陳森森 王軍 劉文 李康

(南京康泰建筑灌漿科技有限公司 江蘇南京 210000)

1 前言

盾構(gòu)隧道采用的裝配式管片襯砌接縫多，防水難度較高[1]。施工時(shí)同步回填灌漿、二次補(bǔ)充灌漿不到位，會(huì)產(chǎn)生積水空腔，形成水壓力，導(dǎo)致管片接縫的密封系統(tǒng)功能失效，造成管片變形、錯(cuò)位、開裂、崩塊等缺陷，從而形成滲漏水，盾構(gòu)端頭的環(huán)梁現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與管片交界處也會(huì)出現(xiàn)滲漏水，管片滲漏水造成道床底板下面翻漿冒泥，這些會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)和行車安全，并且給運(yùn)營維護(hù)造成很多困難，亟需進(jìn)行整治。

2 調(diào)查盾構(gòu)隧道滲漏水情況

2.1 現(xiàn)場調(diào)查

滲漏水治理前對(duì)盾構(gòu)隧道進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查宜包括：

(1)工程所在的周圍環(huán)境、地質(zhì)與水文情況。

(2)滲漏水持續(xù)發(fā)生的部位、程度及影響范圍，調(diào)查方法見表1。

表1 結(jié)構(gòu)滲漏水現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容及方法

(3)滲漏水來源及變化規(guī)律。

(4)滲漏部位的細(xì)部防水構(gòu)造情況。

(5)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定、構(gòu)件的外觀損傷及耐久性損害程度。

(6)運(yùn)營狀況、自然環(huán)境、周邊建設(shè)項(xiàng)目對(duì)隧道的影響。

(7)隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備、溫濕度等情況。

(8)現(xiàn)場作業(yè)條件，天窗點(diǎn)時(shí)間，維修時(shí)間。

(9)無砟軌道、底座板與管片結(jié)構(gòu)之間的滲漏、翻漿冒泥等情況。

(10)區(qū)間隧道工程滲漏檢查重點(diǎn)關(guān)注拱底位置的滲水和拱頂?shù)牡温?/p>

檢查的項(xiàng)目和內(nèi)容見表2。

表2 盾構(gòu)隧道檢查的項(xiàng)目和內(nèi)容

2.2 收集工程技術(shù)資料

(1)工程各階段混凝土結(jié)構(gòu)防水及耐久性原始設(shè)計(jì)資料(防水設(shè)防等級(jí)、防水構(gòu)造層次、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì))。

(2)原防水設(shè)防構(gòu)造使用的材料及其質(zhì)量。

(3)相關(guān)的施工方案、組織計(jì)劃及施工記錄。

(4)同步注漿和二次補(bǔ)充灌漿的驗(yàn)收記錄及相關(guān)資料。

(5)歷次盾構(gòu)結(jié)構(gòu)滲漏水、損害調(diào)查和治理資料。

(6)交通工程運(yùn)營階段應(yīng)定期對(duì)滲漏水狀況進(jìn)行檢查，若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)區(qū)段滲漏水較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加滲漏水檢查頻次。

(7)盾構(gòu)法區(qū)間隧道滲漏水損害的狀態(tài)和位置宜采用表格統(tǒng)計(jì)。

(8)繪制隧道管片滲漏水平面展開圖時(shí)，應(yīng)將襯砌以5～10環(huán)為一組逐環(huán)展開，標(biāo)出對(duì)應(yīng)位置、相應(yīng)滲漏及損害的圖例，具體圖例見表3。

表3 盾構(gòu)法區(qū)間隧道管片滲漏水圖例

(9)治理前應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況和收集到的技術(shù)資料綜合分析滲漏水原因，考慮設(shè)計(jì)缺陷、混凝土材料問題、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、運(yùn)維不及時(shí)和自然環(huán)境影響等因素，并形成相關(guān)的書面報(bào)告。

(10)對(duì)盾構(gòu)隧道內(nèi)滲漏情況進(jìn)行分類評(píng)估。

(11)分析滲漏點(diǎn)混凝土損壞程度、水質(zhì)狀況，評(píng)估滲漏水對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性的影響[2]。

3 盾構(gòu)隧道滲漏水原因分析

3.1 盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)理念

盾構(gòu)隧道發(fā)生滲漏水首要因素是它的多縫特性，而這又與盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)相關(guān)，拼接縫較其他部位更易產(chǎn)生滲漏水。

盾構(gòu)管片、拼接縫、相關(guān)預(yù)留孔、彈性密封墊及內(nèi)部嵌縫條等組成了區(qū)間隧道防水體系。螺栓孔、注漿孔和手孔等也經(jīng)常出現(xiàn)滲漏水，但前兩者發(fā)生滲漏水的情況較多。螺栓孔和手孔一般不與管片背后的空腔水直接接觸，而是通過拼接縫間接發(fā)生滲漏?？v縫和環(huán)縫是最容易發(fā)生滲漏水的部位，它們直接與管片背后的空腔水聯(lián)通，水從拼接縫直接滲入或流入[3]。

原設(shè)計(jì)構(gòu)想中，理想情況下彈性密封墊徑向?qū)挾鹊闹丿B量為22～25 mm，適當(dāng)承受環(huán)面間張開4～6 mm。當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到4～8 mm或者更大一點(diǎn)，只要管片間密封墊不失效，理論上隧道不會(huì)產(chǎn)生滲漏水。但由于整個(gè)環(huán)面上的密封墊并不是完整的，分別粘貼在十多塊尺寸并不一致的管片上，裝配后僅環(huán)縫單側(cè)整環(huán)密封墊長達(dá)十幾米，通常情況下拼接縫長度是隧道本身的十幾倍、幾十倍，且存在許多凹凸組合，加上防水材料不達(dá)標(biāo)、施工條件差，即便錯(cuò)臺(tái)量＜8 mm甚至更小的情況下也會(huì)產(chǎn)生滲漏水。如果隧道橢圓度保持良好，各管片之間對(duì)接平整、緊密，不發(fā)生較大錯(cuò)位，管片上的彈性密封墊一般情況下都能正常發(fā)揮功效，隧道整體防水效果是可以滿足設(shè)計(jì)要求的，但恰恰是因施工質(zhì)量、地質(zhì)條件等影響，導(dǎo)致彈性密封墊時(shí)常滿足不了設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生滲漏水[4]。

3.2 盾構(gòu)施工特點(diǎn)

盾構(gòu)隧道的病害與盾構(gòu)施工過程、周邊地質(zhì)條件、臨近施工等有密切關(guān)系，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

(1)施工中新產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫、拼接縫不密貼形成錯(cuò)臺(tái)或張開、彈性密封墊質(zhì)量較差、橡膠止水帶與管片的粘結(jié)不牢固等施工階段產(chǎn)生的問題。

(2)隧道所在的特殊地質(zhì)土層長期變形，水土流失等地質(zhì)條件問題。

(3)施工過程中曾經(jīng)發(fā)生過涌流或其它施工險(xiǎn)情，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

(4)設(shè)計(jì)單位對(duì)結(jié)構(gòu)防水問題的認(rèn)知深度不足、當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可能存在部分缺陷，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題。

(5)相鄰位置區(qū)域，有大型工程項(xiàng)目的活動(dòng)影響，尤其是大型基坑工程及大直徑隧道上下穿越施工，對(duì)結(jié)構(gòu)縱向、橫向變形產(chǎn)生影響，導(dǎo)致管片變形錯(cuò)位，從而引起滲漏水。

(6)項(xiàng)目建設(shè)體量大，施工強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)施工技術(shù)力量及管理水平難以滿足質(zhì)量要求。

3.3 盾構(gòu)隧道主要滲漏水及成因

3.3.1 隧道滲漏水情況分類及定義(見表4)

表4 隧道滲漏水情況分類及定義[5]

3.3.2 隧道滲漏水的產(chǎn)生原因(見表5)

表5 隧道滲漏水產(chǎn)生原因

道床脫空也會(huì)造成滲漏水、翻漿冒泥等，道床脫空是指道床嵌縫混凝土與管片存在的不同程度的剝離[7]。道床脫空的成因見表6。

表6 地鐵盾構(gòu)隧道道床脫空的成因

4 盾構(gòu)隧道滲漏水治理綜合措施

4.1 盾構(gòu)管片接縫滲漏修復(fù)

(1)為了保證化學(xué)灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位兩端各延長20～50 cm位置鉆孔設(shè)立隔離柱[8]，用切割機(jī)清理滲漏水縫部位的兩內(nèi)側(cè)，如圖1所示。

圖1 隔離柱示意

(2)用快速封堵材料對(duì)滲漏水縫部位底部進(jìn)行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿[9]，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%標(biāo)準(zhǔn)。粘接原來因密封膠失效而形成與結(jié)構(gòu)之間的滲漏縫隙，修復(fù)原來密封膠的功能。

(4)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂類材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內(nèi)的灰塵，用熱吹風(fēng)對(duì)管片縫進(jìn)行加熱升溫，然后在管片縫內(nèi)填塞KT-CSS系列高彈性的非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KTCSS系列環(huán)氧改性聚硫密封膠和一層玻璃纖維布，如圖2所示。

圖2 管片接縫處理示意

4.2 盾構(gòu)端頭井滲漏修復(fù)

(1)為了保證化學(xué)灌漿的壓力效果，首先在滲漏水部位開槽，槽寬20 mm，槽深大于50 mm。

(2)用KT-CSS系列聚合物快速封堵材料對(duì)滲漏水縫部位底部進(jìn)行封堵，用φ14 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴。

(3)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)灌漿完成后，待KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，清理管片縫內(nèi)的灰塵，用熱吹風(fēng)對(duì)管片縫進(jìn)行加熱升溫，然后在管片縫內(nèi)填塞高彈性的KT-CSS系列非固化橡膠材料。

(5)在非固化橡膠材料表面涂刷兩層KT-CSS系列環(huán)氧改性聚硫密封材料和一層芳綸纖維布作為密封膠的胎基，從而增加韌性。

4.3 壁后注漿

采用控制灌漿技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)背后的存水空腔充填灌漿，把空腔水變成裂隙水，把有壓力的水變成無壓力水，從而達(dá)到整治的目的[10]。

4.3.1 盾構(gòu)區(qū)間滲漏壁后注漿

(1)首先降低隧道涌水量。擰出預(yù)留注漿孔的六角螺母，用沖擊鉆沿預(yù)留注漿孔打孔，孔徑建議為25 mm(封孔器直徑為24 mm)，用機(jī)械式封孔器封孔，并安裝好注漿管。

(2)打孔注漿順序?yàn)椋喊凑站€路坡度，從高程較高處向高程較低處施工，同一側(cè)注漿孔先注下端孔，依次向上。

(3)先采用50 cm短鉆桿鉆孔，然后采用1.5 m的長鉆桿，直至鉆通盾構(gòu)，鉆到圍巖。對(duì)管片結(jié)構(gòu)后面充填灌漿和對(duì)松散的圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿、帷幕灌漿，減少壁后的空隙和圍巖的透水率，采用KTCSS控制灌漿工法，低壓、慢灌、快速固化、間隙性分序的控制灌漿工法，最大注漿壓力應(yīng)小于1.0 MPa。

(4)改性環(huán)氧材料注漿孔深約450 mm。當(dāng)注漿壓力大于0.5 MPa時(shí)停止該孔的注漿。

(5)注漿直至排氣孔排出均勻漿液，要求注漿孔和排漿孔設(shè)置漿液閥，出漿孔應(yīng)設(shè)漿液回漿管，保證回流漿液流入儲(chǔ)料桶。當(dāng)排漿孔無空氣排出時(shí)，關(guān)閉出漿孔閥門，保持壓力2～3 min即可停止注漿，待終凝后將閘閥拆除，填塞注漿孔，用堵頭封閉，進(jìn)行防銹處理[11]。

(6)管片間縫隙出水，用快速封堵材料對(duì)縫隙進(jìn)行臨時(shí)性封堵，然后再按照管片接縫滲漏水的工藝進(jìn)行處理。

4.3.2 盾構(gòu)端頭井滲漏壁后注漿

(1)首先對(duì)端頭施工縫位置和表面不密實(shí)進(jìn)行清理后封閉。然后在端頭面和管片吊裝孔位置用大功率電錘進(jìn)行鉆孔，安裝注漿嘴。

(2)對(duì)安裝好的注漿嘴進(jìn)行灌注KT-CSS系列水泥基類材料。

(3)在施工縫兩側(cè)和端頭不密實(shí)位置鉆孔安裝止水針頭，使用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂類進(jìn)行化學(xué)灌漿堵漏加固。

(4)撤除注漿嘴，清理施工縫，以水泥沙漿封閉補(bǔ)實(shí)后，噴涂水性滲透結(jié)晶材料作為第二道防水和固定KT-CSS系列非固化橡膠類材料用途，或用KTCSS系列環(huán)氧改性聚硫密封膠封閉。

4.4 盾構(gòu)管片缺陷滲漏水整治

4.4.1 裂縫滲漏水整治

(1)用快速封堵材料對(duì)裂縫部位進(jìn)行封堵，用φ10 mm鉆頭鉆孔，安裝注漿嘴，注漿嘴間距150～200 mm。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

4.4.2 盾構(gòu)管片螺栓孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，斜向螺栓孔位置，貫穿相交到螺栓孔，安裝注漿嘴。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴，采用環(huán)氧改性密封膠封閉螺栓孔的根部，如圖3所示。

圖3 螺栓孔處理示意

4.4.3 盾構(gòu)管片注漿孔、吊裝孔、管片結(jié)構(gòu)預(yù)留的二次注漿孔滲漏水整治

(1)采用φ10 mm鉆頭鉆孔，在注漿孔側(cè)邊斜向孔位置，貫穿相交到注漿孔，安裝注漿嘴。在孔周邊鉆孔3～4個(gè)。

(2)通過已安裝好的注漿嘴，采用KT-CSS系列改性高滲透環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行化學(xué)灌漿。通過KTCSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)。確保注漿孔內(nèi)收縮的砂漿空隙全部填充進(jìn)高滲透環(huán)氧樹脂。使孔內(nèi)65 cm范圍內(nèi)砂漿的飽滿度達(dá)到90%以上，與結(jié)構(gòu)完全粘接在一起，確保能抗地下水壓，不會(huì)存在水壓大把注漿孔沖開的可能。

(3)灌漿完成后，待環(huán)氧樹脂材料固化后，撤除注漿嘴。

(4)鑿除或電錘、電鎬清理注漿孔內(nèi)砂漿，深度在15 cm左右，采用聚合物無收縮微膨脹修補(bǔ)砂漿或環(huán)氧砂漿進(jìn)行填塞，進(jìn)一步加強(qiáng)注漿孔的封堵，確保注漿孔不被沖開，如圖4所示。

圖4 注漿孔處理示意

4.5 道床脫空滲漏水、翻漿冒泥整治

(1)錨固道床。根據(jù)地質(zhì)情況，決定錨桿的深度和長度，采用中空注漿錨桿?；虿捎没瘜W(xué)錨桿、中空漲殼式注漿錨桿。主要是固定道床。錨固前打泄壓孔，泄水壓。

(2)采取灌注KT-CSS系列特種水泥基無收縮灌漿材料，采用KT-CSS控制灌漿工法，要有泄壓孔和觀測孔。

(3)對(duì)軌道板和基層分離的，還需要向夾層灌注KT-CSS系列耐潮濕低黏度環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接，通過KT-CSS控制灌漿工法，確保注漿飽滿度達(dá)到95%以上，超過國家規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)對(duì)管片壁后進(jìn)行回填灌漿，灌注牙膏狀濃漿，采用KT-CSS控制灌漿工法。

5 結(jié)束語

通過采用修復(fù)拼縫密封膠系統(tǒng)和背后回填灌漿的綜合技術(shù)措施，可以有效地將結(jié)構(gòu)后面的空腔水變成裂隙水，結(jié)合具有一定韌性的改性環(huán)氧材料，堵漏的同時(shí)對(duì)盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固處理，也能抗車輛對(duì)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)擾動(dòng)和荷載擾動(dòng)[12]。目前已經(jīng)對(duì)多個(gè)盾構(gòu)隧道的滲漏水進(jìn)行了成功整治，并且獲得了國家發(fā)明專利，為同類地下盾構(gòu)隧道的防水堵漏提供借鑒。