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近年来,随着我国地铁建设的不断发展,盾构施工技术在我国重大地下工程的应用越来越广泛,已经成为了城市地下铁道建造的主要方法。而防水作为地铁盾构法隧道建造的一个重要环节,直接关系到地铁的使用性和安全性。
本文立足于正在修建的成都地铁一号线盾构二标,针对盾构隧道所处的高地下水位、大粒径砾石、砂土、砂卵石和砂粘土互层等的复杂工程地质及水文地质条件,借鉴了国内已建地铁防水的成功经验,以地铁盾构隧道防水为中心,以试验为基础,侧重于防水材料,从衬砌结构自防水、同步注浆防水、接缝防水三个方面研究了成都地铁盾构隧道的防水关键技术措施。本文首先对盾构区间地质条件进行了分析,对防水的重点、防水措施及应注意的问题进行研究;然后从理论分析入手,对防水材料的选择、材料的特性、防水机理等方面进行了理论分析;最后通过试验的方法对成都地铁盾构隧道防水材料的防水效果进行试验研究,验证了各种防水材料在成都地铁应用的可行性。
地铁防水是一项整体性工程,隧道结构的每一部分都在防水过程中发挥着重要作用,本文的主要研究内容如下:
(1)衬砌管片材料配比与渗透性研究。从衬砌管片的材料配比、制作精度及抗渗透性试验三个方面入手,研究了成都地铁衬砌结构的自防水效果。重点研究了材料配比及外加剂在管片抗渗透性中的作用,通过三环拼装试验的结果值与规范值比较验证了管片的制作精度;通过抗渗透性试验验证了管片的抗渗透性效果。
(2)水泥基渗透结晶型防水涂料(CCCw)的研究。针对成都地铁使用的水泥基渗透结晶型防水涂料,研究了防水涂料的防水机理,通过抗渗试验和耐久性试验验证了防水涂料的防水性能及特性,以此来验证水泥基渗透结晶型防水涂料在成都地铁的应用效果。
(3)同步注浆浆液材料配比的试验研究。首先结合成都地铁特殊的工程地质条件及国内已建地铁同步注浆浆液材料配比的成功经验,找出适合成都地铁所需同步注浆浆液的特征,然后进行试验设计;通过同步注浆试验测试了浆液的密度、流动度、塌落度、稠度、凝结时间、抗水冲的分散性、析水率及抗压强度。通过多组同步注浆试验的结果对比分析,找出了与之特性相匹配的同步注浆浆液的材料配比。此试验在施工前进行,为成都地铁盾构隧道提供了合理的同步注浆浆液。
(4)接缝防水处弹性密封垫的选择。通过水密性试验及应力松弛试验对非膨胀型橡胶密封垫及复合型密封垫两种防水材料的防水特性进行对比试验分析;分析结果得出非膨胀型橡胶密封垫更适用于成都地铁盾构隧道接缝防水。
(5)成都地铁所用弹性密封垫防水性能的研究。通过“一”字缝水密性试验检验其在受压工况下的抗水压能力;通过压应力与压缩变形试验检验密封垫所承受压力与压缩变形量之间的关系;通过有限元软件(ANsYS)对密封垫之间的应力.应变关系进行数值模拟计算。试验及模拟结果验证了成都地铁所用三元乙丙橡胶密封垫能满足成都地铁的防水要求,且具有较好的防水效果。
总之,本文较全面的研究了成都地铁盾构隧道防水关键技术措施,在盾构施工前对各种防水材料的防水效果进行了研究,通过试验验证了成都地铁盾构隧道的防水措施能满足防水要求。本论文理论分析与实验研究相结合,为成都地铁盾构施工提供了合理的施工参数,具有较好的的理论与实践参考价值。