基于隧道防水机理的隧道管片拼缝渗漏原因及治理方法的研究

程小毛

（福州地铁集团运营分公司，福建 福州 350000）

1 引言

隧道渗漏是困扰地铁隧道施工和运营的病害之一，甚至有“十隧九漏”的说法。地铁隧道漏水会严重影响地铁的运行安全，如果在给列车供电的接触线网或接触轨内发生渗漏，会导致线路漏电或短路，从而影响地铁的正常运行。另外，隧道漏水还会加快隧道内设备（通讯、照明、轨道）的腐蚀，影响其正常使用，缩短使用寿命，增加运营成本。而盾构法作为地铁隧道常用的施工方法，由于管片施工过程中部分施工工艺或措施处理不当，造成运营后频繁漏水且水量较大。因此，为确保运营安全，有必要对隧道管片漏水的问题及处理措施进行探讨。

2 管片防水结构

以福州某号线盾构管片防水设计为例，其遵循“以防为主、以堵为辅、多道防线、综合治理”的原则，以高精度管片结构自防水为根本，以接缝防水为重点，确保隧道整体防水。其中，管片采用预制防水混凝土，厚度为35cm，环宽1.2m，防水混凝土抗渗等级为P10，拼缝防水由挡水条与弹性橡胶密封垫组成双道防水线，挡水条材质为遇水膨胀橡胶，弹性橡胶密封垫为三元乙丙橡胶，顶面嵌入遇水膨胀橡胶，具体详见图1、图2。

图1 管片组成及拼装方式

图2 管片拼缝防水结构图

2.1 防水机理

遇水膨胀止水条的防水机理主要是利用止水条弹性压缩的回弹力止水，并通过遇水膨胀橡胶的膨胀性来进一步改善防水性能。而弹性橡胶密封垫顶面嵌入遇水膨胀橡胶的防水机理是管片拼缝压密后，利用密封垫之间的接触应力密封止水。同时，通过膨胀橡胶的单向膨胀应力进一步增强其止水性能，而且因膨胀橡胶的侧向受限，减少了遇水膨胀树脂溢出，从而延长了材料的使用寿命，如图3所示。

图3 弹性密封垫密封机理

2.2 防水能力

有学者对弹性密封垫防水机理进行了老化试验和恒定压缩永久变形试验，结果显示：

（1）弹性密封垫随着时间逐渐老化，其压缩变形模量有下降，使接缝的接触应力降低，从而影响接缝的防水性。

（2）弹性密封垫若长期受高水压影响，很容易产生塑性压缩变形，从而减少与焊缝的接触压力，影响焊缝的防水性。

（3）在不考虑管片错台、变形等因素造成的橡胶接触面减小而使管片接缝防水性能下降的情况，管片接缝在考虑接缝张开和弹性密封垫老化的影响下，即使接缝张开量达到了设计要求的2.0mm，接缝的最大抗水压力仍可以达到《盾构法隧道防水技术标准》要求的0.6MPa，符合接缝的防水要求。

3 管片拼缝渗漏原因

隧道漏水不仅会影响隧道结构稳定和行车安全，还会加快设备腐蚀，造成设备故障，缩短使用寿命。管片拼缝渗漏如图4所示。

图4 管片拼缝渗漏

3.1 环境因素

富水地层、基岩裂隙水发育较好的地层因外部水头压力过大，且具有流动性，导致同步注浆施工不能达到预期的效果，使管片外部的第一道防水层失效，管片结构直接承受来自外部的水头压力。

3.2 结构因素

管片在制作时配比、养护不合理，水灰比过大，会出现气孔和微裂纹，造成管片拼装过程中出现开裂、破损，形成渗水通道。

3.3 防水材料因素

防水材料自身质量达不到设计要求，拼装后的止水带和弹性密封垫起不到止水作用，造成管片环缝、纵缝渗漏水。

3.4 施工质量因素

（1）止水带在存放、运输、拼装过程中出现脱落、破损现象，且未及时更换，造成管片拼缝防水失效。

（2）在拼装过程中，因盾构机刀盘油缸撑靴的挤压或旋转，造成一块或数块管片止水带和弹性密封垫变形或松脱，不能形成有效的密封防水圈。

（3）盾构机在浅埋软弱地层掘进且处于下坡区段时，为防止盾构机“栽头”，采用增大盾构底部推进油缸压力，减小盾构顶部推进油缸压力。部分区段顶部推进油缸压力过小，难以对管片形成有效挤压，从而降低了拼缝间弹性密封垫的接触应力，影响拼缝的防水效果。

（4）部分超挖区段未及时、有效地进行二次补浆作业，导致管片外的同步注浆层不够饱满，未形成有效的第一道防水层。

3.5 外部施工

盾构掘进完成后，在后续施工及运营全过程周期内，隧道发生纵向不均匀沉降，管片接头张开导致止水条失效，造成了管片拼缝渗漏水。

4 管片拼缝渗漏治理

管片拼缝渗漏均是由拼缝防水系统失效所致，多数因环向或纵向密封止水圈破损而形成渗漏通道导致的。除了建设期提高现场施工质量、加强作业监管外，本文主要讲述利用原防水系统针对性地进行管片拼缝渗漏治理。

4.1 管片止水带或弹性密封垫变形、松脱、接触应力降低引发的拼缝渗漏治理

（1）清理拼缝缝隙内的浮泥、泥垢。

（2）查清渗漏的部位，在渗漏部位两端（无明水渗出的部位）骑缝钻终止孔至弹性密封垫处。

（3）压入由环氧砂浆或其他密封材料形成的浆液阻断点，封终止孔。

（4）用速凝型聚合物砂浆等骑缝封堵接缝并埋设注浆铝管。

（5）注入改性环氧化学灌浆液，从低到高依次注浆，注浆压力在0.2～0.4MPa之间为宜。

（6）闭管待凝8～12h后，视情况进行二次注浆。

（7）待凝结后，拆除铝管进行缝面修饰处理，保证管片结构的质量和外观要求。

4.2 管片背后同步注浆层不饱满、隧道纵向不均匀沉降以及防水材料质量问题等引发的管片拼缝渗漏水治理

（1）采取壁后补浆的方法，利用管片注浆孔，使用水泥-水玻璃双液浆在渗漏点前后第2～3环进行封环，隔断地下水流动，然后，用单液浆填充、封环管片间的背后空隙，修复第一道防水圈，纵向沉降较为严重的需进行专项隧道沉降治理。

（2）待壁后补注浆液凝结稳固后，再采用4.1所述方法进行拼缝渗漏部位局部封堵，修复第二道防水圈（即止水带与弹性密封垫防水圈）。

4.3 结构本身质量问题引发的拼缝渗漏水治理

（1）采取结构补强的方法，对管片开裂、破损部位进行灌浆、植筋、挂网、压填环氧砂浆或粘贴芳纶布加固的方式进行结构强度修复。

（2）待修复后的管片结构强度达标后，再采用4.1所述方法进行拼缝渗漏部位局部封堵，修复第二道防水圈。

5 结语

盾构管片拼缝渗漏水治理，既要从管片自身质量和防水材料着手，还要控制盾构施工质量以及后期管片渗漏水治理和沉降治理。治理过程中应尽量不破坏原防水结构，采用原防水结构重新构建管片防水层，将地下水堵在管片迎水面之外。