復合式TBM施工區間防水技術研究

馮歡歡，陳 饋，李鳳遠，王助鋒

（中鐵隧道集團 盾構及掘進技術國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

復合式TBM施工過程中如何保證隧道具有較高防水性能，是一個值得研究的課題。復合式TBM施工區間的隧道防水等級為二級，其要求隧道頂部無滴漏現象，其它部位也不允許出現漏水。隧道結構表面總的濕漬面積應小于總防水面積的2‰，且任意100m2防水面積上的濕漬少于4處，單個濕漬的最大面積小于0.2m2。襯砌接頭不允許出現漏泥沙或滴漏現象，拱底部分在嵌縫作業后不允許有滲水現象。復合式TBM施工隧道的平均滲漏量小于0.05L/m2·d，任意100m2防水面積滲漏量不大于0.15L/m2·d。隧道防水混凝土的滲透系數應小于5×10-13m/s，同時其氯離子擴散系數不宜大于8×10-9cm2/s。

1 區間防水體系設計

復合式TBM隧道施工區間防水設計遵循“以防為主、剛柔結合、多道設防、因地制宜、綜合治理”的原則。①采用高精度鋼模制作高精度管片，以管片結構自防水為根本，接縫防水為重點，確保隧道整體防水；②采取相關技術措施，使得防水混凝土的密實性、抗滲性和防腐性等指標達到規定的要求，進而有效確保鋼筋混凝土結構的自防水能力，以提高管片結構的自防水效果；③提高對隧道管片施工縫、變形縫、穿墻管件、各型接頭及各種結構斷面接口等的防水措施，具體防水體系如表1所示。

表1 復合式TBM區間防水設計體系

2 管片混凝土自防水

混凝土采用“雙摻技術”，加入優質粉煤灰及復合外加劑（無膨脹性），具體摻量根據試驗確定。防水混凝土應盡可能采用鋼模，避免跑漿錯位、脫模，以保證混凝土結構尺寸的準確性，減少混凝土中蜂窩麻面的產生。同時，盡可能確保防水混凝土結構內部的各種鋼筋或綁扎鐵絲不與模板接觸；若不可避免，則應有相應止水措施。提高復合式TBM管片自防水能力，具體有以下幾方面的措施：①復合式TBM管片應采用高精度管模制作，有效保證管片環的拼裝精度，且要求單塊管片的允許誤差為：寬度為±1.0mm，弧、弦長為1.0mm，環向螺栓孔及孔位為1.0mm，厚度為1.0mm；整環拼裝的允許誤差為：相鄰環的環面間隙為0.6～0.8mm，縱縫相鄰塊間隙為1.5～2.5mm，縱向螺栓孔孔徑、孔位分別為±1.0mm，襯砌環外徑為+6、-2mm；②復合式TBM管片生產中采用高頻振動臺加強振搗，為滿足抗滲等級的要求，必須確保混凝土密實；③復合式TBM管片應預留注漿孔加固回填注漿，注漿完畢后注漿孔應加設止水設施，防止注漿孔滲漏水造成病害；④在拼裝前，必須對管片外觀進行仔細檢查，避免使用帶有肉眼可見裂縫的管片。若在制造、運輸或拼裝過程中出現了大麻點、大缺角等，應及時使用聚合物快凝水泥將其修補完好，在使用期間的手孔、吊裝孔（注漿孔）應用微膨脹水泥封填；⑤復合式TBM在施工過程中，必須合理布置液壓千斤頂的位置及推力大小，具體要求為位置間距及推力應盡量均勻；同時在管片拼裝過程中需保證管片環面的平整度，另外可在管片端面粘貼軟木襯墊，以減少因施工荷載的突變而產生裂縫。

3 接縫防水技術

3.1 彈性密封墊設計

在設計彈性密封墊時，可將材料為三元乙丙橡膠的彈性密封墊（其技術指標見表2）粘貼于管片彈性密封墊溝槽內，通過三元乙丙橡膠密封墊被壓縮擠密來防水。滿足在接縫最大張開錯位值和設計水壓條件下不滲漏的要求，是設計彈性密封墊的前提。密封墊溝槽的截面積應稍大于密封墊的截面積，從而確保當環縫張開量為0mm時，三元乙丙橡膠密封墊可完全壓入儲于管片密封墊溝槽內。

表2 三元乙丙橡膠彈性密封墊技術指標

3.2 軟木襯墊

管片縫間軟木襯墊材料為丁腈軟木橡膠，丁腈軟木橡膠粘貼于背千斤頂襯砌環面上（圖1），目的是為防止錯縫拼裝時環面高差引起管片破裂。

在軟木襯墊與背千斤頂面的對應粘貼處分別涂刷單組分氯丁——酚醛粘結劑。涂刷前軟木襯墊及管片表面應干燥，涂刷時粘結劑應攪拌均勻，涂刷后，涼置一段時間（一般10～15min，隨氣溫、溫度而異），待手指接觸不粘時，再將軟木襯墊與管片對粘。軟木襯墊粘貼后，表面應平整，不得出現脫膠、翹邊、歪斜等現象。

3.3 嵌縫防水

進行管片嵌縫防水處理應注意以下幾方面。

1）嵌縫范圍 為確保隧道拱底不漏泥沙，復合式TBM進出洞及臨近聯絡通道兩側各20環做環縱縫整環嵌縫；其余段落嵌縫范圍為：拱頂45°和拱底90°范圍內。

2）嵌縫材料 管片襯砌變形縫采用高模量聚氨酯密封膠填充，其它環縱縫則采用氯丁膠乳水泥填充（圖2）。

3）嵌縫時間 管片嵌縫作業必須在復合式TBM千斤頂影響范圍外及隧道穩定后進行。

3.4 螺孔等防水設計

管片螺孔采用遇水膨脹橡膠密封圈作為螺孔密封圈，管片肋腔的螺孔密封圈的外形應與溝槽相匹配。管片手孔在拱頂180°范圍內采用塑料保護罩和雙組分聚氨酯密封膠進行封堵，其余手孔及吊裝孔（注漿孔）用AEA微膨脹水泥砂漿封孔。

3.5 曲線段區間加強防水

曲線段各襯砌環的背千斤頂環面上分段粘貼低壓石棉橡膠板，在推進過程中，使其經千斤頂壓縮后成一平整楔形環面。以外半徑為3m的管片為例，最大楔形量為2.10mm（圖3）。

進行粘貼時，先清除需粘貼低壓石棉橡膠板環面上的浮灰，再將氯丁膠粘劑涂于混凝土表面及低壓石棉橡膠板上，等到不粘手時便可粘貼低壓石棉橡膠板。管片糾偏段應在相應的EPDM密封墊表面加貼與石棉橡膠板同厚度的遇水膨脹橡膠條，橡膠條的寬度36mm，長度與相應位置的石棉橡膠板相同。

4 管片外涂防水層

為更好提高復合式TBM管片的防水性能，進行管片外涂防水層時應注意的事項有：①在有侵蝕性地段管片外側涂刷厚度≥1mm，且重量≥1.5kg/m2的水泥基滲透結晶型防水涂料。在中等侵蝕性介質地層中，需在管片外弧面涂刷環氧聚氨酯防水涂料；②在涂刷水泥基滲透結晶涂料前先用鋼絲刷刷毛；③基層表面如有氣孔、蜂窩、縫隙、起砂等，應修補處理；④涂料應分層鋪抹或噴涂，各層應緊密貼合，每層宜連續施工。

5 注漿防水

采用同步注漿技術及時充填管片與圍巖之間的空隙，以達到防水及控制地層沉降的效果。根據管片裂縫、接縫滲漏水的情況，還應利用管片吊裝孔（注漿孔）強化二次注漿。在隧道開挖對地表建筑物或管線影響較大地段，為及時回填空隙，減小地面沉降，宜選擇速凝型的水泥+水玻璃雙漿液；為避免漿材硬化收縮，注漿材料皆宜摻加一定量的微膨脹劑。注漿量和注漿壓力，應根據地層特征進行確定。

6 結 論

隧道防水性能是成型隧道使用性能的重要指標之一，在復合式TBM施工過程中，根據隧道地質條件建立合適的區間防水體系，顯得尤為重要。通過提高管片混凝土自防水性能、采用彈性密封墊及軟木襯墊等密封裝置、外涂防水層等措施，可有效保證復合式TBM施工區間的防水效果。

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