地铁区间暗挖隧道渗漏原因及其治理

 

1 地铁区间隧道防水设计体系及原则

 

1.1 设计原则

 

 地铁区间隧道的防水设计原则一般为“防、排、截、堵相结合, 因地制宜, 综合治理”, 即以防为主, 以排为辅, 刚柔结合, 设置多道防线。

 

1.2 防水标准

 

 地铁区间隧道的防水等级为二级, 结构不允许出现渗漏现象, 表面允许有少量浸渍, 但总浸渍面积应在总防水面积的 6‰以下, 且任意 100m2 防水面积中浸渍部位不应多于 4 处, 单个浸渍的最大面积小于 0.2m2。

 

1.3 防水结构设计

 

 地铁区间隧道采用超前小导管预注浆, 以减少地下水的渗透; 初支结构采用抗渗(S6)混凝土, 形成第一道封闭的防水线; 铺设全封闭的防水层并预埋注浆管; 二次衬砌采用抗渗(S8) 混凝土并在达到强度后进行衬砌背后回填注浆; 沉降缝采用中埋式橡胶止水带; 环向施工缝采用遇水膨胀橡胶条, 纵向施工缝采用钢板腻子止水带, 并外贴止水带。

 

2 地铁区间隧道渗漏的统计分析

 

 地铁区间隧道渗漏形式主要有点渗、面渗和缝渗等 3 种, 渗漏程度可分为潮湿、慢渗、快渗、急流和高压流等 5 种, 据统计潮湿约占渗漏点总数的 85%以上, 其余 4 种形式所占的比例分别小于 10%、5%、1%和 0.5%。至于渗漏部位, 主要为环向或纵向施工缝渗漏, 占总数的 90%以上, 变形缝渗漏约占 5%,其余为结构裂缝及其它渗漏。

 

3 地铁区间隧道渗漏的原因分析

 

3.1 结构外防水层破损

 

 地铁区间隧道外防水设计主要为土工布缓冲层(400g m2)+PVC 防水板 ( 厚 1.5mm)+背贴式分区止水带( 宽30mm), 采用全封闭形式, 主要目的是在迎水面形成一个隔水屏障, 将水封堵在结构之外, 但在实际施工过程中会由于下列原因而造成破损: ①初期支护基面处理不到位, 混凝土面凹凸不平、有突出物、清理不干净; ②钢筋绑扎时未采取有效的保护措施, 使防水板整体性存在缺损; ③防水板铺设时与初支基面不密贴, 浇筑混凝土时受力破损; ④防水板搭接处焊接质量有缺陷。

 

3.2 裂缝的存在

 

 地铁区间裂缝分为规范裂缝和非规范裂缝, 前者指设计施工中的变形缝、施工缝等有形裂缝, 后者则指因某种原因造成的对结构有害的受力裂缝或工艺裂缝, 裂缝的存在是形成渗漏的主要原因。

 

 ⑴ 施工缝渗漏

 

 a. 环向施工缝

 

 安装遇水膨胀橡胶条时未预留凹槽, 混凝土表面不平整, 使胶条膨胀后不能紧贴混凝土, 形成渗漏通道; 橡胶条表面涂覆的延缓膨胀保护层性能不稳定, 致使其不能发挥作用; 橡胶条在浇筑混凝土前已完成膨胀, 致使混凝土结构收缩时失去其膨胀能力而形成缝隙; 施工缝凿毛清理不符合要求。

 

 b. 纵向施工缝

 

 钢板腻子止水带上封条过早被撕掉或受到污染而无法撕掉, 使腻子失去作用, 无法与混凝土紧贴而形成渗漏缝隙; 止水带安装不顺直, 边墙仰拱分布不均匀; 拱施工结束到拱墙施工期间, 未对止水带进行保护, 造成破损而无法修补, 使其与混凝土间形成了渗漏通道; 施工缝凿毛清理不符合要求。

 

 ⑵ 变形缝渗漏

 

 a. 中埋式止水带不易固定, 浇筑混凝土前固定较好, 但浇筑中经常产生位移;

 

 b. 止水带埋设位置偏移, 变形管孔离开缝的位置, 当结构混凝土收缩时, 因其变形能力差, 被撕裂而失去防水功能。

 

 ⑶ 工艺裂缝渗漏

 

 a. 在夏季施工的混凝土工程因日夜温差大而形成收缩裂缝;

 

 b. 使用商品混凝土时, 为保证混凝土的可泵性, 在入模前掺水而增大水灰比, 故导致干缩裂缝;

 

 c. 混凝土振捣不当、局部浇筑速度过快、浇筑间歇等因素也容易导致混凝土结构开裂。

 

4 地铁区间隧道渗漏的治理

 

 现场施工实践证明, 在进行裂缝和渗漏的治理前, 首先应对结构背后进行回填注浆, 使浆液在二次衬砌背后扩散、凝结和固化, 达到闭塞渗漏通道和加固结构的目的, 其次在注浆的基础上进行结构裂缝及变形缝和施工缝渗漏的治理, 其效果十分显著。

 

4.1 二次衬砌混凝土背后回填注浆

 

 ⑴ 孔位布置: 通常布置在隧道的拱顶位置, 单、双线隧道每组浇筑长度分别为 7.4m 和 7.2m, 预埋注浆孔分别为 2 个和 4 个, 渗漏地段则加密, 布孔时尽量避开施工缝位置。

 

 ⑵ 注浆浆液: 分为普通水泥和超细水泥两种,先注入普通水泥浆充满初期支护与二衬之间的空隙并堵塞渗漏通道, 待水泥浆凝固后再注入超细水泥浆, 充分填满水泥浆收缩后的空隙, 达到注浆堵水的目的。 

 

 ⑶ 浆液配置: 水灰比控制在 1∶1～1∶1.5, 内掺水泥用量 12%的 FS- 1 防水剂和具有微膨胀性的聚丙稀酰胺(掺量为用水量的 0.5%～1.0%, 拌浆前先溶于水并充分搅拌)。制浆时, 将已融合的聚丙稀酰胺缓慢掺入按设计水灰比拌制好的水泥浆中, 在自动拌浆桶内充分搅拌。

 

⑷ 注浆压力: 注浆压力控制在 0.3～04MPa, 以克服管道阻力和二衬与初期支护防水板之间的空气阻力, 以防压力过大而造成结构变形。

 

 ⑸ 注浆顺序: 按标高由低至高、由无水段向有水段依次压注, 并采用隔孔注浆方式, 使各孔浆液达到互补作用, 提高注浆效果, 避免浆液被渗漏水稀释。

 

4.2 施工缝渗漏的处理

 

 通过二次衬砌背后回填注浆后, 施工缝有望被水泥浆堵死而不再渗漏, 但个别施工缝仍有渗漏, 其处理采用注浆堵漏法, 先注入水泥浆或超细水泥浆,如仍有慢渗则视情况注入化学浆液如环氧树脂等。

 

4.3 变形缝渗漏的处理

 

 ⑴ 剔槽: 沿变形缝剔槽, 清除原槽体内的填充材料, 清除深度 13cm, 并在槽体内两边各扩宽 12.5cm,深 3cm, 要求槽体平整。

 

 ⑵ 压浆: 先压注水泥砂浆, 再压注化学浆(水溶性聚氨脂浆液), 经两次注浆做到变形缝干燥无水。

 

 ⑶ 清槽: 将槽体内的残浆清理干净, 经检查符合要求后才进行下道工序的施工。

 

 ⑷ 安装: 在槽体内安设 f 5 软式透水盲管, 外抹1 层 2cm 厚的刚性防水材料 R1 型料, 表面用 107 胶贴 1 层牛皮纸。槽体内涂 1 层 3cm 厚的双组聚硫橡胶。结构边墙和地板可用灌注法做聚硫橡胶, 拱部采用涂抹施工, 每次涂抹 4～6mm。在槽体内安放 1 块聚苯板(10×70)后封槽, 采用 R1 型料。

 

4.4 裂缝的修补

 

 根据裂缝的位置及展开宽度, 在确保提高二衬混凝土整体性和强度的前提下, 对裂缝进行灌浆修补。

 

 ⑴ 裂缝处理

 

 a. 表面处理法: 对于区间边墙上或整体道床上的细微( 缝宽0.2mm) 裂缝, 用钢丝刷、棉纱等清除表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等, 然后用毛刷蘸 工业 酒精沿裂缝 20～30mm 处擦洗干净并保持干燥。

 

 b. 凿槽法: 对于区间边墙上或整体道床上的较宽( 缝宽0.2mm) 的裂缝, 应沿裂缝用钢钎手工凿成V 型槽, 其大小根据裂缝宽度和深度现场确定。凿槽时先将原状缝明确标出, 然后以原状缝为中线凿槽,向两侧加宽, 凿完后用钢刷及棉纱将混凝土碎屑、粉尘洗净。

 

 ⑵ 注浆

 

 为了满足使用要求, 当裂缝较浅细(缝宽0.2mm)且数量较多时, 宜用环氧树脂浆液或水泥浆液进行表面封闭: 当裂缝细而深时, 宜用甲基丙烯酸类浆液或低粘度环氧树脂浆液灌注; 当缝宽≥0.2mm 时, 宜用环氧树脂浆液灌注; 当缝宽1.0mm 时, 可用微膨胀水泥浆液灌注, 灌注前应在裂缝表面涂刷一层水泥界面剂。

 

5  总结 与建议

 

5.1 施工体会

 

 对于地铁区间隧道的渗漏处理, 要从工程设计入手, 施工方面足够重视, 重点做好混凝土结构自防水, 最大限度地控制开裂和减少混凝土渗漏。由于其特殊的地下工程性, 材料应优选粘结力和综合力学性能好的补强材料, 修补缺陷部位的混凝土, 达到止水目的, 满足结构和使用功能。

 

 采用以上治理方案, 本地铁区间隧道渗漏得到了很好的治理效果, 通过对渗漏治理方案的总结, 不但明确了渗漏的原因, 还为今后地铁工程施工提供经验和 参考 。

 

5.2 一点建议

 

 渗漏是地下工程的常见病和多发病, 长期渗漏会 影响 正常使用, 缩短结构物的使用寿命, 且水土流失和地下水位变化会造成地表建筑的不均匀沉降,渗漏的危害性对城市地铁来说尤为突出, 可造成灾难性的事故。

 

 地铁工程防水不是某种材料或某种 方法 就能解决的, 应根据实际情况制定有针对性的防水体系, 如考虑全封闭防水的同时, 预留防水层背后纵横向引水盲管, 综合考虑“防、堵、排、引”措施。

 

 渗漏的治理要标本兼治, 补强与堵漏相结合, 堵漏材料选用渗透性好、物理力学性能高、粘结力强、耐久性好的材料。对于裂缝和渗漏的治理方法很多,并不局限于某一范围内, 有待同行们进一步深入 研究 和共同探讨, 找出更合理有效的处理方法。

 

参 考 文 献

 

[1] 王建宇, 严金秀. 隧道和地下工程( 第一版) [M]. 成都:西南 交通 大学出版社, 2000

 

[2] 沈春林, 詹福民. 防水工程实例( 第一版) [M]. 北京:  中国 建筑工业出版社, 2000

 

[3] GB 50299- 1999 地下铁道工程施工及验收规范[S]