城市轨道交通盾构隧道防水措施探讨

吴 银 河

(中交城市投资控股有限公司，广东 佛山 528000)



城市轨道交通盾构隧道防水措施探讨

吴 银 河

(中交城市投资控股有限公司，广东 佛山 528000)

结合工程实例，介绍了城市轨道交通盾构隧道施工的基本原则，并根据盾构隧道的防水原理，从管片、螺栓孔、洞门、联络通道等方面，阐述了盾构隧道的防水措施，有利于减少和消除盾构隧道的水害问题。

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0 引言

城市化进程的加快，使得城市人口迅速增加，机动车的数量也随之递增，导致我国绝大多数城市都面临着交通拥堵的问题。缓解城市交通运输压力，提高人们的出行效率，成为现阶段市政管理部门关注的热点问题。就目前而言，发展地下轨道交通是改善城市交通拥堵问题的有效措施。

盾构法主要是依靠旋转推进的刀盘，利用盘形滚刀破碎岩石，使得隧洞全断面一次成型，是一种新型的隧道施工方法。自问世以来，盾构施工法凭借自身高效、安全、环保等优点，在水利、交通及采矿等领域得到了广泛应用。将盾构法应用在城市轨道交通地下隧道的施工中，能够减少施工对于地面交通的影响，在保证城市交通系统正常运转的前提下，确保地下轨道交通的顺利施工[1]。

1 工程概况

登洲站—花卉世界车站—花仙明挖区间地下段采用2台土压平衡盾构机施工，盾构机从花仙区间明挖段始发，到达花卉世界车站东端头(大里程端)后拆机吊装及接收工作，在车站西端头(小里程端)进行组装并二次始发，最后到达登洲站后完成盾构机接收及拆机工作。其基本区间路线如图1所示。

花仙区间包含盾构段、明挖暗埋段(124 m)、U形槽和路基过渡段(436 m)及高架段区间，其中盾构机从明挖暗埋段始发，花仙区间线路始发里程为ZDK43+432.827(YDK43+432.497),花卉世界车站接收端里程为ZDK41+722.500(YDK41+722.500)，花仙区间线路左线总长1 712.291 m(区间长链L=1.964 m)，右线总长1 718.679 m(区间长链L=8.682 m),区间设计3座联络通道。花仙区间盾构区间主要穿越淤泥质粉细砂、淤泥质土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、全、强风化岩及砾砂层[2]。

登洲站—花卉世界车站区间盾构机从花卉世界车站东端头(小里程端)二次始发，盾构始发端(花卉世界东端头)里程为ZDK41+241.100(YDK41+241.100),终点里程登洲站里程为ZDK39+925.600(YDK39+927.000),左线全长1 306.055 m(区间短链L=9.445 m)，右线全长1 314.1 m(区间长链L=3.28 m)，区间设计2座联络通道，其中一座带有废水泵房。盾构区间主要穿越于粉细砂、中粗砂、淤泥质土、全强风化泥岩、淤泥质中粗砂、砾砂和粉质黏土以及其他类土，区间地质主要以软弱富水地层为主。

2 盾构隧道施工基本原则

在盾构隧道施工中，为了确保施工目标的顺利实现，结合工程的具体特点以及施工勘查数据，参照设计和施工要求，需要严格遵循几个基本的原则：

1)安全保证原则：各项作业内容严格遵守“安全第一、以人为本”的原则，对区间盾构始发及接收施工过程中危险源进行辨识[3]，针对重大危险源的特点制定详细的安全保证措施，在施工现场配备足够的安全消防设施和器材，确保施工安全。

2)质量保证原则：必须建立起完善全面的工程质量管理体系以及质量控制程序，对工程的质量目标进行明确，从工程项目的特点和具体情况出发，制定出切实有效的质量保证措施，在施工过程中，应该强化现场质量管控，保证工程质量满足设计施工要求[4]。

3)工期保障原则：结合工程设计方案中的工期要求，进行施工的合理组织，通过优化资源配置的方式，确保区间盾构施工环节，所有的工序都能够实现有序衔接，实现资源的合理利用，减少资源浪费问题，保证工程施工计划的顺利实施，使得工程能够按期交付。

4)环境保护原则：在施工中，需要做好必要的调查工作，充分了解施工现场周边的环境情况，在施工中强调环境保护工作。应该对施工场地进行合理布置，强化施工过程的环境控制，采取切实可行的措施，减少施工过程中引发的大气污染、噪声污染、废水废弃物污染等，创造出一个绿色的施工环境。

5)技术可靠性原则：结合本工程特点，采用国内类似工程施工技术、管理方法，编制可靠性高、操作性强的施工技术方案，确保工程安全、优质、快速地建成。

6)经济合理性原则：从工程项目的具体情况出发，进行施工方案的合理设计，保证方案的经济性、合理性，通过对组员的优化配置以及施工全过程的动态管理，在充分保证施工质量、施工安全和施工进度的前提下，减少成本造价，实现既定的施工目标[5]。

3 盾构隧道防水措施

盾构隧道施工中，经常会遇到地下水埋深较浅的情况，如果发生渗漏，则必然会影响盾构隧道施工的安全性，影响隧道的使用效果。在这种情况下，就需要做好盾构隧道的防水施工。良好的防水措施能够保证轨道交通的正常运营，提升隧道工程的稳固性和耐久性，减少和避免地质灾害事故的发生，同时减少轨道交通在运营阶段的维护成本。因此，必须高度重视盾构隧道防水工程的施工。在该工程中，从实际情况分析，隧道防水措施主要体现在以下几个方面。

3.1 防水原理

在开展防水施工时，应该坚持以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理的原则，以保证良好的防水效果[6]。在该工程中，主要是利用三元乙丙橡胶以及遇水膨胀橡胶复合材料来作为弹性密封垫材料，在提升防水性能的同时，也可以有效应对后期结构变形对于防水的需求。不仅如此，复合材料本身可以满足单向膨胀以及侧向受力，使得应力能够得到充分发挥，在强化止水性的同时，也可以在很大程度上减少水膨胀树脂的溢出问题，提升了材料的使用效果。

3.2 管片防水

1)自防水：在工程中，管片混凝土选择了高强度高抗渗性能的C50混凝土，其抗渗等级在P12以上。为了保证管片本身具备较好的防水效果，在实际施工中，需要做好必要的质量管控，在管片进入施工现场时，强调对于管片混凝土密度、制作精度以及抗裂性能的检测。具体来讲，需要关注几个方面的问题：一是材料可靠，在对制作管片的原料进行选择时，必须严格依照国家标准和设计规范，做好必要的现场检验工作，确保其满足工程的实际要求；二是在必要保证防水混凝土配比准确，做好必要的配比试验，尽可能降低混凝土本身的收缩率和空隙率[7]；三是必须保证管片的尺寸精度达标，不能存在有严重的变形或者破损；四是应该做好抽样检测，抽样频率为每两环一片，对于发现的不合格产品，应该及时进行处理，避免出现误用；五是进入施工现场的管片必须具备相应的抗渗和抗压实验报告，做好三环水平拼装验收、抗渗漏检测，确认合格后，才能够应用到工程的施工中；六是对于进入到施工现场后的管片，需要做好管理和存储工作，以保证管片的完整性。在管片运输过程中，可能会发生碰撞导致开裂或者缺边少角的问题，因此在实际应用前需要进行确认，对于存在质量缺陷的管片，应该拒绝使用。

2)接缝防水：接缝区域是最容易发生渗漏问题的位置，可以通过设置嵌缝槽和弹性密封垫的方式，提升其防水性能。该工程中选择的弹性密封垫是三元乙丙橡胶材质，通过千斤顶推力以及螺栓紧固力的共同作用，能够压缩弹性密封垫的孔隙，保证良好的防水效果[8]。接缝防水中，比较关键的环节是止水条的安装，从保证防水效果的角度，止水条的安装需要关注几个比较关键的问题：首先，需要切实保证管片本身洁净平滑，不存在缺边少角的问题，同时保持管片和止水条的干燥性，确保其表面没有水分；其次，确认止水条的位置和型号准确后，将其套在管片上，以稀释液对管片和止水条进行清洗，等到稀释液完全挥发后，进行胶水的涂抹，保证涂抹的均匀性，使得其能够全面覆盖管片底部、侧面和止水条。一般情况下，胶水涂抹量为200 g/m2。

3.3 螺栓孔及吊装孔防水

1)螺栓孔防水：螺栓孔的密封圈选择遇水膨胀橡胶，通过千斤顶的推力以及螺栓的紧固力实现强化防水，当密封圈达到使用寿命后，可以非常方便的进行更换。为了保证良好的防水效果，需要做好连接螺栓的防腐蚀处理。结合现场施工条件，参照相应的经验，可以在安装前，以热浸锌处理的方式对螺栓进行加工，也可以利用涂敷、封盖、填实等方法，对螺栓进行保护，避免出现水浸侵蚀问题。

2)吊装孔防水：盾构隧道内片，吊装孔可以选择不通透管片混凝土样式，预留下厚度在300 mm左右的混凝土层，可以起到良好的防水效果。如果隧道内出现渗水问题，可以对渗漏的位置进行明确，然后凿穿附近管片吊装孔的预留混凝土层，开展二次注浆堵水作业。可以在吊装孔内设置止流阀，将注浆管的端头设计成可自由拆卸的形式，这样，当注浆结束后，可以拆除活动端头，对预留孔内部的残余物进行彻底清理，然后利用弹性密封材料进行填充，孔口的封固可以选择高性能焦油环氧树脂，以避免管片外的水沿注浆孔渗入到隧道内[9]。

3.4 洞门防水

一方面，在盾构隧道进出洞的接头位置，可以选择刚性接头，然后利用柔性嵌缝材料进行填充，如遇水膨胀橡胶等，以提升接头的防水效果。在洞门防水处理中，需要重视防水材料的选择，以环形钢筋混凝土保护圈为例，应该选择强度等级不低于C40，抗渗等级不低于P8的材料，设置混凝土保护层的厚度在35 mm左右，于刚性接头的相应位置，设置变形缝来提升防水效果；另一方面，应该重视洞门密封装置的安装。在洞圈与盾构外径之间，存在有一定的间隙，为了避免施工过程中以及盾构出洞时出现土体沿间隙流失的情况，需要在洞圈的周边设置相应的密封装置，主要有圆形板、橡胶和帘布等构成，同时适当增加注浆孔，提升防水效果。

3.5 联络通道及隧道连接位置防水

在进行联络通道的施工时，同样需要注重防水问题，对相应位置的钢管片进行拆除，同时设置支撑，结合矿山法完成泵房和联络通道的施工。联络通道采用的是综合性防水体系，将混凝土自防水和防水卷材相互结合起来，进一步提升了防水的效果。在工程实践中，联络通道及隧道连接位置的防水主要作业流程为：首先，在进行联络通道的开挖前以及开挖过程中，可以在通道外侧土体进行预注浆，做好必要的加固和止水工作；其次，选择防水性能较好的混凝土来实现结构自防水，例如，初支选择C20 S6喷射混凝土，二衬可以选择C30 S1钢筋混凝土；然后，做好防水卷材防水施工，在初支和二衬之间，进行塑料防水板或者无纺布等防水材料的铺设，选择自封闭的形式，在管片外缘粘贴相应的遇水膨胀橡胶，形成二道防水[10]。

4 结语

在城市轨道交通盾构隧道施工中，必须重视防水问题，坚持“预防为主、防排结合”的基本原则，从结构自防水和构筑防水体系的角度出发，形成多道防线，以保证良好的防水效果，减少和消除盾构隧道的水害问题，保证隧道的正常运营，提升其使用寿命，保障行车安全,“百年大计，质量第一”。

[1] 孙国强.盾构区间隧道结构防水及耐久性问题探讨[J].现代城市轨道交通,2013(5):57-59.

[2] 冯欢欢,常 翔.盾构隧道结构灾害类型分析及防水措施与建议[J].现代隧道技术,2016,53(6):36-43.

[3] 朱伟协.城市轨道交通盾构隧道防水措施[J].建设科技,2010(7):84.

[4] 高小庆,汪 敏,杜一鸣,等.上海世博会电力电缆隧道穿越轨道节点的防水措施[J].特种结构,2009(6):26-29,33.

[5] 陆 明.外滩隧道中盾构隧道衬砌接缝密封垫防水试验[J].中国市政工程,2010(S1):135-137.

[6] 夏莎丽.苏州隧道交通1号线隧道设计施工方案的分析研究[J].城市轨道交通研究,2011,14(6):33-36.

[7] 张文凭.地铁盾构隧道管片防水技术措施探索[J].城市建筑,2016(9):302.

[8] 杨振丹,张立明,张 慧.天津地铁盾构隧道管片接缝防水设计探讨[J].市政技术,2014,32(3):169-171.

[9] 王 亮,薛 彦.北京地铁4号线14标段盾构隧道防水工程质量控制[J].北京建筑工程学院学报,2010,26(1):20-23.

[10] 丁海潮,杨 俊,周 诚,等.轨道交通盾构双线隧道穿越建筑群的沉降影响分析[J].中国市政工程,2015(1):83-86.

Discussion on waterproof measures of shield tunnel in urban rail transit

Wu Yinhe

(CCCC City Investment Holdings Limited Company, Foshan 528000, China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the basic principles of city rail transit shield tunnel construction, and according to the waterproof principle of shield tunnel, from the segment, bolt hole, portal, contact channel and other aspects, elaborated the waterproof measures of shield tunnel, to reduce and eliminate the water problem of shield tunnel.

rail transit, shield tunnel, waterproof measures, portal

1009-6825(2017)12-0172-03

2017-02-13

吴银河(1987- ),男，助理工程师

U453.6

A