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摘 要:渗漏水作为地铁盾构隧道常见病害之一,其所致成因众多,且彻底根治难度较大。本文结合笔者相应地铁建设施工实践经验,就地铁盾构隧道出现渗漏水的主要成因与相应控制策略、处治措施展开全面探讨,以期可对众地铁建设者有所裨益。
关键词:地铁盾构隧道;渗漏水;主要成因;控制策略
1 地铁盾构隧道渗漏水的主要成因
(1)管片质量不合格。生产管片的水泥、钢材等原材料自身质量不过关,进场未验收。制作管片时,对混凝土振捣不密实、不充分导致蜂窝、麻面等现象,或未按规定对成型的混凝土进行养护导致开裂现象。管片进场后,没有进行质量验收,储存保护措施不到位。管片转运吊装时违规操作,磕碰等导致管片出现破损,而后期安装过程中又未对破损管片予以处理,以致管片自身防水不合格而导致出现渗漏水。
(2)管片拼装不规范。首先,管片安装前,质检人员未按照规定进行再次核检,出现的边角破损、混凝土损坏、止水条变形不密实等情况没有修补处置而发生渗漏。其次,受管片与管片挤压影响,封顶块止水条发生变形、脱落,或是管片端面接口、止水条面没有清理干净,导致拼接缝存有杂物,进而导致拼缝处形成渗漏水通道。另外,管片拼装时没有对齐出现错台,导致盾尾刷没有紧密包裹住管片,易产生渗漏水。此外,管片与盾构位置偏移,管片容易受到压力产生开裂、掉块,管片与管片之间的止水条不能充分压紧导致渗漏水[1]。
(3)施工工艺不合理。与盾尾脱离之后的管片处于悬浮时,主体与管片的位置相对独立。在同步注浆作业时,如果材料自身性能较差或者施工工艺不合理,就会影响管片注浆质量,则会导致不均匀受力、局部变形等现象。如果实际注浆量不够、注浆,就会导致管片与外侧土体间出现空隙,随着时间的推移,就会致使管片出现沉降并形成渗漏通道。
(4)局部设计不合理。盾构自身质量不过关或局部设计不标准、不合理,用于推进的千斤顶球铰自由度小,管片在局部范围内受到挤压,容易造成破损、裂缝。推进千斤顶靴板挤压过大易导致管片止水条变形、脱离,难以发挥密闭防水的作用,进而导致管片的防水性变差。
(5)注浆处理不规范。注浆作业程序不规范、灌注量不够、密实效果差,会导致衬砌与围岩受力不均匀变形,直接影响首层防水层作用。在实际施工中,还会因超挖或者没有充分考虑土体渗漏,在计算注浆量时会比实际需求小,导致实际注浆量不够,在后期易产生沉降形成渗漏。
2 地铁盾构隧道渗漏水的控制策略
2.1 抓好防水施工质量
(1)自身防水。管片一般使用耐久性高、抗渗性强的高性能防水混凝土,可以添加改性外渗剂以提升管片混凝土的自身性能。按照设计规范要求,管片抗渗等级超过P10,单片检漏标准为:在0.8 MPa且超过3 h的水压下,渗入管片外背高度不超过5 cm。同时,在管片设计和制作时要严格控制标准,提高水灰比精准度,确保连接处密实。在制作时要控制好振捣、脱模、养护的各个环节,提高管片质量。有的生产商使用智能化、数字化一體式工厂制作,能有效提高管片的抗渗性[2]。
(2)接缝防水。管片接缝包括纵向和环向接缝,这两处连接位置是防水薄弱之处,可以在接缝外侧使用单道框型弹性密封垫。在密封垫外侧补上遇水膨胀橡胶的挡水条,提高接缝防水性能。纵向和环向缝内留设嵌缝槽,在道床的嵌缝槽用快干水泥填充,其他部位的嵌缝使用水膨胀密封胶和快硬水泥(如图1),进而有效提升管片接缝位置的防水性,最大限度减少管片接缝的渗漏水几率。
(3)螺孔防水。管片螺栓孔渗漏水很多是由于螺栓孔紧固不到位、密封垫不牢靠等因素所造成,因此,务须要严格做好螺栓位置的防水处理。通常,应在螺栓垫圈和螺栓孔居中处填塞遇水膨胀橡胶的聚乙烯垫圈,增强螺栓孔密实度,从而确保不漏水。同时,根据管片螺栓的紧固要求及紧固力,对管片螺栓予以紧固处理,确保两个管片连接足够密实,防止紧固不到位产生缝隙而导致的渗漏水情况。
2.2 规范管片拼装施工
(1)精准对接。在进行管片的旋转、滑动、升降等作业时,要严格按照操作规程施工,拼装管片按照从下往上、最后封顶的程序,注意管片的左右对称,对管片位置要及时调整,以实现与上环管片的平顺对接,精准校正孔位,以确保顺利穿插螺栓。
(2)缓慢顶推。在封顶块安装之前,先使用黄油将止水条涂刷一层,确保润滑。安装过程中,要先向后纵向顶推,控制速度缓缓到位,同时将油缸顶进管片内。顶推的作用力要略大于管片用力,以保持稳定,待工序全部完成后,再移开管片安装设备。
2.3 规范盾构掘进施工
(1)掘进模拟。在正式掘进前,先进行模拟掘进穿越,一般可分为四个阶段,分别是试验、控制、穿越和穿厚控制,通过模拟可以进一步获得施工参数并做出优化,保障盾构、管片处于良好的运行状态。
(2)掘进控制。根据隧道线形管理原理和盾构机的性能,实时掌握盾构状态,保持掘进的速度,使用后台智能化终端与设计的轴线进行数据分析对比,发现掘进偏差时要及时优化调整,使前进曲线和设计轴线同向同步。在对掘进线路纠偏时要注意,以盾位间隙为主、掘进姿态为辅、行走线性为后。在对掘进偏差纠偏时要注意,一次调整量不宜过大,以控制油缸行程小于6 cm为宜。
(3)盾构调整。在实际施工时,管片与盾尾脱离后会产生一定的上浮,要按照试掘进的数据对掘进状态进行适当调整,可以预先对盾构施加压力,或者在反向超欠挖进而控制盾构的行进状态和路线。这样可以有效保持管片的稳定,防止出现上浮、偏移等现象造成管片与管片之间接缝处的止水带出现渗漏水。
2.4 抓好注浆施工质量
盾构机在施工过程中,因外部尺寸略大于管片的外径,加上可能出现的超挖,易在盾尾处形成由管片和土体共同的空隙,需要及时注浆进行填充,从而降低对周围土体的扰动,防止地面沉降、管片水土压力均匀。 (1)注浆位置。要选择管片注浆孔中与拱顶位置接近处进行注浆,先进行同步注浆,再进行二次注浆,将产生的空隙填充密实,促使空隙内的泥水排出,进而形成环形浆液保护层,这样能很好的发挥防水作用。
(2)注浆时间。合理控制注浆开始时间和结束时间,注浆不得过早或过晚,防止盾尾漏浆或注浆不密实而影响管片的防渗性。
(3)注浆压力。根据设计规范要求、隧道的埋深和地下水压等实际情况,合理调整注浆压力。一般为0.2 MPa~
0.3 MPa,当注浆压力过大或过小時,可以略减少或增加注浆量进行控制。
(4)注浆量。根据现场实际情况,如超欠挖量、土体渗透率、泄露情况等,合理调整注浆量,原则上保证注浆量、速度和盾构推进速度匹配一致,这样能确保注浆的密实度,减少注浆量不足导致的孔洞渗漏。
3 地铁盾构隧道渗漏水的处治措施
(1)大量渗漏水的处治。找到渗漏水点,接上注浆设备,使用水泥-水玻璃双液注浆,控制初凝时间约为5 s。对渗漏水点外部进行封堵,一般使用速凝水泥与聚氨酯,从而达到双管齐下的效果。
(2)拼缝处渗漏水的处治。需要对渗漏点进行精确查找,找到后,在拼缝处打上终止孔,并埋入注浆管,对拼缝使用速凝水泥封堵、使用快干水泥嵌缝,待嵌缝水泥凝固后,再注入压力0.3 MPa~0.4 MPa的化学浆液。测试压力满足要求后,闭管等凝固8 h~12 h后再做进一步检查。检查孔口的浆液是否密实饱满,符合要求后再等3 d~5 d后进行拆管,处理缝面直至平整。
(3)原注浆孔处渗漏水的处治。对明流使用双液注浆进行封堵,清理注浆孔后,使用环氧界面剂均匀涂刷一层,再使用速凝水泥嵌缝埋管,要严格按照要求封闭密实。然后注入压力0.3 MPa~0.5 MPa的环氧浆液,等3 d~5 d凝固后拆管,再细致修复饰面。
(4)管片螺栓孔渗漏水的处治。沿着螺栓孔位开设环形槽,一般槽深和宽各3 cm~4cm。对环形槽细致清理,确保无粉尘、杂质。再使用赛柏斯浓缩剂按比例兑水形成混合液,均匀涂刷或喷涂赛柏斯防水材料,使用赛柏斯堵漏剂压注入槽内,确保压住饱满、密实、平整。
(5)管片裂缝渗漏水的处治。沿着管片裂缝开始,按照槽深和宽各2 cm~3 cm,骑缝斜向45°,沿着裂缝并贯穿钻孔,钻孔深8 cm~10 cm、直径1 cm、距离40 cm。对裂缝和“V”型槽细致清理,确保干净无杂质。按顺序对孔位注入环氧浆液,等到邻近的孔位有浆液冒出时,再移至下个孔位继续注浆,直到所有孔位全部完成。需要注意,最后一个孔位要逐级升级压力0.3 MPa~0.5 MPa注浆,并保持20 min不进浆后再停止。闭管等待凝固8 h~12 h后再做进一步检查,方法步骤、要求同上[3-4]。
4 结语
隧道渗漏水不仅会增加地铁项目建设过程中的施工难度,而且还会导致渗漏水附近区域的水土过量流失,以致隧道沉降、形变过度,危及作业施工安全与后期营运中的行车安全,故须绝对重视,全面理清致使渗漏水出现的主要成因,予以针对性防控、处治,从而达成渗漏水的“根治”,保障地铁建设施工安全与运营行车安全。
参考文献:
[1]李翔宇,李新源,李明宇,等.地铁盾构隧道渗漏水的产生原因及分布规律[J].建筑科学,2020(S1):233-238.
[2]杜在松.大直径盾构隧道管片渗漏水预防和治理[J].建设监理,2020(11):80-83.
[3]陈森森,王军,刘文,等.盾构隧道渗漏水整治综合技术[J].铁道建筑技术,2019(12):101-106.
[4]焦建斌.公路隧道渗漏水治理技术分析[J].交通世界,2021(13):105-106.
关键词:地铁盾构隧道;渗漏水;主要成因;控制策略
1 地铁盾构隧道渗漏水的主要成因
(1)管片质量不合格。生产管片的水泥、钢材等原材料自身质量不过关,进场未验收。制作管片时,对混凝土振捣不密实、不充分导致蜂窝、麻面等现象,或未按规定对成型的混凝土进行养护导致开裂现象。管片进场后,没有进行质量验收,储存保护措施不到位。管片转运吊装时违规操作,磕碰等导致管片出现破损,而后期安装过程中又未对破损管片予以处理,以致管片自身防水不合格而导致出现渗漏水。
(2)管片拼装不规范。首先,管片安装前,质检人员未按照规定进行再次核检,出现的边角破损、混凝土损坏、止水条变形不密实等情况没有修补处置而发生渗漏。其次,受管片与管片挤压影响,封顶块止水条发生变形、脱落,或是管片端面接口、止水条面没有清理干净,导致拼接缝存有杂物,进而导致拼缝处形成渗漏水通道。另外,管片拼装时没有对齐出现错台,导致盾尾刷没有紧密包裹住管片,易产生渗漏水。此外,管片与盾构位置偏移,管片容易受到压力产生开裂、掉块,管片与管片之间的止水条不能充分压紧导致渗漏水[1]。
(3)施工工艺不合理。与盾尾脱离之后的管片处于悬浮时,主体与管片的位置相对独立。在同步注浆作业时,如果材料自身性能较差或者施工工艺不合理,就会影响管片注浆质量,则会导致不均匀受力、局部变形等现象。如果实际注浆量不够、注浆,就会导致管片与外侧土体间出现空隙,随着时间的推移,就会致使管片出现沉降并形成渗漏通道。
(4)局部设计不合理。盾构自身质量不过关或局部设计不标准、不合理,用于推进的千斤顶球铰自由度小,管片在局部范围内受到挤压,容易造成破损、裂缝。推进千斤顶靴板挤压过大易导致管片止水条变形、脱离,难以发挥密闭防水的作用,进而导致管片的防水性变差。
(5)注浆处理不规范。注浆作业程序不规范、灌注量不够、密实效果差,会导致衬砌与围岩受力不均匀变形,直接影响首层防水层作用。在实际施工中,还会因超挖或者没有充分考虑土体渗漏,在计算注浆量时会比实际需求小,导致实际注浆量不够,在后期易产生沉降形成渗漏。
2 地铁盾构隧道渗漏水的控制策略
2.1 抓好防水施工质量
(1)自身防水。管片一般使用耐久性高、抗渗性强的高性能防水混凝土,可以添加改性外渗剂以提升管片混凝土的自身性能。按照设计规范要求,管片抗渗等级超过P10,单片检漏标准为:在0.8 MPa且超过3 h的水压下,渗入管片外背高度不超过5 cm。同时,在管片设计和制作时要严格控制标准,提高水灰比精准度,确保连接处密实。在制作时要控制好振捣、脱模、养护的各个环节,提高管片质量。有的生产商使用智能化、数字化一體式工厂制作,能有效提高管片的抗渗性[2]。
(2)接缝防水。管片接缝包括纵向和环向接缝,这两处连接位置是防水薄弱之处,可以在接缝外侧使用单道框型弹性密封垫。在密封垫外侧补上遇水膨胀橡胶的挡水条,提高接缝防水性能。纵向和环向缝内留设嵌缝槽,在道床的嵌缝槽用快干水泥填充,其他部位的嵌缝使用水膨胀密封胶和快硬水泥(如图1),进而有效提升管片接缝位置的防水性,最大限度减少管片接缝的渗漏水几率。
(3)螺孔防水。管片螺栓孔渗漏水很多是由于螺栓孔紧固不到位、密封垫不牢靠等因素所造成,因此,务须要严格做好螺栓位置的防水处理。通常,应在螺栓垫圈和螺栓孔居中处填塞遇水膨胀橡胶的聚乙烯垫圈,增强螺栓孔密实度,从而确保不漏水。同时,根据管片螺栓的紧固要求及紧固力,对管片螺栓予以紧固处理,确保两个管片连接足够密实,防止紧固不到位产生缝隙而导致的渗漏水情况。
2.2 规范管片拼装施工
(1)精准对接。在进行管片的旋转、滑动、升降等作业时,要严格按照操作规程施工,拼装管片按照从下往上、最后封顶的程序,注意管片的左右对称,对管片位置要及时调整,以实现与上环管片的平顺对接,精准校正孔位,以确保顺利穿插螺栓。
(2)缓慢顶推。在封顶块安装之前,先使用黄油将止水条涂刷一层,确保润滑。安装过程中,要先向后纵向顶推,控制速度缓缓到位,同时将油缸顶进管片内。顶推的作用力要略大于管片用力,以保持稳定,待工序全部完成后,再移开管片安装设备。
2.3 规范盾构掘进施工
(1)掘进模拟。在正式掘进前,先进行模拟掘进穿越,一般可分为四个阶段,分别是试验、控制、穿越和穿厚控制,通过模拟可以进一步获得施工参数并做出优化,保障盾构、管片处于良好的运行状态。
(2)掘进控制。根据隧道线形管理原理和盾构机的性能,实时掌握盾构状态,保持掘进的速度,使用后台智能化终端与设计的轴线进行数据分析对比,发现掘进偏差时要及时优化调整,使前进曲线和设计轴线同向同步。在对掘进线路纠偏时要注意,以盾位间隙为主、掘进姿态为辅、行走线性为后。在对掘进偏差纠偏时要注意,一次调整量不宜过大,以控制油缸行程小于6 cm为宜。
(3)盾构调整。在实际施工时,管片与盾尾脱离后会产生一定的上浮,要按照试掘进的数据对掘进状态进行适当调整,可以预先对盾构施加压力,或者在反向超欠挖进而控制盾构的行进状态和路线。这样可以有效保持管片的稳定,防止出现上浮、偏移等现象造成管片与管片之间接缝处的止水带出现渗漏水。
2.4 抓好注浆施工质量
盾构机在施工过程中,因外部尺寸略大于管片的外径,加上可能出现的超挖,易在盾尾处形成由管片和土体共同的空隙,需要及时注浆进行填充,从而降低对周围土体的扰动,防止地面沉降、管片水土压力均匀。 (1)注浆位置。要选择管片注浆孔中与拱顶位置接近处进行注浆,先进行同步注浆,再进行二次注浆,将产生的空隙填充密实,促使空隙内的泥水排出,进而形成环形浆液保护层,这样能很好的发挥防水作用。
(2)注浆时间。合理控制注浆开始时间和结束时间,注浆不得过早或过晚,防止盾尾漏浆或注浆不密实而影响管片的防渗性。
(3)注浆压力。根据设计规范要求、隧道的埋深和地下水压等实际情况,合理调整注浆压力。一般为0.2 MPa~
0.3 MPa,当注浆压力过大或过小時,可以略减少或增加注浆量进行控制。
(4)注浆量。根据现场实际情况,如超欠挖量、土体渗透率、泄露情况等,合理调整注浆量,原则上保证注浆量、速度和盾构推进速度匹配一致,这样能确保注浆的密实度,减少注浆量不足导致的孔洞渗漏。
3 地铁盾构隧道渗漏水的处治措施
(1)大量渗漏水的处治。找到渗漏水点,接上注浆设备,使用水泥-水玻璃双液注浆,控制初凝时间约为5 s。对渗漏水点外部进行封堵,一般使用速凝水泥与聚氨酯,从而达到双管齐下的效果。
(2)拼缝处渗漏水的处治。需要对渗漏点进行精确查找,找到后,在拼缝处打上终止孔,并埋入注浆管,对拼缝使用速凝水泥封堵、使用快干水泥嵌缝,待嵌缝水泥凝固后,再注入压力0.3 MPa~0.4 MPa的化学浆液。测试压力满足要求后,闭管等凝固8 h~12 h后再做进一步检查。检查孔口的浆液是否密实饱满,符合要求后再等3 d~5 d后进行拆管,处理缝面直至平整。
(3)原注浆孔处渗漏水的处治。对明流使用双液注浆进行封堵,清理注浆孔后,使用环氧界面剂均匀涂刷一层,再使用速凝水泥嵌缝埋管,要严格按照要求封闭密实。然后注入压力0.3 MPa~0.5 MPa的环氧浆液,等3 d~5 d凝固后拆管,再细致修复饰面。
(4)管片螺栓孔渗漏水的处治。沿着螺栓孔位开设环形槽,一般槽深和宽各3 cm~4cm。对环形槽细致清理,确保无粉尘、杂质。再使用赛柏斯浓缩剂按比例兑水形成混合液,均匀涂刷或喷涂赛柏斯防水材料,使用赛柏斯堵漏剂压注入槽内,确保压住饱满、密实、平整。
(5)管片裂缝渗漏水的处治。沿着管片裂缝开始,按照槽深和宽各2 cm~3 cm,骑缝斜向45°,沿着裂缝并贯穿钻孔,钻孔深8 cm~10 cm、直径1 cm、距离40 cm。对裂缝和“V”型槽细致清理,确保干净无杂质。按顺序对孔位注入环氧浆液,等到邻近的孔位有浆液冒出时,再移至下个孔位继续注浆,直到所有孔位全部完成。需要注意,最后一个孔位要逐级升级压力0.3 MPa~0.5 MPa注浆,并保持20 min不进浆后再停止。闭管等待凝固8 h~12 h后再做进一步检查,方法步骤、要求同上[3-4]。
4 结语
隧道渗漏水不仅会增加地铁项目建设过程中的施工难度,而且还会导致渗漏水附近区域的水土过量流失,以致隧道沉降、形变过度,危及作业施工安全与后期营运中的行车安全,故须绝对重视,全面理清致使渗漏水出现的主要成因,予以针对性防控、处治,从而达成渗漏水的“根治”,保障地铁建设施工安全与运营行车安全。
参考文献:
[1]李翔宇,李新源,李明宇,等.地铁盾构隧道渗漏水的产生原因及分布规律[J].建筑科学,2020(S1):233-238.
[2]杜在松.大直径盾构隧道管片渗漏水预防和治理[J].建设监理,2020(11):80-83.
[3]陈森森,王军,刘文,等.盾构隧道渗漏水整治综合技术[J].铁道建筑技术,2019(12):101-106.
[4]焦建斌.公路隧道渗漏水治理技术分析[J].交通世界,2021(13):105-106.