陸長兵

（ 南京市江北新區(qū)公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210000）

0 引 言

綜合管廊是城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的方向。綜合管廊內(nèi)納入電力、通信、給排水等市政管線，可有效緩解土地資源緊張與日益增長的城市功能需求之間的矛盾，提高地下空間的利用率。同時，避免了繁華區(qū)域反復(fù)挖掘路面、維修各類地下管線等反復(fù)施工，有效解決“街道拉鏈”“空中蜘蛛網(wǎng)”等問題。綜合管廊的施工方法主要有現(xiàn)澆法和預(yù)制拼裝法。與現(xiàn)澆綜合管廊相比，預(yù)制裝配式綜合管廊更具有保證質(zhì)量、縮短工期、節(jié)能環(huán)保等顯著的優(yōu)勢。綜合管廊示意圖如圖1 所示。

圖1 綜合管廊示意圖

裝配式綜合管廊包括預(yù)制裝配式和預(yù)制復(fù)合裝配式兩種。其中，預(yù)制裝配式分為整體裝配式和組件式預(yù)制裝配式[1]。與現(xiàn)澆法相比，裝配式綜合管廊在工期和質(zhì)量上具有更大的優(yōu)勢，但由于預(yù)制管片短、接縫多而產(chǎn)生接頭防水問題。防水技術(shù)是影響裝配式綜合管廊適用性和耐久性的關(guān)鍵技術(shù)，受到世界各國的普遍關(guān)注。為了提高防水密封材料的質(zhì)量、延長使用壽命和拓展實際應(yīng)用，需要對其計算理論、試驗數(shù)據(jù)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行進一步研究；而且在長期動荷載和周圍建筑物的影響下，防水材料更需要適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形。張國榮[2]、王恒等[3]利用等溫試驗和壓縮應(yīng)力松弛儀試驗，通過丁基橡膠型圈隨著壓力的變化而產(chǎn)生不同的體積變化，從而進行了應(yīng)力松弛老化預(yù)測。宋兆哲[4]分析了墊片在管道密封中的機理，以及在影響墊片密封效果的因素，針對密封失效的原理建立失效模型。王昊等[5]通過對橡膠材料在不同條件下的老化試驗，提出了各種密封橡膠的老化變化規(guī)律和橡膠材料壽命預(yù)測模型。吳長河等[6]根據(jù)壓縮變形試驗和老化試驗的試驗數(shù)據(jù)，預(yù)測了硫化橡膠的耐久性壽命。崔小明[7]對氯丁橡膠與其他橡膠并用改性效果進行了研究，得出EPDM 與其他彈性體并用可以得到兼具兩種橡膠性能的并用膠結(jié)果。朱祖熹[8]對盾構(gòu)隧道管片的各類密封橡膠應(yīng)用條件和實際中的使用功效進行了總結(jié)回顧，提出密封墊片老化受損等的研究課題。肖明清[9]針對三元乙丙橡膠在管道密封中的工作機理進行了闡述，并從防水密封的演化過程中對雙道密封墊與螺栓孔密封協(xié)同防水等的復(fù)合型密封墊問題出發(fā)，指明未來的研究方向。

預(yù)制裝配式綜合管廊存在的關(guān)鍵問題和方向如下：（1）水平和垂直拼裝接縫的防水能力亟待加強。（2）通過預(yù)應(yīng)力連接適應(yīng)不均勻沉降，消除漏水。（3）必須消除承插連接結(jié)構(gòu)受力變形造成的防水隱患。（4）需要開發(fā)更加合理的界面形式和高性能的止水帶材料。

現(xiàn)針對裝配式綜合管廊，分析了預(yù)制裝配式管廊工程的常用的防水結(jié)構(gòu)，比較了常用防水材料的性能，為預(yù)制裝配式綜合管廊接頭的設(shè)計和改進提供了參考。

1 接頭結(jié)構(gòu)自防水

預(yù)制裝配式綜合管廊接頭的質(zhì)量關(guān)系到結(jié)構(gòu)的耐久性，影響到后期維護和運行，應(yīng)結(jié)合工程特點選擇合適的接縫形式。常用的接口形式分為承插連接、企口連接，預(yù)應(yīng)力連接和疊層板現(xiàn)澆連接等方式。

（1）承插連接方式：對不均勻沉降適應(yīng)良好，但其受力變形存在問題，通常用于圓形截面管廊。

（2）企口連接方式。適用于小型矩形截面管廊，是《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）推薦的接縫形式。

（3）預(yù)應(yīng)力連接方式：滿足結(jié)構(gòu)受力，但針對不均勻沉降方面存在后期運行風(fēng)險，通常用于在基礎(chǔ)條件良好的中小截面管廊。

（4）疊層板現(xiàn)澆連接方式：用于解決大斷面綜合管廊預(yù)制拼裝、防水及沉降問題，其計算理論和施工精度仍有待研究，通常用于大斷面管廊。

企口連接方式是預(yù)制裝配式綜合管廊的主要接縫形式。下文將重點對承插連接方式防水結(jié)構(gòu)形式進行研究。

1.1 雙密封劑防水構(gòu)造

雙密封劑防水構(gòu)造主要防水措施為雙橡膠圈，其他為輔助防水措施，如圖2 所示。雙密封劑防水構(gòu)造對接阻力較小，易于安裝；但承插口的橡膠圈不易安裝，需要采取固定措施。同時設(shè)置注漿試壓孔管作為止水失效的補救孔。

圖2 雙密封劑防水構(gòu)造圖

1.2 雙膠圈密封防水構(gòu)造

雙膠圈密封防水構(gòu)造由承插工作面密封和端面密封兩部分組成，如圖3 所示。端面壓縮密封與斜面變形密封的大組合具有密封性能好、抗震、抗沉降性能好等優(yōu)點。工程實際中選擇的密封圈類型有：（1）承插式EPDM 楔形圈與端部膩子復(fù)合條；（2）承插三元乙丙橡膠楔形圈與彈性復(fù)合中空膠條，端面遇水膨脹；（3）承插EPDM 楔形橡膠圍裙。所述密封條包括承插口的實心楔形（三角形）結(jié)構(gòu)，端面的空心梯形結(jié)構(gòu)。

圖3 雙膠圈密封防水構(gòu)造圖[11]

1.3 承插面密封防水構(gòu)造

承插面密封防水構(gòu)造根據(jù)各種防水材料的特點，在轉(zhuǎn)折點處安裝楔形橡膠圈，在承插口處采用遇水膨脹彈性橡膠圈，如圖4 所示。施工過程中，用千斤頂對橡膠圈進行壓縮，在管廊內(nèi)外縫安裝聚乙烯泡沫填充板和雙組分的聚硫密封劑，可使防水性能更好，避免管廊內(nèi)縫漏水。此措施可保證接縫防水達到內(nèi)外連接、相互補充的效果，使接縫防水質(zhì)量達到施工規(guī)范的要求。

圖4 承插面密封防水構(gòu)造圖[10]

1.4 防水構(gòu)造注意事項

基于上述三種實用防水結(jié)構(gòu)，對預(yù)制裝配式綜合管廊防水結(jié)構(gòu)應(yīng)注意以下幾點：

（1）當(dāng)壓縮量較小時，通常實驗壓力值小于計算值。在壓縮后期，橡膠墊塊被壓實，其壓力明顯增大。

（2）當(dāng)開口為6 mm，交錯縫為0 mm 或10 mm 時，接縫耐水壓力達到0.6 MPa。

（3）雙膠圈橡膠為主要防水材料，采用預(yù)應(yīng)力連接。同時在雙膠圈中間預(yù)留注漿孔。

（4）建議去除聚乙烯泡沫。內(nèi)側(cè)面的密封劑可改為聚氨酯防水涂料或用手工刮涂料。

（5）建議預(yù)留注漿孔，避免漏水，即使使用單個橡膠圈進行防水。

（6）注漿孔的位置和數(shù)量要合理，不受管廊內(nèi)管道、電纜的影響，在防水失效時可以方便注漿進行補救。

（7）預(yù)加應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)。過大的預(yù)應(yīng)力會增加結(jié)構(gòu)節(jié)點的剛度，削弱結(jié)構(gòu)的柔性和變形適應(yīng)性，過小的預(yù)應(yīng)力將不能給橡膠圈提供足夠的壓應(yīng)力，導(dǎo)致防水失效。

（8）建議每隔40 m 設(shè)置一道伸縮縫，并設(shè)置承插接頭。聚乙烯泡沫塑料可用于伸縮縫的防水結(jié)構(gòu)中，增加密封膠圈的橫截面積，并放寬接縫外緣的最大開度限制。

2 反演預(yù)測方法及模型建立

2.1 接縫材料的類型

預(yù)制裝配式綜合管廊防水主要是結(jié)構(gòu)自防水和拼縫防水。拼縫防水采用預(yù)制成型彈性密封墊為主要防水措施。彈性密封墊的界面應(yīng)力不應(yīng)低于1.5 MPa；拼縫彈性密封墊應(yīng)沿環(huán)、縱面兜繞成框型。溝槽形式、截面尺寸應(yīng)與彈性密封墊的形式和尺寸相匹配。選用的彈性橡膠與遇水膨脹橡膠等制成的復(fù)合密封墊，其復(fù)合方式應(yīng)能使兩者牢固地結(jié)合成一體。彈性橡膠密封墊應(yīng)采用三元乙丙（EPDM）橡膠或氯丁（CR）橡膠為主要材質(zhì)，宜采用中間開孔、下部開槽等特殊截面的構(gòu)造形式，并應(yīng)制成閉合框型。預(yù)制裝配式綜合管廊中常用的防水密封結(jié)構(gòu)密封膠圈主要有三元乙丙橡膠止水帶、彈性空心止水帶、遇水膨脹彈性復(fù)合止水帶。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

圖5 端面膩子復(fù)合條密封墊結(jié)構(gòu)示意圖

端面膩子復(fù)合條密封墊的結(jié)構(gòu)由經(jīng)過發(fā)泡的內(nèi)芯三元乙丙泡沫復(fù)合外部的自黏聚物膠泥構(gòu)成。內(nèi)芯的三元乙丙泡沫柔軟度高、回彈性好，能充分密封接縫；而自黏膠泥的黏性與混凝土構(gòu)件的貼合程度高，密封性能進一步增強。通常呈梯形構(gòu)造，尺寸通常為上10 mm 下22 mm，預(yù)張應(yīng)力最高可達到20 MPa。

遇水膨脹橡膠密封墊示意圖如圖6 所示，主要采用三元乙丙橡膠（EPDM）生產(chǎn)，為EPDM 橡膠密封墊（用于環(huán)、縱縫）和表面復(fù)合遇水膨脹橡膠的復(fù)合密封墊（用于變形縫環(huán)縫）組合而成，接縫用彈性密封墊輔助材料包括遇水膨脹橡膠密封墊（用于變形縫環(huán)縫密封墊表面）和將管片密封墊粘結(jié)在管片側(cè)面預(yù)留凹槽內(nèi)的阻燃型氯?。尤渲z粘劑。

圖6 遇水膨脹橡膠密封墊結(jié)構(gòu)示意圖

彈性中空橡膠密封墊示意圖如圖7 所示，中部開孔，主要由上部的遇水膨脹橡膠和下部的三元乙丙橡膠（EPDM）構(gòu)成，中部開孔以適應(yīng)變形。其特點為：（1）規(guī)則中空結(jié)構(gòu)使密封條受力變形穩(wěn)定；（2）三元乙丙橡膠化學(xué)特性穩(wěn)定，耐酸、堿、熱、冷等性能優(yōu)越，抗老化性能較好；（3）膠條界面應(yīng)力≥1.5 MPa；（4）適用環(huán)境溫度廣泛，可在-40℃到130℃下長期適用；（5）雙膠圈中間注水試驗可達0.2～2.0 MPa；（6）具有很好的彈性、密度較小[11]。

圖7 彈性中空橡膠密封墊結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 接縫材料試驗研究

接縫防水材料的防水性能、防水技術(shù)在管廊防水設(shè)計中極為重要。胡翔等[12]基于上海世博園預(yù)制管廊，趙雅婷[13]基于盾構(gòu)隧道管片，對遇水膨脹橡膠墊塊進行了水膨脹性能試驗、壓縮應(yīng)力和壓縮變形試驗、防水性能試驗、壓縮蠕變試驗、應(yīng)力松弛試驗等試驗。并在不同水壓條件下進行了短期和長期防水試驗。分析其測試結(jié)果表明：（1）施工過程中，接縫處遇水膨脹橡膠墊塊的錯位需要嚴(yán)格控制。（2）水膨脹后的防水性能增強; 但由于防水橫向膨脹較大，其壓力增長率略低于體積增長率。（3）膨脹性能、截面形式、接觸面條件、接觸應(yīng)力等幾個重要參數(shù)在設(shè)計和施工中必須嚴(yán)格控制。

上海地鐵2 號線陸家嘴至河南中路區(qū)間隧道工程，接頭防水結(jié)構(gòu)中采用三種橫截面密封墊片，包括中間孔型（氯丁橡膠和遇水膨脹膠復(fù)合）、梳式（氯丁橡膠與水膨脹橡膠復(fù)合）和梯形（水膨脹橡膠）。同樣對比分析其直條壓縮試驗和T 型模抗?jié)B試驗，結(jié)果表明:（1）與其他類型相比，梯形彈性墊片遇水時的防水性能更好；（2）交錯裝配時，彈性墊片貼合接頭的開口比正常裝配減少1～2 mm；（3）若遇水膨脹橡膠在組裝前已膨脹，需在橡膠墊面涂一層緩膨脹劑，以防止對混凝土的損傷。

成都地鐵一線采用擠壓接頭橡膠墊塊（EPDM 非膨脹橡膠）進行防水施工。防水性能試驗包括測量防水橡膠墊塊力學(xué)性能的壓縮試驗和為驗證防水結(jié)構(gòu)合理性而設(shè)計的水密性試驗。測試結(jié)果表明:當(dāng)壓縮量較小時，實驗壓力值小于計算值。在壓縮后期，橡膠墊塊被壓實，其壓力明顯增大；當(dāng)開口為6 mm，交錯縫為0 mm 或10 mm 時，接縫耐水壓力達到0.6 MPa。

3 影響管廊防水的其他因素

（1）軟基處理的質(zhì)量。預(yù)制裝配式綜合管廊所處的工程地質(zhì)條件的好壞，影響管廊施工期以及運營期不均勻沉降大小，其不均勻沉降帶來的構(gòu)件平整誤差，造成構(gòu)件以及接頭的變形，從而影響管廊的防水性能。

（2）管廊裝配施工的墊層平整度。良好的墊層平整度對于管廊的防水性能起到至關(guān)重要的影響，通常做法是于墊層鋪設(shè)10 mm 厚度的細砂，從而有效降低預(yù)制構(gòu)件之間的摩擦力。

（3）承插口尺寸的精確度。在預(yù)制管廊構(gòu)件的就位對接中，構(gòu)件的接頭效果允許的誤差在（+2～-1 mm），模具插口允許偏差（+1～-2 mm）。過大的接頭誤差會降低防水性能的發(fā)揮效果。

4 結(jié) 語

本文對預(yù)制裝配式綜合管廊的接頭防水結(jié)構(gòu)、防水材料及防水技術(shù)進行了總結(jié)，并提出了相關(guān)建議，為今后預(yù)制裝配式綜合管廊接頭防水性能的研究和設(shè)計提供參考。此外，裝配式綜合管廊接縫防水技術(shù)的發(fā)展趨勢包括以下幾點：（1）提倡多尺寸、分段、拼裝；（2）選擇合適的接頭形式；（3）開發(fā)高性能防水材料；（4）選擇合理的計算方法；（5）發(fā)展方便可靠的施工技術(shù)。