山西省小浪底引黃工程盾構隧道防水技術探討

摘? ? 要：山西省小浪底引黃工程盾構隧道段穿越山西省運城市聞喜縣境內，由于隧道后半段在地下水極為豐富的地層中施工，防水已然成為隧道施工中的重要技術之一。本文就該隧道施工過程中管片結構自防水、管片接縫防水、螺栓孔防水、壁后注漿孔和襯砌外注漿防水等技術進行簡要總結。

關鍵詞：管片自防水;螺栓孔防水;接縫防水;襯砌外注漿防水

1? 工程概況

山西省小浪底引黃工程施工Ⅶ標位于山西省聞喜縣河底鎮，本標段主要建筑物包括盾構正常掘進段、盾構始發豎井、發射區、盾構后配套段及盾構拆卸段等。

1.1? 工程地質

隧洞位于第四系上更新統洪積（Q3pal）地層中，從該層中上部通過，巖性為卵石混合土、級配不良礫、級配不良礫夾含砂低液限粘（粉）土。洞頂圍巖厚度60m～110m，向隧洞出口方向逐漸變薄。隧洞圍巖為邊山洪積物，地質結構復雜，地層分布韻律差，沉積交錯雜亂，結構松散，礫卵石成分主要為片麻巖、混合花崗巖、輝綠巖、角閃巖等，充填物為低液限粉土及中粗礫。成洞條件差。

1.2? 工程施工設計

山西省小浪底引黃工程施工Ⅶ標盾構法隧道施工采用1臺Φ5530mm的氣墊式泥水平衡式盾構機掘進。盾構隧道采用C45高性能耐腐蝕混凝土預制拼裝式管片襯砌，采用“3+2+1”雙面楔形通用環管片，錯縫拼裝。盾構隧道管片內徑4520mm，外徑5220mm，環寬1500mm，楔形量為16mm。每環管片由1塊封頂塊（C）、2塊鄰接塊（B1 、B2）、3塊標準塊（A1～A3）等六塊構成。

2? 盾構隧道防水施工原則

盾構隧道防水施工遵循“以防為主、防排結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的設計原則，結合盾構區間的工程特點、施工方法、使用要求和地質條件等因素采取以結構自防水為主，外防水為輔的施工原則。關鍵是處理好管片結構自防水、管片接縫防水、螺栓孔防水、壁后注漿孔和襯砌外防水等施工防水作業。

3? 本工程盾構施工防水技術措施

3.1? 管片結構自防水

管片結構自防水是隧道防水的一個關鍵環節，是首選的防水措施。根據本工程地質條件與施工設計的實際情況，管片混凝土采用耐久性好的C45高性能自防水混凝土，并通過外加劑提高混凝土的抗滲性，混凝土管片的抗滲等級為W10，限制裂縫開展寬度≤0.2mm。管片外表面及側面與水接觸部分采用水泥基滲透結晶防水材料。混凝土管片襯砌每50環需要取一塊管片進行檢漏試驗，保證在1.0MPa水壓維持3個小時條件下，滲水進入管片背面高度≤5cm。

同時，為達到管片混凝土的自防水，管片的生產要主抓混凝土的密實度、抗裂性能和制作精度等。具體技術措施如下：（1）襯砌混凝土管片自防水技術。采用高效減水劑、高活性微礦粉摻料，選擇合理的拌合物配合比參數，配置以抗裂、耐久為重點的高性能混凝土，并在管片外噴涂防水涂層。

（2）選用高性能混凝土。①水膠比不大于0.35，混凝土塌落度小于60mm，易于澆筑和振搗;②抗壓強度等級大于C45;③混凝土澆筑完成10小時后即達脫模強度，約20MPa，以滿足12小時模具周轉;④具有高抗滲性，抗滲等級大于W10;⑤低堿集料反應性等。

（3）提高管片混凝土抗滲性和耐久性技術。①摻加硅粉（水泥用量的10%），及粒化磨超細高爐礦渣微粉（摻量與水泥量相當），提高管片混凝土的抗滲性、密實性;②管片外噴刷防水涂層，同時定期清掃管片內側裂縫表面鹽分;③加強管片堆放、運輸中的管理和檢查，防止管片開裂或在運輸中碰掉邊角;④管片進場和下井前應作外觀檢查，防止有缺陷的管片下井。

3.2? ?管片接縫防水

管片接縫防水包括彈性密封墊防水、管片拼裝過程中的接縫防水、嵌縫防水。為了防止管片接縫部位漏水，滿足防水構造的要求，襯砌接縫設兩道防水，近外弧面處設遇水膨脹橡膠止水條，密封墊槽內設彈性橡膠密封墊。具體如下：

（1）彈性密封墊防水。彈性密封墊（三元乙丙橡膠）是接縫防水的主要防線。要選擇專業生產廠商，并對其在進場時進行嚴格的檢驗，確保質量合格。

（2）工程管片拼裝過程中的接縫防水。管片運到現場后，先粘接防水材料，其工藝流程為：管片檢查→管片清理→材料準備→管片烘干→抹膠→晾干→套貼止水條→敲緊→抹膠→晾干→粘貼彈性墊片→用木錘或橡膠錘敲緊→粘貼丁基膩子→涂緩膨劑→存放→運至井下。

防水材料安裝注意事項為：①密封墊表面遇水膨脹，橡膠遇水和潮氣也會膨脹，故逢雨天或梅雨季節應覆蓋帆布，同時在表面涂緩膨劑，且拱底塊管片的密封露于溝槽外的表面必須涂刷換膨脹劑;②粘貼后的止水條應牢固、平整、嚴密，位置準確，不得有氣鼓，超長與缺口，同時盡量不磕碰，防止止水條脫落，進而保證粘貼質量;③下雨天運輸吊裝管片，要防止管片淋雨，以免遇水膨脹橡膠失效;④止水條粘貼一般在管片使用前24小時進行;⑤管片作業時，要盡量避免對已粘貼好的防水材料造成損壞，同時嚴禁帶水作業。

3.3? 螺栓孔防水

由于管片螺栓孔位于接縫面，因此密封防水也是重要環節。螺栓孔采用可更換的遇水膨脹橡膠密封圈作為螺栓孔密封圈，利用壓密與膨脹雙重作用加強防水，施工中應避免螺栓位置偏于一邊的現象。由于螺栓墊圈會發生蠕變而松弛，在施工中需要對螺栓進行二次擰緊。

操作過程中的注意事項有：①安裝遇水膨脹墊圈時清掃螺栓孔及其周圍混凝土面，保證遇水膨脹墊圈和混凝土面接觸干凈;②管片螺栓采用防銹處理，必要時對螺栓涂刷防銹油漆;③以規定的扭矩擰緊螺栓;④由于螺栓墊圈會發生蠕變而松弛，在施工中需要對螺栓進行二次擰緊。

3.4? 注漿孔防水

注漿孔由于可作為泄水孔來降低隧道周圍地下水位，因此其也成為盾構隧道防水的重點之一。可采用帶逆止閥和螺旋蓋的注漿孔防水形式，其防水機理是利用逆止閥的逆止流動作用使注漿液只向一個方向進入。

注漿孔防水施工時應注意的事項包括：①密封圈采用遇水膨脹橡膠材料，利用壓密和膨脹雙重作用加強防水;②防止注漿孔的悶頭未擰緊，或悶頭螺紋與預埋螺母的間隙過大;③注漿孔迎水面在管片生產時預澆厚50mm的同級素混凝土，其中，如要通過注漿孔進行注漿，要清理預留孔內殘余物，填入膩子型膨脹止水密封材料，然后用防水砂漿封固孔口。

3.5? 襯砌外注漿防水

盾構機開挖面直徑為5.53m，管片外徑為5.22m，管片外徑和開挖面直徑存在15.5cm的間隙。盾構推進后，要及時進行同步注漿和二次注漿填充盾尾空隙，以防止地面沉降的同時，可以形成穩定的管片外圍防水層，將管片包圍起來，形成一個保護圈，成為隧道的第一道防水層。

注漿防水層施工技術措施為：①同步注漿材料采用水泥粉煤灰，初凝時間6h～10h，同步注漿采用注漿量與注漿壓力雙控;②二次注漿材料采用雙液漿（水泥+水玻璃漿液），凝膠控制在時間30s左右，二次注漿采用壓力控制，注漿壓力為0.7MPa～1MPa。

此外，襯砌外同步注漿及二次注漿防水要滿足以下要求：①注漿壓力大于開挖面的切口水壓;②注漿過程中，要對地面進行觀察，以防止地面有較大隆起;③注漿過程中，不能使管片因受壓而錯位變形，同時也不能使漿液大量從管片與盾尾間隙滲漏。

4? 結束語

總之，隧道防水作為盾構隧道施工的一項重點工程，應貫徹于工程的全過程中。合理可行的防水設計概念、優質的防水材料、良好的防水混凝土質量以及與此相適應的施工方法和工程流程都是盾構隧道防水質量的基礎。同時，配備具有較強防水質量意識和豐富施工經驗的專業施工人員，嚴格施工操作流程，也是保證隧道防水效果好壞的關鍵。

作者簡介：

段國棟（1987—）男，漢族，山西省臨汾曲沃人。2009年07月畢業于山西大學，學士學位，中級工程師，主要從事城市地下工程等工作與研究。