復(fù)合式TBM施工區(qū)間防水技術(shù)研究

馮歡歡，陳 饋，李鳳遠(yuǎn)，王助鋒

（中鐵隧道集團(tuán) 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

復(fù)合式TBM施工過程中如何保證隧道具有較高防水性能，是一個(gè)值得研究的課題。復(fù)合式TBM施工區(qū)間的隧道防水等級(jí)為二級(jí)，其要求隧道頂部無(wú)滴漏現(xiàn)象，其它部位也不允許出現(xiàn)漏水。隧道結(jié)構(gòu)表面總的濕漬面積應(yīng)小于總防水面積的2‰，且任意100m2防水面積上的濕漬少于4處，單個(gè)濕漬的最大面積小于0.2m2。襯砌接頭不允許出現(xiàn)漏泥沙或滴漏現(xiàn)象，拱底部分在嵌縫作業(yè)后不允許有滲水現(xiàn)象。復(fù)合式TBM施工隧道的平均滲漏量小于0.05L/m2·d，任意100m2防水面積滲漏量不大于0.15L/m2·d。隧道防水混凝土的滲透系數(shù)應(yīng)小于5×10-13m/s，同時(shí)其氯離子擴(kuò)散系數(shù)不宜大于8×10-9cm2/s。

1 區(qū)間防水體系設(shè)計(jì)

復(fù)合式TBM隧道施工區(qū)間防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道設(shè)防、因地制宜、綜合治理”的原則。①采用高精度鋼模制作高精度管片，以管片結(jié)構(gòu)自防水為根本，接縫防水為重點(diǎn)，確保隧道整體防水；②采取相關(guān)技術(shù)措施，使得防水混凝土的密實(shí)性、抗?jié)B性和防腐性等指標(biāo)達(dá)到規(guī)定的要求，進(jìn)而有效確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自防水能力，以提高管片結(jié)構(gòu)的自防水效果；③提高對(duì)隧道管片施工縫、變形縫、穿墻管件、各型接頭及各種結(jié)構(gòu)斷面接口等的防水措施，具體防水體系如表1所示。

表1 復(fù)合式TBM區(qū)間防水設(shè)計(jì)體系

2 管片混凝土自防水

混凝土采用“雙摻技術(shù)”，加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰及復(fù)合外加劑（無(wú)膨脹性），具體摻量根據(jù)試驗(yàn)確定。防水混凝土應(yīng)盡可能采用鋼模，避免跑漿錯(cuò)位、脫模，以保證混凝土結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性，減少混凝土中蜂窩麻面的產(chǎn)生。同時(shí)，盡可能確保防水混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各種鋼筋或綁扎鐵絲不與模板接觸；若不可避免，則應(yīng)有相應(yīng)止水措施。提高復(fù)合式TBM管片自防水能力，具體有以下幾方面的措施：①?gòu)?fù)合式TBM管片應(yīng)采用高精度管模制作，有效保證管片環(huán)的拼裝精度，且要求單塊管片的允許誤差為：寬度為±1.0mm，弧、弦長(zhǎng)為1.0mm，環(huán)向螺栓孔及孔位為1.0mm，厚度為1.0mm；整環(huán)拼裝的允許誤差為：相鄰環(huán)的環(huán)面間隙為0.6～0.8mm，縱縫相鄰塊間隙為1.5～2.5mm，縱向螺栓孔孔徑、孔位分別為±1.0mm，襯砌環(huán)外徑為+6、-2mm；②復(fù)合式TBM管片生產(chǎn)中采用高頻振動(dòng)臺(tái)加強(qiáng)振搗，為滿足抗?jié)B等級(jí)的要求，必須確?；炷撩軐?shí)；③復(fù)合式TBM管片應(yīng)預(yù)留注漿孔加固回填注漿，注漿完畢后注漿孔應(yīng)加設(shè)止水設(shè)施，防止注漿孔滲漏水造成病害；④在拼裝前，必須對(duì)管片外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，避免使用帶有肉眼可見裂縫的管片。若在制造、運(yùn)輸或拼裝過程中出現(xiàn)了大麻點(diǎn)、大缺角等，應(yīng)及時(shí)使用聚合物快凝水泥將其修補(bǔ)完好，在使用期間的手孔、吊裝孔（注漿孔）應(yīng)用微膨脹水泥封填；⑤復(fù)合式TBM在施工過程中，必須合理布置液壓千斤頂?shù)奈恢眉巴屏Υ笮?，具體要求為位置間距及推力應(yīng)盡量均勻；同時(shí)在管片拼裝過程中需保證管片環(huán)面的平整度，另外可在管片端面粘貼軟木襯墊，以減少因施工荷載的突變而產(chǎn)生裂縫。

3 接縫防水技術(shù)

3.1 彈性密封墊設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)彈性密封墊時(shí)，可將材料為三元乙丙橡膠的彈性密封墊（其技術(shù)指標(biāo)見表2）粘貼于管片彈性密封墊溝槽內(nèi)，通過三元乙丙橡膠密封墊被壓縮擠密來(lái)防水。滿足在接縫最大張開錯(cuò)位值和設(shè)計(jì)水壓條件下不滲漏的要求，是設(shè)計(jì)彈性密封墊的前提。密封墊溝槽的截面積應(yīng)稍大于密封墊的截面積，從而確保當(dāng)環(huán)縫張開量為0mm時(shí)，三元乙丙橡膠密封墊可完全壓入儲(chǔ)于管片密封墊溝槽內(nèi)。

表2 三元乙丙橡膠彈性密封墊技術(shù)指標(biāo)

3.2 軟木襯墊

管片縫間軟木襯墊材料為丁腈軟木橡膠，丁腈軟木橡膠粘貼于背千斤頂襯砌環(huán)面上（圖1），目的是為防止錯(cuò)縫拼裝時(shí)環(huán)面高差引起管片破裂。

在軟木襯墊與背千斤頂面的對(duì)應(yīng)粘貼處分別涂刷單組分氯丁——酚醛粘結(jié)劑。涂刷前軟木襯墊及管片表面應(yīng)干燥，涂刷時(shí)粘結(jié)劑應(yīng)攪拌均勻，涂刷后，涼置一段時(shí)間（一般10～15min，隨氣溫、溫度而異），待手指接觸不粘時(shí)，再將軟木襯墊與管片對(duì)粘。軟木襯墊粘貼后，表面應(yīng)平整，不得出現(xiàn)脫膠、翹邊、歪斜等現(xiàn)象。

3.3 嵌縫防水

進(jìn)行管片嵌縫防水處理應(yīng)注意以下幾方面。

1）嵌縫范圍 為確保隧道拱底不漏泥沙，復(fù)合式TBM進(jìn)出洞及臨近聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)各20環(huán)做環(huán)縱縫整環(huán)嵌縫；其余段落嵌縫范圍為：拱頂45°和拱底90°范圍內(nèi)。

2）嵌縫材料 管片襯砌變形縫采用高模量聚氨酯密封膠填充，其它環(huán)縱縫則采用氯丁膠乳水泥填充（圖2）。

3）嵌縫時(shí)間 管片嵌縫作業(yè)必須在復(fù)合式TBM千斤頂影響范圍外及隧道穩(wěn)定后進(jìn)行。

3.4 螺孔等防水設(shè)計(jì)

管片螺孔采用遇水膨脹橡膠密封圈作為螺孔密封圈，管片肋腔的螺孔密封圈的外形應(yīng)與溝槽相匹配。管片手孔在拱頂180°范圍內(nèi)采用塑料保護(hù)罩和雙組分聚氨酯密封膠進(jìn)行封堵，其余手孔及吊裝孔（注漿孔）用AEA微膨脹水泥砂漿封孔。

3.5 曲線段區(qū)間加強(qiáng)防水

曲線段各襯砌環(huán)的背千斤頂環(huán)面上分段粘貼低壓石棉橡膠板，在推進(jìn)過程中，使其經(jīng)千斤頂壓縮后成一平整楔形環(huán)面。以外半徑為3m的管片為例，最大楔形量為2.10mm（圖3）。

進(jìn)行粘貼時(shí)，先清除需粘貼低壓石棉橡膠板環(huán)面上的浮灰，再將氯丁膠粘劑涂于混凝土表面及低壓石棉橡膠板上，等到不粘手時(shí)便可粘貼低壓石棉橡膠板。管片糾偏段應(yīng)在相應(yīng)的EPDM密封墊表面加貼與石棉橡膠板同厚度的遇水膨脹橡膠條，橡膠條的寬度36mm，長(zhǎng)度與相應(yīng)位置的石棉橡膠板相同。

4 管片外涂防水層

為更好提高復(fù)合式TBM管片的防水性能，進(jìn)行管片外涂防水層時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有：①在有侵蝕性地段管片外側(cè)涂刷厚度≥1mm，且重量≥1.5kg/m2的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。在中等侵蝕性介質(zhì)地層中，需在管片外弧面涂刷環(huán)氧聚氨酯防水涂料；②在涂刷水泥基滲透結(jié)晶涂料前先用鋼絲刷刷毛；③基層表面如有氣孔、蜂窩、縫隙、起砂等，應(yīng)修補(bǔ)處理；④涂料應(yīng)分層鋪抹或噴涂，各層應(yīng)緊密貼合，每層宜連續(xù)施工。

5 注漿防水

采用同步注漿技術(shù)及時(shí)充填管片與圍巖之間的空隙，以達(dá)到防水及控制地層沉降的效果。根據(jù)管片裂縫、接縫滲漏水的情況，還應(yīng)利用管片吊裝孔（注漿孔）強(qiáng)化二次注漿。在隧道開挖對(duì)地表建筑物或管線影響較大地段，為及時(shí)回填空隙，減小地面沉降，宜選擇速凝型的水泥+水玻璃雙漿液；為避免漿材硬化收縮，注漿材料皆宜摻加一定量的微膨脹劑。注漿量和注漿壓力，應(yīng)根據(jù)地層特征進(jìn)行確定。

6 結(jié) 論

隧道防水性能是成型隧道使用性能的重要指標(biāo)之一，在復(fù)合式TBM施工過程中，根據(jù)隧道地質(zhì)條件建立合適的區(qū)間防水體系，顯得尤為重要。通過提高管片混凝土自防水性能、采用彈性密封墊及軟木襯墊等密封裝置、外涂防水層等措施，可有效保證復(fù)合式TBM施工區(qū)間的防水效果。

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