富水地層地鐵盾構管片接縫和車站關鍵部位防水技術研究

張志萌

（中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津 300459）

1 背景

在地鐵施工建設中，工程質量非常重要。特別是地處富水地層的地鐵區間和車站，要切實做好防水處理，否則影響工程質量和安全。而常規措施難以滿足地鐵隧道盾構管片接縫防水和地鐵車站防水要求，必須通過新材料、新工藝進行科學施工，才能有效解決防滲漏問題。

通常盾構隧道相鄰盾構管片之間的縱（環）接縫是防水薄弱環節，傳統的地鐵隧道盾構管片接縫防水采用橡膠密封墊，一些專家學者為此進行相關分析研究。王媛[1]等為提高地鐵隧道盾構管片接縫防水橡膠密封墊耐久性，進行橡膠密封墊水熱加速老化試驗，研究其出現滲水的機理；文彥鑫[2]等以南京樞紐上元門越江隧道項目為例，采取裝配力試驗等方式，對截面不一樣的橡膠密封墊承受水壓力的原因進行分析；張穩軍[3]等對橡膠密封墊遇水膨脹橡膠塊截面形狀和幾何尺寸展開選型設計優化，從而提高防水效果。

盡管橡膠密封墊在地鐵隧道盾構管片防水領域的應用比較廣泛，但是地鐵隧道盾構管片接縫防滲效果差強人意。本文依托沈陽地鐵4號線長白島站至長白南站區間下穿長白島內河區段工程，地鐵隧道盾構管片接縫采用新型“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術，通過與傳統地鐵隧道盾構管片接縫采用橡膠密封墊防水技術進行對比，證明新型組合式防水技術的優越性。

同時，地鐵車站主體結構和附屬結構易滲水關鍵部位也需要采取加強防水措施，為此不少學者也進行了深入研究。彭金陵[4]結合青島地鐵1號線海泊橋站項目，通過引入新型保溫保濕養護系統新材料以及疊合墻豎向止水裝置等新工藝，切實提高了防水效果；趙振[5]等從軌道交通車站滲漏水產生原因以及防治等方面進行研究并實踐。本文針對沈陽地鐵4號線南五馬路站位于富水層工程實況，積極做好常規防水的同時，對易滲水關鍵部位采取底板倒角防水、施工縫防水、變形縫防水、接地電極防水、格構柱防水、風井防水加強舉措，嚴防出現滲漏水現象。

2 地鐵隧道盾構管片接縫防水處理

2.1 隧道區間工程概況

沈陽地鐵4號線長白島站至長白南站區間左右線長度約為2 762.6 m，線路呈南北走向。該地鐵隧道下穿長白島內河的河面最寬處約為149.8 m，地鐵盾構區間與河床最小間距只有13.49 m，長白島內河平均水深約2.5 m。盾構下穿長白島內河地層地質條件差，主要為圓礫、礫砂層，透水性強，地鐵隧道盾構管片接縫容易出現滲水。

2.2 管片接縫防水技術

2.2.1 非固化橡膠瀝青防水涂料性能

非固化橡膠瀝青防水涂料性能特點如下。

（1）黏合性強。與地鐵隧道盾構管片通過滿粘形式構成皮膚式防水，黏合性強，不容易脫落，即便是環境溫度低于-20℃或極潮濕的環境，依然具備良好的黏結性能。

（2）封閉性強。對裂縫和毛細孔能進行有效封閉，有效防止防水層出現竄水現象，極大提升防水性能，可滿足復雜的施工環境防水需要。

（3）修復性強。即便長期接觸空氣仍能一直保持膠質的黏稠性，也不容易出現固化現象，有較強的自愈能力，能夠自行修復由于外力引起的縫隙。

（4）兼容性強。防水涂料一直保持黏滯狀態，不僅可有效解決由于地鐵隧道盾構管片因開裂引起防水層出現開斷或老化等難題，而且可以確保現有防水涂料與卷材配合使用時的兼容性。在富水地層，非固化橡膠瀝青防水涂料可適應地鐵盾構隧道管片基面潮濕環境，迅速達到所需防水厚度要求，不需要進行較長時間養護，從而實現不間斷的快捷施工。

2.2.2 組合式防水技術

為提高地鐵隧道盾構管片接縫防水能力，借助非固化橡膠瀝青防水涂料黏合性強、封閉性強、自我修復性強、兼容性強的優勢[6]，與常規橡膠密封墊配合使用，采用新型“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術，構筑地鐵盾構隧道管片接縫組合式防水系統，如圖1所示。

圖1 地鐵盾構隧道管片接縫組合式防水技術

2.2.3 施工工藝

（1）工藝流程。第1步：清理地鐵隧道盾構管片表面→第2步：粘貼劑均勻涂抹于地鐵隧道盾構管片上→第3步：墊好密封墊→第4步：對可黏性薄片進行仔細粘貼→第5步：借助加熱棒將非固化橡膠瀝青防水涂料進行升溫加熱→第6步：涂刷非固化橡膠瀝青防水涂料→第7步：吊運拼裝地鐵隧道盾構管片[7]。

（2）注意事項。通過工具將地鐵隧道盾構管片表面存在的多余混凝土顆粒進行徹底清除，另外借助毛刷仔細清理灰塵；按照地鐵隧道盾構管片類型的不同選取尺寸相匹配的橡膠密封墊、傳力襯墊進行粘貼，確保密封性；借助加熱棒將非固化橡膠瀝青防水涂料加熱，溫度不低于60℃，并通過反復攪拌增強其流動性，方便進行涂刷作業；橡膠密封在地鐵隧道盾構管片接縫粘貼好以后，在管片外側通過毛刷對接縫外圈涂刷厚約3 mm、寬約4 cm非固化橡膠瀝青防水涂料，涂刷厚度必須超過設計的橡膠密封墊被擠壓后溢出的厚度。

2.2.4 對比試驗

沈陽地鐵4號線區間盾構隧道在長白島內河下方穿越時，選擇126環地質環境條件相近的左右線區段作為試驗段，將右線試驗區間采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術與左線試驗區間采用常規“橡膠密封墊”防水技術開展對比試驗。試驗分析情況如表1所示。

根據表1可得出以下結論：相同地質環境條件下，右線采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術，區間管片滲漏率僅為4.8%，滲漏點只有4處，而左線采用常規“橡膠密封墊”防水技術，區間滲漏率為16.7%，滲漏點多達21處。實踐證明，采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術的防滲漏水效果更好。

表1 新型組合式防水技術與傳統防水技術對比

3 車站關鍵部位防水處理

3.1 車站工程概況

沈陽地鐵4號線南五馬路站地處沈陽南京南街與南五馬路與交匯處的北面，為跨島式站臺車站，頂板覆土約為3.69 m，盾構段底板最大埋深26.97 m，標準段底板最大埋深24.98 m，車站基坑最寬處為27.96 m。南五馬路站臨近南運河水系，地質條件差，主要為圓礫、礫砂層，透水性強。地下車站（含人行通道和垂直電梯井、風道）以及機電設備所涉及的區域的防水等級設計為一級，要求不能有滲水現象。

3.2 車站關鍵部位防水技術

3.2.1 施工防水材料

南五馬路站地下結構采用的防水材料如表2所示。

表2 地下結構采用的防水材料一覽表

3.2.2 車站防水施工總體工藝流程

車站防水施工總體工藝流程如圖2所示。

圖2 車站防水施工流程圖

3.2.3 防水卷材施工工藝流程

第1步：對結構基層進行找平處理和清理→第2步：防水墊層、陰陽角倒角處理→第3步：鋪設防水卷材→第4步：防水保護層施工→第5步：進行固定、壓邊→第6步：工程驗收[8]。

3.2.4 聚氨酯涂膜防水施工工藝流程

第1步：對結構基層找平壓光→第2步：處理結構的陰陽角倒角→第3步：防水加強層仔細涂膜→第4步：防水層仔細涂膜→第5步：仔細施作紙胎油氈隔離層→第6步：工程驗收[9]。

3.2.5 細部結構加強防水措施

（1）底板倒角防水加強處理。倒角處防水材料通常不容易被折成90°。底板倒角防水加強處理如下：將1 : 2.5水泥砂漿鋪好倒角，尺寸為50 mm×50 mm，然后在倒角上面鋪設250 mm×250 mm的防水加強層，之后進行大面積鋪設單面黏合Ⅱ型瀝青基聚酯胎預鋪防水卷材。具體施工示意如圖3、圖4所示。

圖3 陰角防水加示意圖 （單位：mm）

圖4 陽角防水示意圖 （單位：mm）

（2）施工縫防水加強處理。該項目施工縫防水通過鋼邊橡膠止水帶止水[10]，借助定位鋼筋把止水帶進行固定。為保證鋼邊橡膠止水帶能精準其定位，在加工生產、搬運、安裝時需格外小心謹慎，避免止水帶出現破損、折疊和裂縫等。在對下一層混凝土進行澆筑前，必須對舊混凝土仔細鑿毛，另外清除混凝土碎末，確保防水處理部位的干凈，接著安裝注漿管（內徑不小于6 mm，出漿孔直徑為2～5 mm，出漿孔間距不超過30 mm，注泥漿注漿壓力不超過2.0 MPa）。安裝注漿管時，將注漿管和止水帶中部位置牢牢綁定，下一步仔細涂抹遇水膨脹止水膠條。混凝土澆筑時必須進行嚴格盯控，避免振搗器與止水帶、注漿管、止水膠條等觸碰，詳細節點設置如圖5所示。

圖5 特殊部位施工縫防水構造 （單位：mm）

（3）變形縫防水加強處理。在進行綁扎車站主體鋼筋之前，對外貼式橡膠止水帶提前進行鋪設（止水帶寬350 mm，橡膠厚度為30 mm，拉伸強度不小于10 MPa），確保位置準確，變形縫中線和止水帶中線必須確保吻合。待鋼筋綁扎完成后，將堵頭模板和中孔式鋼邊橡膠止水帶進行精準安裝，將脫模劑在混凝土側模板進行仔細涂刷，確保模板穩固性、平順性、接縫無裂縫。當混凝土達到一定強度，拆除變形縫處側模板，在中孔式鋼邊止水帶上下側將厚度為20 mm變形縫襯板（擠塑苯板）安裝好。把模板支架拆除以后，馬上清掃施工區域，確保干凈。20 mm的縫內通過密封膠（表面干燥時間不超過24 h，彈性恢復率不小于70%）進行封堵，封堵之前，相關施工區域務必保持干燥。將不銹鋼接水盒（鋼板厚度為1 mm）配備于頂板、側墻結構變形縫背水面，頂板的接水盒從中部向兩側設置1%的坡度，防止萬一有水時能夠進行快速疏凈，另外在適當位置預留檢查孔，進行定期檢查，防止出現堵塞。變形縫相關節點詳細構造如圖6～圖9所示。

圖6 頂板變形縫防水示意圖 （單位：mm）

圖9 涂料防水層在變形縫細節部位示意圖 （單位：mm）

圖7 變形縫預留凹槽示意圖 （單位：mm）

圖8 底板變形縫防水示意圖 （單位：mm）

（4）接地電極防水加強處理。為防止出現觸電事故，接地電極防水處理通常采取密封法，具體方法為：紫銅接地板和主體防水層連接的地方通過密封膠上下密封，順著紫銅地板增加2道止水條，止水條與丁基橡膠黏結帶保持一定高度。具體做法如圖10所示。

圖10 接地電極防水密封示意圖 （單位：mm）

（5）格構柱防水加強處理。把水泥基滲透結晶防水涂料仔細地均勻涂刷在鉆孔灌注樁頂部和樁身頂部周邊位置，涂料規定用量至少確保1.5 kg/m2。底板中間位置焊接好厚度為5 mm的止水鋼板，止水鋼板的長度、寬度都是80 cm，在上面通過止水膠進行密封，如果遇水膨脹膠條基面對應的地方存在空隙，必須對鋼板進行補焊，如圖11所示。

圖11 格構柱防水做法圖 （單位：mm）

（6）風井防水加強處理。風井防水設計等級為一級，風井結構底板和側墻采用2.0 mm厚乙烯共聚物改性瀝青ECB防水板。風井防水結構底板和側墻第一層都是采用噴射混凝土進行初襯，其余防水措施如圖12所示。

圖12 風井結構防水示意圖

4 結論

文章針對地鐵隧道盾構管片接縫容易出現滲水的難題，以沈陽地鐵4號線工程為例，引入非固化橡膠瀝青防水涂料，發揮其黏合性強、封閉性強、自我修復性強、兼容性強的優勢，與常規橡膠密封墊配合使用，實踐證明，采用“橡膠密封墊+非固化橡膠瀝青防水涂料”組合式防水技術，防水效果更好。另外，針對地鐵車站易滲關鍵部位，特別對底板倒角防水、施工縫防水、變形縫防水、接地電極防水、格構柱防水、風井防水等部位進行加強措施。實踐表明，本文采取的施工技術可極大降低防水薄弱區域出現滲漏的風險，提高工程質量，防水效果良好，相關經驗可為其他類似富含水層地鐵盾構工程關鍵部位防水提供參考和借鑒。