城際軌道高水位明挖隧道防水體系施工控制

勾昆鵬

(中交集團(tuán)第一公路工程局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

莞惠城際軌道線路全長約96.816 km，東莞境內(nèi)長66.503 km，惠州境內(nèi)長40.176 km，其中地下區(qū)間長54.403 km。路線明挖隧道區(qū)間魚塘、溝渠密集分布，水量豐富，地下水穩(wěn)定水位埋深為0.2 m～4.2 m，水位較高(地面下2 m左右即見水)。明挖基坑深度13 m～19 m，基坑內(nèi)、外水壓力大，這給明挖隧道防水施工造成很大的難度。針對明挖隧道區(qū)間各項防水結(jié)構(gòu)施工過程中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)和分析，為以后類似工程提供一定的施工參考。

1 明挖區(qū)間防水設(shè)計

莞惠城際軌道線路明挖隧道區(qū)間防水等級為一級，要求不允許漏水，主體結(jié)構(gòu)表面無濕漬。設(shè)計遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜”的原則。防水體系分為明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水和主體結(jié)構(gòu)防水兩部分。圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水采用直徑1.2 m鉆孔灌注樁，間距1.35 m，樁間掛網(wǎng)噴C20混凝土，樁外側(cè)采用直徑0.6 m的雙管高壓旋噴樁做止水帷幕。主體結(jié)構(gòu)防水采用防水鋼筋混凝土和外包柔性防水層，剛?cè)峤Y(jié)合組成雙道防水防線。防水鋼筋混凝土采用C45混凝土，抗?jié)B等級P8，厚度0.7 m～0.75 m不等。柔性防水層采用厚4 mm的自粘性聚合物改性瀝青聚酯胎防水卷材。水平施工縫和環(huán)向施工縫采用中埋式鋼板橡膠膩?zhàn)?寬200 mm，厚5 mm)和PVC注漿管，并在外側(cè)加設(shè)寬度500 mm的防水卷材加強(qiáng)層。

2 明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水措施

圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水是在施工完鉆孔灌注樁后，在圍護(hù)樁外側(cè)樁間施作高壓旋噴樁做樁間止水，與圍護(hù)樁共同形成明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕，阻斷外側(cè)地下水流入?yún)^(qū)間內(nèi)(見圖1)。

圖1 明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水示意圖

莞惠城際軌道明挖區(qū)間地質(zhì)條件復(fù)雜，地表魚塘、溝渠遍布。地表下的流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層較厚，在施工鉆孔灌注樁時宜產(chǎn)生擴(kuò)孔、塌孔及偏孔現(xiàn)象。鉆孔樁擴(kuò)孔會造成在進(jìn)入下道工序樁間高壓旋噴樁止水帷幕施工時，需要在樁間引孔后方能進(jìn)行施工的情況;塌孔及偏孔將會導(dǎo)致圍護(hù)樁間距擴(kuò)大，高壓旋噴樁成樁后不能封閉樁間空隙，止水帷幕失效。這些情況均會成為明挖隧道防水施工的質(zhì)量隱患，故鉆孔灌注樁施工時樁體的垂直度和樁徑是施工控制的重中之重。

高壓旋噴樁采用雙管施工，采用32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比為1.0，成樁后固體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.0 MPa，樁長為進(jìn)入不透水巖層1 m。施工前現(xiàn)場需做試驗樁，以確定滿足設(shè)計要求的施工參數(shù)(如提升速度、注漿壓力)。高壓旋噴樁施工放樣要精確，有條件的地段將鉆孔樁樁頭挖出后定位旋噴樁位置，保證與相鄰圍護(hù)樁的咬合不小于200 mm。

3 主體結(jié)構(gòu)防水措施

3.1 主體結(jié)構(gòu)外包柔性防水層施工控制

由于廣東地區(qū)天氣潮濕多雨高溫，城際軌道經(jīng)過地區(qū)地下水位高、補(bǔ)給來源豐富，地下工程基本修建在含水層或透水層中，地下水對混凝土和鋼筋均有不同程度的腐蝕性，本明挖隧道防水選用4 mm厚雙面自粘聚合物改性瀝青聚酯胎防水卷材。該防水卷材除具有耐腐蝕性、耐老化性、耐水性外還有以下優(yōu)點(diǎn):1)施工操作簡單，不需要另配粘合劑、不需要熱熔，只要撕掉卷材外保護(hù)膜，卷材和卷材之間就可牢靠粘結(jié)。2)可以直接施工在混凝土基面上，自粘性材料和混凝土中的水泥漿反應(yīng)，緊密粘結(jié)，形成整體結(jié)合作用，不產(chǎn)生空鼓，避免串水，保證了施工質(zhì)量。3)能在潮濕基面施工(無明水施工)，基面要求大體平順即可(無尖銳突起物和無明顯凹凸面)。4)安全環(huán)保，冷作業(yè)，無揮發(fā)性溶劑，保證施工人員健康，對環(huán)境無污染。

3.1.1 襯砌外側(cè)防水層施工控制

施工順序:基面處理→基面檢查→卷材檢查→每幅卷材鋪設(shè)彈線(頂，墻，底)→底板鋪設(shè)卷材→澆筑防水保護(hù)層→側(cè)墻鋪設(shè)卷材→頂板鋪設(shè)卷材→澆筑防水保護(hù)層。

1)基面的處理。鋪設(shè)自粘防水層前必須對基面進(jìn)行處理，底板墊層采用自找平處理，底板和側(cè)墻拐角處要用砂漿抹出5 cm倒角，避免防水層打折破裂。側(cè)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)噴面先要對其表面的滲漏水、外露的突出物及表面凸凹不平處進(jìn)行處理，再采用20 mm厚1∶2.5水泥砂漿進(jìn)行找平。a.處理基面滲漏水，采用回填注漿進(jìn)行堵水，以保持基面無明顯漏水。b.將噴射混凝土表面外露的鋼筋尖頭等硬物割除，其處理可按初期支護(hù)面處理圖2～圖4進(jìn)行。對鋼筋網(wǎng)等凸出部分，先切斷后用錘鉚平抹砂漿;對有凸出的管道時，先切斷，再用砂漿抹平。c.對初期支護(hù)表面凸凹不平處進(jìn)行處理，使混凝土表面平順，凸凹面滿足D/L=1/6～1/10(D為兩凸面間凹進(jìn)深度，L為兩凸面間距離)。2)防水卷材鋪設(shè)。自粘防水卷材鋪設(shè)在底板墊層澆筑完畢后進(jìn)行，施工順序為先底板，后側(cè)墻，底板縱向鋪設(shè)，側(cè)墻自下向上鋪設(shè)，側(cè)墻防水層采用機(jī)械固定法固定于圍護(hù)墻表面。鋪設(shè)應(yīng)平順、舒展、無褶皺、無隆起。材料搭接寬度150 mm，搭接部位應(yīng)主材與主材搭接，然后在搭接部位采用雙面自粘膠條封縫，自粘性膠條厚度1.2 mm，寬度80 mm。3)固定、壓邊。側(cè)墻自粘防水卷材防水層鋪設(shè)完畢后，為防止防水層下滑脫落，在防水層端部采用機(jī)械固定，進(jìn)行臨時壓邊處理。

圖2 初期支護(hù)面處理圖（一）

圖3 初期支護(hù)面處理圖（二）

圖4 初期支護(hù)面處理圖（三）

3.1.2 施工縫處防水施工控制

根據(jù)隧道主體結(jié)構(gòu)施工的分布，襯砌縱向共四條水平施工縫，環(huán)向每12 m一條施工縫。施工縫止水采用寬度200 mm，厚5 mm的鋼板膩?zhàn)又顾畻l配合預(yù)埋注漿管，外側(cè)加設(shè)寬度500 mm的防水卷材加強(qiáng)層。必須鑿除施工縫表面浮漿并露出石子，在澆筑前需要灑水濕潤表面并要同襯砌級配的水泥砂漿進(jìn)行接縫處理。

施工中需要注意的問題:1)鋼板膩?zhàn)又顾畻l的埋設(shè)位置必須準(zhǔn)確，線性要求平順，深度要求一致，保證處于襯砌的中央，避免出現(xiàn)一邊多一邊少的情況，影響止水的效果。2)鋼板膩?zhàn)又顾畻l的搭接不得小于20 mm，并且搭接縫與環(huán)向施工縫要求錯開1 m。3)注漿管采用專業(yè)扣件固定在施工縫表面結(jié)構(gòu)中線上，固定間距20 cm～25 cm，沿施工縫通長設(shè)置。注漿管采用搭接法進(jìn)行連接，有效搭接長度不小于2 cm。注漿管每隔4 m～5 m間距引出一根注漿導(dǎo)管，利用注漿導(dǎo)管注漿。4)澆筑施工縫處混凝土?xí)r，應(yīng)進(jìn)行充分的振搗，保證施工縫兩側(cè)的混凝土密實(shí)。振搗時振搗棒不得觸及止水條。

3.2 襯砌防水混凝土施工控制

地下結(jié)構(gòu)防水主要以混凝土自防水為主，重點(diǎn)是混凝土抗?jié)B、抗裂，提高耐久性，而抗裂又是關(guān)鍵。

3.2.1 選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，是保證防水混凝土的基礎(chǔ)

1)水泥:細(xì)度不宜過細(xì)，水泥比表面積控制在3 000 cm2/g，要求早期強(qiáng)度不宜過高，延緩水化熱時間，不得使用早強(qiáng)水泥。標(biāo)號不得低于42.5并標(biāo)明使用的水泥已摻入的礦物摻合料含量，以便計入混凝土所用礦物摻和量。水泥用量在滿足防水混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B條件下，盡量減少水泥用量是防止混凝土開裂的一條重要措施。每立方米混凝土的水泥用量控制在260 kg～280 kg。2)砂:采用中粗砂，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%，不能使用海砂，應(yīng)采用均勻、堅硬、含水率低(小于2%)、孔隙率小、潔凈、抗風(fēng)化性強(qiáng)的砂粒。3)碎石:采用連續(xù)級配碎石，孔隙率小，石子呈等粒狀，針片狀顆粒含量不大于5%，含泥量不大于1%，吸水率小于1%，抗風(fēng)化、堅硬、強(qiáng)度高的粒狀碎石。碎石的抗壓強(qiáng)度應(yīng)比所配制的混凝土強(qiáng)度至少高20%。

3.2.2 嚴(yán)格控制混凝土的配合比才能確保混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度、抗?jié)B性能、耐久性能

1)膠凝材料(水泥+粉煤灰+外加劑):對于有抗裂要求的防水混凝土控制在380 kg/m3～400 kg/m3。2)水膠比:保證混凝土充分水化和和易性的前提下，防水混凝土水膠比不大于0.45。3)坍落度:地下混凝土澆筑基本均要使用泵送，對于防水混凝土入模坍落度應(yīng)控制在120 mm±20 mm，入模前坍落度損失每小時應(yīng)小于10 mm，坍落度總損失值不應(yīng)大于10%。

3.2.3 防水混凝土施工控制重點(diǎn)

混凝土工程質(zhì)量最終是通過施工來實(shí)現(xiàn)的，在施工中要嚴(yán)格控制混凝土施工質(zhì)量。

1)在炎熱季節(jié)施工時，應(yīng)采用有效措施降低原材料溫度(如遮涼棚)，減少混凝土運(yùn)輸時吸收外界熱量。防水混凝土終凝后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)生時間不得少于14 d，尤其不能在陽光下曝曬，要有防曬措施，在養(yǎng)護(hù)期間要求使混凝土表面保持濕潤。2)在混凝土澆筑過程中不得隨意改變水膠比，并嚴(yán)格控制混凝土的坍落度和坍落度損失。

4 圍護(hù)樁+旋噴樁止水帷幕漏水原因及處理

城際軌道圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水失效的最常見問題為樁間漏水涌砂。

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水涌砂的原因分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水涌砂會使基坑周圍地下水和土體顆粒流失，造成地表下陷，城際軌道施工基坑周邊建筑物較多，最近建筑物離明挖隧道基坑僅3 m左右，漏水涌砂將對基坑穩(wěn)定及周邊建筑物造成重大的安全隱患。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水涌砂主要是由于高壓旋噴樁止水帷幕沒有達(dá)到止水效果造成的，這與施工的地質(zhì)條件及旋噴樁施工垂直度有關(guān)系。1)由于莞惠城際軌道明挖區(qū)間地表下主要為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層，粉質(zhì)黏土密度較大，高壓旋噴樁在施工時射水壓力不能穿透土體，樁徑達(dá)不到設(shè)計要求，出現(xiàn)“縮徑”現(xiàn)象;在粉砂層施工時砂層中的水使水泥漿難膠結(jié)，導(dǎo)致旋噴樁成樁質(zhì)量差易形成局部漏水。2)由于施工誤差，局部高壓旋噴樁樁體發(fā)生傾斜，不能與鉆孔樁密貼，導(dǎo)致漏水。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水涌砂的處理措施

1)對于因圍護(hù)樁擴(kuò)孔及偏樁引起旋噴樁不能成樁的情況，需使用引孔機(jī)成孔后再施工旋噴樁，或施工雙排旋噴樁止水，見圖5。

圖5 偏孔及擴(kuò)孔鉆孔樁處旋噴樁施工布置圖

2)在開挖過程中發(fā)現(xiàn)樁間漏水、涌砂要立即停止土方開挖。a.對于樁間縫隙較大且出水量少的，使用棉紗封堵樁間縫隙預(yù)留注漿管，完成后在基坑內(nèi)反填黏土，進(jìn)行注漿處理。該方法適用于出水量小、水壓力不大的情況。b.對于水壓力較大的漏水涌砂處，使用黏土反壓后在圍護(hù)樁外側(cè)補(bǔ)打旋噴樁進(jìn)行止水。該方法施工速度較慢，但止水效果好。c.使用水玻璃—水泥雙液漿注漿，適用于出水量大、有水壓的出水點(diǎn)的堵水處理。雙液漿漿液配比:水泥∶水玻璃 =1∶0.5，水泥采用 P.O42.5 普通水泥，水玻璃濃度為 25Be′～35Be′，采用花管一次性注漿，注漿壓力 0.6 MPa。

5 結(jié)語

城際軌道與其他地下工程一樣，從施工到運(yùn)營都受到地下水的影響。其防水設(shè)計采用“防”，而不是通常的“排”，圍護(hù)結(jié)構(gòu)防水和主體結(jié)構(gòu)防水兩部分共同構(gòu)成明挖隧道綜合防水體系，利用多層次的防水措施有效的減少了高水位地下隧道工程的滲漏水現(xiàn)象，確保了施工及行車的安全。

[1] GB 50108-2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2010.

[3] 中鐵二局股份有限公司.隧道及地鐵工程[M].北京:中國鐵路出版社，2009.

[4] 尚景亮，黃光敏.淺談明挖隧道結(jié)構(gòu)防水層施工[J].科技風(fēng)，2010(8):154.