地铁盾构隧道渗漏水病害的成因与措施探讨
时间：2023-05-31 20:00:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李继丁 （中电建南方建设投资有限公司，广东 深圳 518000）
深圳地铁某号线某区间盾构隧道渗漏水处治工程所涉盾构隧道由3块标准块、2块邻接块、1块封顶块组成，管片为钢筋混凝土结构，管片厚度30cm，管片之间通过M24螺栓连接，其中每个环缝10根、纵缝12根。
依据现场监测的数据信息，通过对渗漏水病害情况进行实际调查分析发现，渗漏水的发生多集中于衬砌结构的接缝、裂缝以及预留孔洞等位置，如管片接缝、螺栓孔、注浆孔以及管片裂缝等。渗水比例最大，占隧道渗漏水病害的80%，湿迹在渗漏水病害中占比约15%，滴漏在渗漏水病害中占比约5%，漏泥砂现象未找到。在渗漏水病害中占比最大的为管片接缝处渗漏，达到了83%，以环缝渗漏最多，在接缝渗漏总比例中占52%，注浆孔位置渗漏占比约12%，螺栓孔位置渗漏占比约5%。由此可见，管片接缝渗漏水在盾构隧道最为常见的渗漏病害中是盾构隧道防水施工的重点与难点。
2.1 管片接缝处渗漏水的成因
隧道所处地层为软弱土层，在外界荷载的长期作用下，软弱土层发生变形、加固及未加固区过渡处刚度不一、砂性土层出现水土流失等，都会造成隧道轴向位置沉降不均，导致管片接缝位置张开变形，接缝张开使密封垫变松，造成接缝位置渗漏水[1]。
隧道管片接缝防水主要是依靠密封垫、嵌缝填料完成，在受到压力、温度、侵蚀的作用下，易出现老化、蠕变以及应力松弛等不良情况，导致接缝处密封垫与嵌缝料防水性大大降低而出现渗漏水。
在盾构管片的运输或拼装过程中，因碰撞、挤压导致管片出现掉角等，会对管片的拼装质量造成一定影响，以致出现拼装缝隙不紧密，导致渗漏水。
在盾构管片顶进施工中，没有控制好管片顶进姿态，以致相邻管片间搭接存在错台，会形成渗漏水通道。
管片拼装过程中，止水带间泥砂等杂质清理不彻底，以致拼装后管片密封效果差，并在管片环向接缝处形成渗漏水。
拼装完成的管片没有及时拉紧对拉螺栓，或是在竖曲线顶进、纠偏时出现误差，均会导致环缝张开超限，管片出现松弛渗漏。
管片衬砌背后注浆不密实、不及时，若此时管片密封条未贴合紧密，就会导致管片与地层贴合度不好，并在管片顶部出现积水，此时管片壁后的填充材料无法形成止水环，就会在密封垫压实的薄弱位置出现渗漏病害。
2.2 管片孔洞处渗漏水的成因
盾构管片螺栓孔、手孔等位置的混凝土质量不达标，螺栓孔处混凝土灌注不密实，或孔洞处未加防水密封垫圈，进而引发渗漏水缺陷。另外，灌浆回填完成后，堵漏材料或水溶性聚氨酯封堵后受到外水压的影响脱出，从而导致螺栓孔防水失效[2]。
结合调研结果发现，该项目孔洞渗漏水以注浆孔渗漏为主。同步注浆通常是由多个盾尾注浆管进行，而整个盾尾并不是都设有注浆管（图1），这就使得注浆液流动过程中会出现多个薄弱点，尤其是注浆量较大的大直径盾构隧道，因地质条件复杂，极易出现浆液流动分布不均的情况，因此就会在注浆不密实位置形成渗漏点。
图1 盾尾注浆管注浆示意图
3.1 渗漏水病害的预防举措
3.1.1 管片接缝处渗漏水的预防
优化盾构管片设计。对管片对接的接触面进行优化设计，以有效提高盾构管片的抗裂能力。例如，于管片接触面位置设置传力面，在盾构顶进施工时，使管片所受应力远离边角位置并均匀传递，以免边角受力掉块而形成渗漏点[3]。
保证管片预制精度。在管片预制阶段，利用三维激光扫描测量设备，对管片的尺寸予以精准测量，便于发现常规测量手段难以发现的尺寸误差，对测量发现的问题应及时调整，以确保管片拼装的精准对正。
严控盾构掘进姿态。根据隧道线形设计及盾构掘进姿态，利用计算机将盾构机掘进姿态与设计轴线对比，若盾构掘进存在偏差，应找出偏差值并调整盾构千斤顶，对盾构掘进曲线进行纠正，使掘进曲线与设计轴线尽量保持一致。纠偏时应避免“蛇形纠偏”以及紧急纠偏，以免千斤顶压力过大导致管片受损。
规范管片拼装施工。管片拼装前应彻底清理接触面上杂质，然后依照自下而上、左右交互、最后封顶的顺序拼装管片，并调整使其与上环管片对接平顺，螺栓孔对正，螺栓穿插、紧固。封顶块拼装前，应先润滑止水条，然后径向插入安装，位置调整无误后纵向顶推，完成封顶块安装后，应利用略大于管片稳定力的顶推力顶紧管片，以免后期应力松弛导致环缝渗水。
3.1.2 管片孔洞处渗漏水的预防
做好螺孔位置密封。螺栓孔渗漏水主要是由于螺栓孔密封垫不严密、紧固不牢等所致，因此做好螺栓孔的密封防水至关重要。可于螺栓密封垫与螺栓孔居中位置填塞聚乙烯垫圈，其遇水膨胀的特性能够使螺栓孔严密性更好。同时结合盾构管片螺栓紧固要求，做好螺栓的严格紧固，使管片对接更加紧密，避免因紧固力不足出现缝隙而引发渗漏。
加强同步注浆控制。同步注浆施工中，应结合盾构隧道施工实际合理控制注浆压力、注浆速度以及注浆量等参数，以免压力太大破坏管片而导致浆液外溢。同时要考虑注浆施工中的流失量（流入注浆区以外区域）、土体渗透量及超挖等因素，实际注浆量应为理论空隙量的150%～170%，进而有效保证孔洞注浆的密实性，确保隧道第一道防水质量[4]。
3.2 渗漏水病害的控制举措
3.2.1 管片接缝处渗漏水的控制
管片接缝位置渗漏的处理及操作要点如下。
①清理管片渗漏水上下0.5m～1m范围内的基层，并将影响施工的障碍物清理干净，露出施工作业基面。
②细致观察盾构管片表面渗漏情况、裂缝缺陷，分析判断导致渗漏的水源，找出渗漏点，确定渗漏封堵范围、打孔间距与位置等。
③清理管片接缝处碎石骨料，然后在管片接缝表面涂抹专业堵漏材料，使管片接缝位置形成密闭空间，保证灌浆材料的渗透范围及注浆压力。
④确定注浆点后准备实施钻孔，钻孔时应结合现场实际选择定制钻头，钻头直径通常为14㎜～50㎜，钻孔时按照斜向45°倾角向渗漏位置钻孔，环缝位置钻孔深度约为35cm，达到第一条与中间第二条止水带间位置，钻孔间距约为80cm～100cm[5]。对于单一渗漏点，注浆时应以渗漏点为中心，2m为半径画圆作为注浆范围，并根据堵漏效果予以调整，钻孔注浆顺序如图2所示。
图2 钻孔注浆顺序图
⑤注浆堵漏所用材料为改性环氧树脂，渗透性好、凝固时间短且具有良好的伸缩性及弹性，能够充分渗透至混凝土微小裂缝，即使在有水环境下也能够正常作业，经过多次冷冻、干湿循环也不会被破坏。该类材料具有较高的抗压强度，强度提升较快，在90min内就能达到50MPa以上，实现了天窗期快速修补。
⑥在完成渗漏点的注浆作业后，使用UGL封闭防水材料均匀涂刷两遍进行封堵处理，涂刷宽度应控制在50cm，以发挥其刚性防水作用。
⑦待涂刷的涂料固结后，再均匀涂刷两遍节点防水密封膏，涂刷宽度为50cm，使管片表面形成柔性防水层，该防水层具有较好的抗拉性、抗震性，并能更好发挥防水性、防潮性。
⑧按照上述操作完成管片的堵漏处理后，观察7天，不再渗漏后，铺贴防水卷材加强隧道防水效果。
⑨观察防水处理效果，满足验收要求后，做好现场清理、恢复原貌。
3.2.2 管片孔洞处渗漏水的控制
3.2.2.1 螺栓孔渗漏水的控制
①按照接缝渗漏处理方式，清理螺栓孔渗漏位置，然后于管片内表面垂直方向钻1～2个深度为25cm～35cm的孔。②完成钻孔作业后，清孔并安装注浆嘴，然后利用速干水泥对螺帽根部进行临时封闭。③采用改性环氧树脂进行注浆，注浆压力为 0.5MPa～1MPa，首次注浆完成后间隔30min进行二次补浆，以保证螺孔注浆的密实性。④注浆完成且注浆材料固结后，清理临时封闭的速干水泥，并将螺帽根部用环氧改性密封胶予以封闭处理。⑤螺帽根部完成封闭后，拉毛手孔表面混凝土，然后按照孔径1cm、孔深5cm、φ8mm钢筋进行钻孔植筋。植筋时采用环氧植筋胶，并用环氧砂浆填平螺孔。完成上述工序且验收合格后，清理管片表面杂质并恢复原貌。
3.2.2.2 注浆孔渗漏水的控制
①于注浆孔两侧斜向45°～60°对称钻孔2个，钻孔贯穿注浆孔后再钻5cm后停止，然后于注浆孔中间垂直钻孔深50cm～55cm、孔径1cm的孔。②钻孔完成后，清理孔内杂质，安装注浆嘴，并使用快干水泥临时封闭注浆口，然后选择水泥浆-水玻璃双浆液，按照“中心注浆+四周封闭”进行堵漏，浆液配比应结合隧道所处地质条件、地表沉降规律等因素，并经现场试验后确定。③通过注浆填满管片背后空腔，以减小空隙处水囊直至消除，实现堵漏防水的目的。④完成注浆后，对注浆孔进行密封并检查，防止后期出现脱落再次渗漏，验收合格后方可对注浆孔进行永久封堵处理[6]。
盾构隧道的渗漏水病害成因多、根治难、危害大，故须重点防控。应全面分析渗漏水出现的种种诱因，并结合项目实际细致排查与针对性防控，规范薄弱部位的防水、堵漏施工，确保防治措施合理、可靠，使盾构隧道实现“零渗漏”。
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