实空洞或同步注浆体积缩减部分予以补充外,还有利于进一步提高隧道衬砌的抗渗透性.管片的吊装孔兼作二次注浆孔.从便于施工和注浆效果两方面综合考虑,二次补注浆孔的位置选择在管片两侧:直线段注浆孔在管片两侧交替选择;曲线段注浆孔的位置选择在曲线外侧管片注浆孔.考虑到该孔作为同步注浆后的补充注浆手段,为保证同步注浆浆液不从预留空洞泄出,又方便二次补注浆使用,设计在孔洞外侧预留了一层25mm厚的素混凝土层,以便后期补充注浆时将其冲破.二次补注浆的材料主要采用水泥浆.但在隧道开挖对地表建筑物或管线影响较大的地段,为减少地面沉降,选择SPG可塑型浆液.二次注浆结束后,对每一个注浆孔进行密封,以防渗水.注浆管密封圈和注浆管盖密封圈均采用缓膨胀型遇水膨胀橡胶制品. 注浆后严格对注浆效果进行检查,确保同步注浆和二次补浆质量,减少沉降,并使用正圆器控制拼装好的成型管片稳固,从而使接缝稳定达到防水目的.       采取上述各项控制措施并严格落实,本工程盾构施工进展顺利,经检查成型的管片无渗漏水情况,施工质量良好,验收合格率100%. 4、结语       要实现盾构隧道良好的防水性能,不但需要根据工程所处地点的具体环境条件等要素选择可靠的防水材料及进行合理的防水构造设计,更需要加强施工过程的全面质量控制,严格按设计及有关规范要求进行,除对衬砌管片自防水和管片接缝防水进行重点处理外,还应对隧道进出洞门、螺栓孔和吊装孔等薄弱部位进行特殊处理,及时进行壁后注浆,以确保建成的隧道不渗不漏. 参考文献: [1]　杨红军.钢筋混凝土管片外观质量控制[J].城市轨道交通研究, 2009, 12(7): 54-57 [2]　童智能,吴祥红.浅谈盾构隧道管片拼装接缝的防水处理[J].现代隧道技术, 2007, 44(2): 52-55 [3]　梁瑞华.浅析盾构法隧道的嵌缝防水[J].工程科技,2007, 37(5): 20-24 [4]　GB50108—2008,地下工程防水技术规范[S] [5]　GB50446—2008,盾构法隧道施工与验收规范[S] [6]　张凤祥,朱合华,傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004