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        泥水盾構(gòu)隧道滲漏機理與防治措施

        2014-04-15 18:08:35邵業(yè)勤SHAOYeqin
        建筑機械化 2014年6期
        關(guān)鍵詞:錯臺止水帶管片

        邵業(yè)勤/SHAO Ye-qin

        (廣東華隧建設(shè)股份有限公司,廣東 廣州 510620)

        軌道交通有效地緩解了大中型城市交通的壓力,方便著千家萬戶的出行。作為盾構(gòu)隧道施工的關(guān)鍵點,盾構(gòu)隧道的質(zhì)量控制,不僅影響著盾構(gòu)隧道的運營使用,而且還影響著盾構(gòu)隧道能否達到設(shè)計壽命,其中隧道的滲漏與防治至關(guān)重要。

        1 工程概況

        廣州地鐵7號線1標(biāo)線路始發(fā)于廣州南站西廣場,線路下穿廣州南站西廣場與規(guī)劃中的地鐵七號線并行,然后下穿廣州南站內(nèi)河涌、最后下穿韋涌、石壁涌、海怡大橋橋樁至出洞口,經(jīng)過U型槽段、地面線段進入大洲車輛出入段。盾構(gòu)段里程RDK0+146.103~RCK1+400.967,CDK0+147.548~CCK1+865.000,長約2972.316m。入線段最大轉(zhuǎn)彎半徑250m,出線段最大轉(zhuǎn)彎半徑210m。地下水初見水位埋深為1.3~3.8m,標(biāo)高為3.15~5.87m;穩(wěn)定水位埋深為1.9~4.3m,標(biāo)高為2.65~5.28m。區(qū)間隧道通過地層主要為<2-1B>海陸交互相淤泥質(zhì)土 、<2-2>海陸交互相(淤泥質(zhì))粉細(xì)砂、<4N-2>粉質(zhì)粘土(可塑)、<5N-1>可塑狀殘積土、<5N-2>硬塑狀殘積土、<6>全風(fēng)化粉砂巖、<7>強風(fēng)化粉砂巖、<8>中全風(fēng)化粉砂巖,局部位于<9>微風(fēng)化粉砂巖。

        2 滲漏機理

        隧道滲漏水通常分為管片結(jié)構(gòu)接縫滲漏、管片裂縫滲漏、管片混凝土腐蝕滲漏、管片預(yù)留孔滲漏4種。按滲透程度可劃分為慢滲、快滲、漏水和涌水4種。按滲漏形式可劃分為點、線、面3種。滲漏的成因如下。

        1)地質(zhì)水文因素 本標(biāo)段穿越區(qū)間地層多為海陸交互相淤泥質(zhì)土、海陸交互相(淤泥質(zhì))粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土(可塑)組成的復(fù)合地質(zhì),該類土層具有明顯“高靈敏度、高含水率、高壓縮性、低強度、低密度、低滲透性”特點。區(qū)間地層地下水按含水介質(zhì)類型(含水層的孔隙性質(zhì))不同可劃分為第四系淺部土層中孔隙水、深部基巖裂隙水。因此,盾構(gòu)隧道管片容易因蛇行運動、超挖,注漿漿液充填不充分、地下水頭高等自然因素使得管片發(fā)生錯臺、管片接縫滲漏水現(xiàn)象。

        2)盾構(gòu)掘進參數(shù) ①在掘進過程中,盾構(gòu)的姿態(tài)控制不佳,造成盾尾間隙不均勻,間隙過小處的盾構(gòu)外殼壓迫管片向反方向移動,造成兩環(huán)間管片錯臺,兩環(huán)間管片止水帶不能壓緊吻合,極易發(fā)生漏水現(xiàn)象。②在轉(zhuǎn)彎段時,由于盾構(gòu)機身外殼為一直線形不可變剛體,在掘進過程中與設(shè)計曲線不能充分?jǐn)M和。盾構(gòu)的機身越長、設(shè)計曲線的轉(zhuǎn)彎半徑越小,則實際曲線與設(shè)計曲線擬合的難度就越大。在轉(zhuǎn)彎段盾構(gòu)掘進實際的線形是由連續(xù)的一段段折線組成,為了使得實際曲線接近擬和設(shè)計曲線,在盾構(gòu)掘進施工時,掘進每一環(huán)都需要對盾構(gòu)姿態(tài)進行連續(xù)糾偏。轉(zhuǎn)彎半徑越小,糾偏量就越大,千斤頂編組壓力差越大,實際曲線越難以擬和設(shè)計曲線,盾構(gòu)操作難度越高。盾構(gòu)每向前掘進一環(huán),管片受力面與設(shè)計曲線的法線方向?qū)⒃趥?cè)向平面上產(chǎn)生一定的角度,在盾構(gòu)千斤頂編組推力下會產(chǎn)生一個向設(shè)計曲線外沿的側(cè)向力。受到側(cè)向力的影響,盾構(gòu)區(qū)間管片向設(shè)計曲線外側(cè)發(fā)生整體偏移,造成相鄰環(huán)管片錯臺,管片止水條不能壓緊吻合,漏水點增多,嚴(yán)重影響到隧道質(zhì)量安全。

        3)管片原因 ①管片制作工藝不合格:原材料質(zhì)量控制不嚴(yán)格、混凝土水灰比過大、振搗不均勻、不密實、養(yǎng)護不到位導(dǎo)致管片表面出現(xiàn)氣孔、龜縮裂紋、溫度應(yīng)力裂紋、砂眼等缺陷,導(dǎo)致管片接口處有紋路、裂縫、空隙;②管片防護不合格:管片在堆放、運輸、吊裝、拼裝中受到擠壓、碰撞、崩裂掉塊、人為破損等;③管片止水帶密封不合格:止水帶粘貼不牢固,或者過早浸水使遇水膨脹橡膠條遇水膨脹脫落;兩環(huán)間管片錯臺,容易使管片發(fā)生崩裂掉塊,止水帶不能吻合壓緊、甚至止水帶脫落,從而引起漏水。尤其是當(dāng)封頂塊受到兩側(cè)鄰接塊的擠壓時,容易導(dǎo)致止水條變形脫落;管片端面、止水帶在拼裝前不及時清洗夾雜異物等情況;④管片拼裝不合格:拼裝后管片呈橢圓形,管片發(fā)生破損,管片出現(xiàn)錯臺,管片螺栓未上緊,管片環(huán)縫、縱縫間隙過大,預(yù)留孔(手孔、注漿孔)等封堵效果不佳,管片螺栓孔、注漿孔堵頭未加防水密封墊圈等。

        4)注漿工藝 泥水盾構(gòu)掘進時,管片同步注漿與二次補漿效果不佳、管片與圍巖間充填不密實,不能及時地凝固并達到一定的早期強度,造成隧道管片受力不均,局部上浮較大,管片間相對錯臺或接縫較大將會引發(fā)滲漏水情況。同時管片注漿量不足也容易引起管片推出盾尾后發(fā)生較大沉降變形,隧道滲漏較大。

        3 滲漏防治措施

        3.1 地質(zhì)水文因素采取的措施

        1)參考隧道上方覆土厚度、類型,以及地下水位高度進行切口水壓設(shè)定。如果設(shè)定值過高,容易導(dǎo)致管片缺損,從而造成管片漏漿??紤]管片注漿受管片與土體間的滲透流動擴散、盾構(gòu)超挖、壁后注漿類型等各方面因素的影響,應(yīng)根據(jù)同步注漿的壓力保證充填系數(shù)為理論空隙量的1.2~1.8倍。在地下水量較大或裂隙較發(fā)育的富水巖層地段,一般應(yīng)保證達到1.5~2.5倍的充填系數(shù)。同步注漿應(yīng)同時關(guān)注注漿壓力和注漿量,注漿壓力、注漿量盡量大,起到填充密實空隙,固定住管片的作用,避免盾構(gòu)隧道產(chǎn)生較大的沉降變形,從而保證管片防水第一道防線的質(zhì)量。

        2)首先根據(jù)設(shè)計線路走向、轉(zhuǎn)彎曲線管片外徑與內(nèi)徑長度差的楔形總量對盾構(gòu)區(qū)間管片選型進行合理排版,選擇合適數(shù)量的左右轉(zhuǎn)管片;其次具體拼裝時再根據(jù)盾構(gòu)千斤頂編組、鉸接千斤頂行程差、盾尾間隙、正確選擇管片拼裝點位。

        3.2 盾構(gòu)掘進參數(shù)

        1)合理地選擇盾構(gòu)參數(shù)進行推進。尤其是在轉(zhuǎn)彎處或糾偏推進時,每環(huán)盾構(gòu)千斤頂編組推進油壓差不宜超過250bar,姿態(tài)變化量上下不宜超過±7mm,左右不宜超過±5mm,千斤頂編組行程差不宜超過50mm。

        2)根據(jù)盾構(gòu)隧道線形管理原理,在掘進過程時,激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)(VMT導(dǎo)向系統(tǒng)SLS-T)會實時測量出盾構(gòu)的實際三維坐標(biāo)和姿態(tài)(俯仰角、水平角、滾動角),通過計算機程序?qū)⒍軜?gòu)的實際三維坐標(biāo)和姿態(tài)與相應(yīng)里程的設(shè)計軸線進行比較,對比過偏差數(shù)值后及時調(diào)整盾構(gòu)千斤頂編組分區(qū)油壓,使盾構(gòu)推進軸線和設(shè)計軸線盡可能接近。

        3)在富水軟弱地層,應(yīng)加快掘進速度,掘進速度宜保持30mm以上,在急轉(zhuǎn)彎半徑段,掘進速度應(yīng)適當(dāng)放慢,宜保持10~25mm左右,掘進過程中應(yīng)隔20~30cm釋放一次千斤頂側(cè)向力。

        3.3 管片特點

        1)控制好管片生產(chǎn)工藝 在管片生產(chǎn)過程中,應(yīng)嚴(yán)格按照區(qū)間隧道管片生產(chǎn)投標(biāo)書有關(guān)質(zhì)量的要求實行,保證管片生產(chǎn)達到尺寸精度、強度等級、抗?jié)B等級均合格。嚴(yán)格控制混凝土配合比和尺寸精度,采用高精度管片鋼模具,各項定期檢測指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)的允許公差內(nèi),確保管片外形尺寸符合要求?;炷敛剂?、振搗和成型、蒸養(yǎng)時間、脫模工藝、溫度壓力等方面應(yīng)達到工藝規(guī)范制作的要求。通過生產(chǎn)過程工序質(zhì)量控制,堅持自檢、互檢、專檢,確保管片出廠前已經(jīng)達到合格標(biāo)準(zhǔn)。

        2)控制好管片堆放、運輸、吊裝、拼裝流程保護好管片在堆放、運輸、吊裝、拼裝中受到擠壓、碰撞、崩裂掉塊、人為破損等。管片拼裝之前清理干凈盾尾,確保無泥沙、垃圾等存在。同時對管片端面和止水條位置進行清洗,避免影響到管片止水條的防水效果。在拼裝K塊前要調(diào)整好預(yù)留的K塊位置,K塊插入預(yù)留位置時前應(yīng)涂抹黃油,減小K塊拼裝困難時的摩擦力,預(yù)防K塊在拼裝時管片止水條出現(xiàn)破損。

        3)控制好管片拼裝質(zhì)量 拼裝前拼裝人員須檢查環(huán)面平整度,拼裝時應(yīng)保持環(huán)面和內(nèi)弧面的平整,避免因橢圓出現(xiàn)管片接縫過大、管片錯臺等情況;管片拼完后螺栓要按照要求加防水墊圈并多次(至少3次)擰緊螺絲,對已打孔的注漿孔要用加防水墊圈堵頭進行封堵。

        3.4 注漿工藝

        1)注漿孔的布置 盡量選擇靠近拱頂?shù)淖{孔進行注漿,并且選擇多個點位進行漿液填充。在轉(zhuǎn)彎段推進時,管片沿設(shè)計曲線外側(cè)的注漿量必須大于內(nèi)側(cè)注漿量,以防止管片向外側(cè)偏移。隧道中的注漿分為同步注漿與二次注漿,同步注漿可采取1、5、7、11點位多點注漿,注漿壓力盡量大。二次注漿可采取蛙跳式間段注漿進行,初凝時間盡可能地短,以便及時固結(jié)住管片。通過這兩種注漿方法對隧道與圍巖空隙進行漿液的及時充填密實。

        2)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) 如果注漿過早開始,或者過晚結(jié)束,容在易造成盾構(gòu)在推進過程中發(fā)生管片漏漿。宜在盾構(gòu)推進20cm開始注漿,盾構(gòu)推完前30mm停止注漿。注漿壓力與隧道埋深有關(guān),注漿壓力設(shè)定理論上設(shè)定為1.1~1.2倍靜止水土壓力。實際一般控制在0.3~0.4MPa。如發(fā)現(xiàn)注漿壓力過高或過低,可通過調(diào)整注漿泵泵速來控制注漿壓力,同時觀察管片的滲漏情況,及時更換注漿點位和調(diào)整注漿量。

        3)注漿材料與注漿配比 采用32.5R普通硅酸鹽水泥、水玻璃溶液、膨潤土、粉煤灰和細(xì)沙;水泥漿液配比由試驗確定。水泥漿∶水玻璃=10∶1。

        4 結(jié) 語

        1)泥水盾構(gòu)隧道滲漏水常出現(xiàn)在管片接縫、管片本身裂縫、管片混凝土腐蝕處、管片預(yù)留孔處,因此,防滲漏水施工的具體內(nèi)容包括:管片制作過程防水、管片堆放、運輸、吊裝、拼裝流程防水 (彈性密封墊防水、止水帶防水、管片預(yù)留孔防水)、管片注漿防水、后期堵漏補強等。

        2)對面滲漏區(qū),宜鉆孔埋管,引排滲漏水,然后在中間位置管片吊裝孔進行二次注漿。對于管片接縫引起的局部滴漏、線漏,宜在滲漏位置兩側(cè)鉆新孔后向管片壁后注雙液漿、改性環(huán)氧樹脂堵漏。對管片本身裂隙的滲漏水,宜根據(jù)裂隙的寬度,先采用注雙液漿堵漏,再采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進行表面涂刷封閉處理。對管片預(yù)留孔,宜擰開堵頭,往孔內(nèi)堵塞速凝微膨脹水泥,徹底堵住滲漏水。

        [1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

        [2]陳勇,朱繼文.上海地鐵區(qū)間隧道滲漏水發(fā)生的機理與防治[J].地下空間,2001,21(1):55-60.

        [3]吳祥紅,童智能.地鐵盾構(gòu)法隧道襯砌接縫防水施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑,2003,(12):44-46.

        [4]鄒振輝.結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制[J].山西建筑,2007,33(22):229-230.

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