复合式TBM施工区间防水技术研究

冯欢欢，陈 馈，李凤远，王助锋

（中铁隧道集团 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001）

复合式TBM施工过程中如何保证隧道具有较高防水性能，是一个值得研究的课题。复合式TBM施工区间的隧道防水等级为二级，其要求隧道顶部无滴漏现象，其它部位也不允许出现漏水。隧道结构表面总的湿渍面积应小于总防水面积的2‰，且任意100m2防水面积上的湿渍少于4处，单个湿渍的最大面积小于0.2m2。衬砌接头不允许出现漏泥沙或滴漏现象，拱底部分在嵌缝作业后不允许有渗水现象。复合式TBM施工隧道的平均渗漏量小于0.05L/m2·d，任意100m2防水面积渗漏量不大于0.15L/m2·d。隧道防水混凝土的渗透系数应小于5×10-13m/s，同时其氯离子扩散系数不宜大于8×10-9cm2/s。

1 区间防水体系设计

复合式TBM隧道施工区间防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则。①采用高精度钢模制作高精度管片，以管片结构自防水为根本，接缝防水为重点，确保隧道整体防水；②采取相关技术措施，使得防水混凝土的密实性、抗渗性和防腐性等指标达到规定的要求，进而有效确保钢筋混凝土结构的自防水能力，以提高管片结构的自防水效果；③提高对隧道管片施工缝、变形缝、穿墙管件、各型接头及各种结构断面接口等的防水措施，具体防水体系如表1所示。

表1 复合式TBM区间防水设计体系

2 管片混凝土自防水

混凝土采用“双掺技术”，加入优质粉煤灰及复合外加剂（无膨胀性），具体掺量根据试验确定。防水混凝土应尽可能采用钢模，避免跑浆错位、脱模，以保证混凝土结构尺寸的准确性，减少混凝土中蜂窝麻面的产生。同时，尽可能确保防水混凝土结构内部的各种钢筋或绑扎铁丝不与模板接触；若不可避免，则应有相应止水措施。提高复合式TBM管片自防水能力，具体有以下几方面的措施：①复合式TBM管片应采用高精度管模制作，有效保证管片环的拼装精度，且要求单块管片的允许误差为：宽度为±1.0mm，弧、弦长为1.0mm，环向螺栓孔及孔位为1.0mm，厚度为1.0mm；整环拼装的允许误差为：相邻环的环面间隙为0.6～0.8mm，纵缝相邻块间隙为1.5～2.5mm，纵向螺栓孔孔径、孔位分别为±1.0mm，衬砌环外径为+6、-2mm；②复合式TBM管片生产中采用高频振动台加强振捣，为满足抗渗等级的要求，必须确保混凝土密实；③复合式TBM管片应预留注浆孔加固回填注浆，注浆完毕后注浆孔应加设止水设施，防止注浆孔渗漏水造成病害；④在拼装前，必须对管片外观进行仔细检查，避免使用带有肉眼可见裂缝的管片。若在制造、运输或拼装过程中出现了大麻点、大缺角等，应及时使用聚合物快凝水泥将其修补完好，在使用期间的手孔、吊装孔（注浆孔）应用微膨胀水泥封填；⑤复合式TBM在施工过程中，必须合理布置液压千斤顶的位置及推力大小，具体要求为位置间距及推力应尽量均匀；同时在管片拼装过程中需保证管片环面的平整度，另外可在管片端面粘贴软木衬垫，以减少因施工荷载的突变而产生裂缝。

3 接缝防水技术

3.1 弹性密封垫设计

在设计弹性密封垫时，可将材料为三元乙丙橡胶的弹性密封垫（其技术指标见表2）粘贴于管片弹性密封垫沟槽内，通过三元乙丙橡胶密封垫被压缩挤密来防水。满足在接缝最大张开错位值和设计水压条件下不渗漏的要求，是设计弹性密封垫的前提。密封垫沟槽的截面积应稍大于密封垫的截面积，从而确保当环缝张开量为0mm时，三元乙丙橡胶密封垫可完全压入储于管片密封垫沟槽内。

表2 三元乙丙橡胶弹性密封垫技术指标

3.2 软木衬垫

管片缝间软木衬垫材料为丁腈软木橡胶，丁腈软木橡胶粘贴于背千斤顶衬砌环面上（图1），目的是为防止错缝拼装时环面高差引起管片破裂。

在软木衬垫与背千斤顶面的对应粘贴处分别涂刷单组分氯丁——酚醛粘结剂。涂刷前软木衬垫及管片表面应干燥，涂刷时粘结剂应搅拌均匀，涂刷后，凉置一段时间（一般10～15min，随气温、温度而异），待手指接触不粘时，再将软木衬垫与管片对粘。软木衬垫粘贴后，表面应平整，不得出现脱胶、翘边、歪斜等现象。

3.3 嵌缝防水

进行管片嵌缝防水处理应注意以下几方面。

1）嵌缝范围 为确保隧道拱底不漏泥沙，复合式TBM进出洞及临近联络通道两侧各20环做环纵缝整环嵌缝；其余段落嵌缝范围为：拱顶45°和拱底90°范围内。

2）嵌缝材料 管片衬砌变形缝采用高模量聚氨酯密封胶填充，其它环纵缝则采用氯丁胶乳水泥填充（图2）。

3）嵌缝时间 管片嵌缝作业必须在复合式TBM千斤顶影响范围外及隧道稳定后进行。

3.4 螺孔等防水设计

管片螺孔采用遇水膨胀橡胶密封圈作为螺孔密封圈，管片肋腔的螺孔密封圈的外形应与沟槽相匹配。管片手孔在拱顶180°范围内采用塑料保护罩和双组分聚氨酯密封胶进行封堵，其余手孔及吊装孔（注浆孔）用AEA微膨胀水泥砂浆封孔。

3.5 曲线段区间加强防水

曲线段各衬砌环的背千斤顶环面上分段粘贴低压石棉橡胶板，在推进过程中，使其经千斤顶压缩后成一平整楔形环面。以外半径为3m的管片为例，最大楔形量为2.10mm（图3）。

进行粘贴时，先清除需粘贴低压石棉橡胶板环面上的浮灰，再将氯丁胶粘剂涂于混凝土表面及低压石棉橡胶板上，等到不粘手时便可粘贴低压石棉橡胶板。管片纠偏段应在相应的EPDM密封垫表面加贴与石棉橡胶板同厚度的遇水膨胀橡胶条，橡胶条的宽度36mm，长度与相应位置的石棉橡胶板相同。

4 管片外涂防水层

为更好提高复合式TBM管片的防水性能，进行管片外涂防水层时应注意的事项有：①在有侵蚀性地段管片外侧涂刷厚度≥1mm，且重量≥1.5kg/m2的水泥基渗透结晶型防水涂料。在中等侵蚀性介质地层中，需在管片外弧面涂刷环氧聚氨酯防水涂料；②在涂刷水泥基渗透结晶涂料前先用钢丝刷刷毛；③基层表面如有气孔、蜂窝、缝隙、起砂等，应修补处理；④涂料应分层铺抹或喷涂，各层应紧密贴合，每层宜连续施工。

5 注浆防水

采用同步注浆技术及时充填管片与围岩之间的空隙，以达到防水及控制地层沉降的效果。根据管片裂缝、接缝渗漏水的情况，还应利用管片吊装孔（注浆孔）强化二次注浆。在隧道开挖对地表建筑物或管线影响较大地段，为及时回填空隙，减小地面沉降，宜选择速凝型的水泥+水玻璃双浆液；为避免浆材硬化收缩，注浆材料皆宜掺加一定量的微膨胀剂。注浆量和注浆压力，应根据地层特征进行确定。

6 结 论

隧道防水性能是成型隧道使用性能的重要指标之一，在复合式TBM施工过程中，根据隧道地质条件建立合适的区间防水体系，显得尤为重要。通过提高管片混凝土自防水性能、采用弹性密封垫及软木衬垫等密封装置、外涂防水层等措施，可有效保证复合式TBM施工区间的防水效果。

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