预制装配式隧道防水技术研究

欧阳平

（中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司，上海 201300）

0 引言

目前，国内外下穿隧道的设计施工主要是采取整体现浇施工技术，经过多年的实践经验，现浇结构整体性好，施工工艺成熟，但缺点同样也很明显。现浇结构具有施工工期长；现场施工流程多，施工质量控制困难；施工受气候影响大，工期目标难以保证；施工现场环保影响大等弊病。跟传统的现浇结构比较，预制装配式结构具有工程质量容易控制、施工效率快并且对周围环境影响小、进行工业化生产、施工现场占用场地小、占用施工人员少的特点[1]。因地下工程结构断面较大，受尺寸和重量的影响，需采取分块预制。但分块必然增加接缝，也就增加了渗漏的风险。装配式结构的漏水涉及各种条件，如环境条件、预制块接头的构造、止水材料、施工条件等，但起主要作用的条件是接头的渗漏。因此，预制构件接头处的防水是预制装配式结构防水研究的重点。

1 预制装配式结构及防水应用现状

在地下工程中应用装配式结构的关键控制因素是构件的防水。预制装配式构件与盾构管片具有某些相似性，其防水多借参照管片接缝防水进行优化。其防水措施主要体现在结构自防水、接头部位布置橡胶止水带或密封条等，接缝处预留注浆孔进行注浆处理。

1.1 国外预制装配式结构及防水应用现状

建筑工业化装配式技术很早就在国外开始使用，并已广泛应用于地下工程中。荷兰鹿特丹地铁的预制装配式壳式隧道结构；俄罗斯采用单拱结构建成了其国内首个双层地铁换乘枢纽——奥林匹克换乘站；在日本仙台市地下铁道工程中采用了预制双跨箱型结构，每一环由五个预制构件组成[2-4]。对于接缝密封材料，欧洲多使用非膨胀合成橡胶，日本和其他国家多使用水膨胀橡胶。更有研究人员对密封垫的防水性能、对防水材料进行了研究[5]。

1.2 国内预制装配式结构及防水应用现状

预制装配式技术在国内起步较晚，在综合管廊及盾构地铁隧道应用较多，在其他地下工程的应用较少。国内初次采用预制装配式明挖法施工是长春地铁2 号线袁家店站，装配段长188m，一共94 环，每环宽2m，由7 块预制构件组成，块与块、环与环之间采用榫接并用精轧螺纹钢拉紧，其间填充改性环氧树脂，防水有自防水和接缝防水组成；北京地铁9 号线丰台北路站是国内首座采用的预制装配式铺盖法修建双层岛式车站；厦门疏港路下穿仙岳路通道是国内首条采用预制拼装的下穿隧道，采用上下预制块匹配拼装、预制件纵向悬吊拼装、拼接接缝为涂抹环氧树脂、张拉预应力钢绞线束拼接为整孔。淮北市古城东路综合管廊工程的接缝主要采用承插式接头，接缝的防水多选用“F”型橡胶弹性密封垫，附加预埋注浆管及遇水膨胀止水条等[6-10]。

国内对盾构管片接缝防水已有大量研究成果，对于地下预制结构接头防水，目前主要为橡胶材料物理力学性能和接头防水性能的理论分析与试验研究。国内的盾构隧道大多使用非膨胀弹性密封垫，水下盾构隧道大多选用遇水膨胀材料与非膨胀密封垫相组合的复合型防水材料。

2 工程概况及重难点

成都市一环磨子桥隧道工程是成都市首条引入装配式工业化预制构件的市政隧道，位于成都市一环路，隧道西起旅游村街东侧，下穿磨子桥跨线桥，途经四川大学、新建音乐厅，止于老马路路口。隧道全长1280m，其中建筑工业化装配式的拼装段隧道长度约130m（里程：K0+900～K1+030.6），全段位于直线上，坡度6‰。隧道的宽度22.3m，设直线五车道。每1.5m 为一个预制节段，从上下分块竖向张拉成环，每14～15 个环节通过张拉形成整体孔段，各孔段间设置2cm 沉降缝。全段共6个大节段（14 节、15 节各三段交替布置），5 道沉降缝。

本项目隧道工程是成都市首次引入建筑工业化装配式构件施工工艺的工程，也是国内最大断面的装配式隧道。装配式构件中拼接缝较多，装配式结构防水是其重难点，其防水质量不仅影响到工程施工质量，还影响结构的耐久性、行车的安全以及隧道的美观。

3 装配式防水处理措施

本预制装配段防水由结构自防水、外防水以及水平缝、环向缝、沉降缝防水共同组成。

3.1 结构自防水

预制结构由C45 防水混凝土制成，防水等级不低于P10。

3.2 结构外防水处理

结构在安装前，在结构外表面涂刷聚氨酯防水涂料，在垫层顶铺设2mm×1.5mm 高聚物改性沥青防水卷材，并设置细石混凝土保护层。安装完毕后，侧墙及垫板铺设防水卷材，保证其与底部防水卷材搭接，共同形成全框架保护层。施工过程中严格保证防水卷材的铺设质量。结构外防水施工如图1 所示。

图1 结构外防水施工

3.3 水平缝防水处理

在水平接缝处安装两道止水条，水平缝止水条端部预留2～3mm 压缩量切平与环向止水条T 型，对接无论纵向、横向形成封闭环，确保防水效果。

水平接合面在组合前涂刷环氧树脂，进行竖向张拉后固化，封闭缝隙并填充支撑结合面。同时在水平接缝拼装夹板及接头处涂胶确保粘接严密牢固，以此来增强防水效果。图2 为水平缝防水处理，图3 为水平止水条安装。

图2 水平缝防水处理

图3 水平止水条安装

3.4 环向缝防水处理

具体操作如下：①在环向接缝处安装两道30mm×18mm 止水条，止水条接头相互错开，环向止水条接口45°斜切。②环节合拢前，在两端面的两侧及底部外圈止水条与外边缘之间、上方内圈止水条与内边缘之间涂抹混凝土修补胶，厚度高于10mm，纵向临时张拉后固化。③环节合拢前，在固定块端面上相邻两个纵向预应力孔之间粘贴30mm×20mm 的腻子型止水条，连接内外两道止水条。孔段纵向永久预应力张拉后，孔道压浆时，同时通过环节孔口填注环间缝隙，压浆顺序为先下后上，由中向外。

孔段纵向永久预应力张拉后，用无收缩灌浆料填注顶部外圈止水条上方以及两侧和底部内圈止水条与内边缘之间的缝隙。图4 为环向止水条施工，图5 为环氧砂浆灌缝处理。

图4 环向止水条施工

图5 环氧砂浆灌缝处理

3.5 变形缝防水处理

根据设计要求，变形缝位置处设置双层止水带。在结构迎水面设置350mm×3mm 紫铜片止水带，在底板和侧墙预留燕尾槽、顶板设置后浇带，作为止水带安装孔；结构的背水面设置背贴式可以注浆式橡胶止水带，内周设置后浇带预留槽（20cm×20cm），并预埋钢板及螺栓，将橡胶止水带固定。

前一大节段拼装完成后，下一环拼装前，先查两大节段端头块的预留燕尾槽口的各部尺寸和位置，无误后再在两节段拼合前将紫铜片止水带安装在固定端头块的预留槽口内，最后在顶板顶面后浇带槽内接头，并用螺栓固定。

在固定端粘贴2cm 厚硬质塑料泡沫板及两道止水条，并在底板预留孔中插入φ32mm 钢筋，龙门吊拼装下一环后吊紫铜片装入燕尾槽中，对正下一段端头块插入推拢，联接固定两端头块。在顶部后浇带位置用螺栓将紫铜片止水带接头拼合，搭接长度不小于5mm，双面焊接形成闭环。在框架内部对底板和侧墙沿预留孔灌注灌浆料，封闭紫铜止水带。在内周预留后浇带上，从底板开始沿侧墙到顶板安装背贴式橡胶止水带，并用预埋螺栓固定，形成闭合环。按设计要求补接槽口钢筋，并在两端面各粘贴两条10mm×25mm 规格的遇水膨胀止水条，确保新旧混凝土之间的可靠连接，最后立模浇筑无收缩灌浆料。图6 为孔道压浆施工，图7 为紫铜片安装。

图6 孔道压浆施工

图7 紫铜片安装

4 结语

作为地下预制装配式结构工程施工中最为重要的组成部分，防水施工的质量直接影响整个工程的施工效果及行车安全。由于预制装配式结构施工技术水平、机械装配能力等客观因素的限制，目前国内地下工程中的分块式预制装配式结构工程仍然很少，尤其是大断面装配式工程，防水施工经验也很少。

本工程结构防水采用“防水混凝土+防水涂料+防水卷材”的三重防水并辅以细石混凝土保护层，弥补了构件形位误差的影响，有效的保证了防水效果；但防水施工工艺复杂，工序繁多，尤其是沉降缝的防水结构，施工操作难度大，质量控制要求高，容易出现疏漏而影响防水效果。建议在后续工程应用中优化结构设计，减少预制构件变形，并釆用前后及上下全匹配预制，这样不仅可以减少安装难度，保证装配质量，更可以优化并简化防水设计，方便操作，有利于保证防水效果。同时在施工的过程中要随时更新施工工艺，选用合适的防水材料，通过对装配式结构防水技术的不断改进，来提高工程质量，为后续工程提供经验。