盾构法施工地铁隧道的防水堵漏技术
铁工
1401班 第2组
组长：常博
组员: 赵 昶 郭相凯 王同祥
刘 鹏 袁自程
目 录
一、国内外隧道建设及防水情况……………………………………2
二、盾构法隧道的防水设计…………………………………………2
1、管片结构的自防水…………………………………………………3
2、管片外防水涂层……………………………………………………3
3、管片接缝防水………………………………………………………4
4、注浆防水……………………………………………………………7
5、盾尾防水密封………………………………………………………7
三、盾构法隧道的堵漏………………………………………………7
1、盾构法隧道渗漏水的原因…………………………………………8
2、盾构法隧道渗漏水的措施…………………………………………8
四、总结………………………………………………………………9
共 9页 第 1 页摘 要 介绍国内外盾构法隧道防水堵漏的技术方法，分析隧道渗漏水的机理，总结盾构法隧道防水堵漏技术措施，以及一些常见问题及其应对措施。
关键词 城市地铁 防水技术 隧道防水 隧道堵漏
一、国内外隧道建设及防水情况
国内外已建成大量地铁、隧道，逐步形成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系，但是在隧道及地下工程的防水方面认识则相对落后。地铁不可避免地要经过含水量较高的地层(如上海地铁所处地层大多为饱和含水软粘土层)，所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水、堵漏措施，地下水就会侵入隧道，影响其内部结构与附属管线，乃至危害到地铁的运营安全和降低隧道使用寿命。
盾构隧道渗漏水的位置是管片的接缝、管片自身小裂缝、注浆孔和手孔等。其中以管片接缝处为防水重点。通常接缝防水的对策是使用密封材料，以西德为代表的欧洲方面，采用非膨胀合成橡胶，靠弹性压密，以接触面压应力来止水，以耐久性与止水性见长。以日本为代表的方面，则采用水膨胀橡胶，靠其遇水膨胀后的膨胀压止水。它的特点是可使密封材料变薄、施工方便，但耐久性尚待验证。国内主要采用水膨胀橡胶，并已开始研究开发水膨胀类材料与密封垫两者的复合型。
二、盾构法隧道的防水设计
一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。盾构法隧道防水主要要求是在一定的水压作用下，除了管片必须具有防水抗渗能力外，更应满足管片环纵缝在预定张开量下的
共 9页 第 2 页防水能力。其防水施工的内容主要包括：管片自防水、管片外防水涂层、管片接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水）、注浆防水、渗漏处理(盾尾充填注浆等)。
1、管片结构的自防水
管片结构自防水是防水的根本，只有衬砌管片混凝土满足自防水的要求，隧道的防水才有了基本保证。
因此，管片结构的自防水是盾构法隧道防水的首要措施，在设计和施工中，主要通过满足管片混凝土的抗渗要求和管片预制精度要求来实现。盾构法隧道衬砌管片多用外加剂防水混凝土，抗渗可达 S12以上，渗透系数 K
(1) 保证强度；
(2) 生产时不允许产生裂缝；
(3)限制水泥用量，控制水灰比、坍落度，控制砂石含泥量，添加高效减水剂和活性填桃磨细粉煤灰、高炉矿碴粉或硅粉)等外掺剂；
(4) 管片采用蒸气养护或浸水养护等；
2、管片外防水涂层
管片外防水涂层需根据管片材质而定，凡有较深裂纹的管片一般都要增加外防水涂层。对钢筋混凝土管片而言，一般要求：
①涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压磨损条件下保持完好，不损伤、抗渗水；
②当管片弧面的裂缝宽度达0.3mm 时，仍能抗0.8MPa 的水压，
共 9页 第 3 页长期不渗漏；
③涂层应具有防迷流的功能，其体积电阻率、表面电阻率要高：
④涂层应具有良好的抗化学腐蚀、抗微生物侵蚀能力和足够的耐久性，且无毒或低毒；
⑤涂层要有良好的施工季节适应性，施工简便，成本低廉。
管片外防水涂层，除应涂抹于管片背面外，还应涂抹在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土上。但应指出，若管片制作质量高，采用抗侵蚀水泥，不做外防水层也是可以的。
3、管片接缝防水
管片接缝防水是盾构法隧道防水的核心，而管片接缝防水的关键是接缝面防水密封材料的采用及其设置。管片接缝防水措施主要包括：密封垫防水、嵌缝防水、螺栓孔防水、二次衬砌防水等。 (1) 弹性密封垫防水
在使用高精度管片的基础上，采用弹性密封原理、线性密封方式、密封材料预制成型施工法，制成具有特殊断面形式的弹性密封垫。它通常加工成框形、环形，套裹在环片预留的凹槽内，形成线防水。 弹性密封垫防水的各种要求： ① 功能要求
短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大于设计水压力；长期防水要求接触面应力不小于设计水压力；密封垫在设计水压力下允许张开值应满足下式：
≤BD/(ρmin-0.5D)十0 十S------（1—1）
共 9页 第 4 页式中： δ--环缝中弹性防水密封垫在设计水压力下允许的缝张开值(mm)；
ρmin--隧道纵向挠曲的最小曲率半径(mm)； D--衬砌外径(mm)； B--管片宽度(mm)；
0 --生产、施工中可能产生的环缝间隙(mm)；
S--邻近建筑物引起的接缝张开值(mm)。
② 耐久性要求
包括防水功能耐久性、耐水性、耐动力疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学腐蚀性等。 ③ 密封材料种类
可分为单一材料的、合成材料的及水膨胀的。现多采用水膨胀橡胶。它大大改善了盾构法隧道的防水性，是今后的发展方向。在设计时必须根据实际情况确定合适的膨胀倍率、膨胀时间及环境可能造成的影响。 (2) 嵌缝防水
嵌缝防水是以接缝弹性密封垫防水作为主要防水措施的补充措施。即在管片环缝、纵缝的内侧设置嵌缝槽，用止水材料在槽内嵌填密实来达到防水目的。
嵌缝填料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、延伸性、抗老化性，特别要能与潮湿的混凝土良好结合，并具有不流坠的抗下垂性，以便在潮湿环境下进行施工。目前多采用环氧树脂、聚硫橡胶、
共 9页 第 5 页聚氨脂、环氧焦油等作为嵌缝材料。
嵌缝作业在环片拼装完成后过一段时间才能进行，亦即在盾构推进力对它无影响，衬砌变形相对稳定时进行。 (3) 螺栓孔防水
螺栓孔防水也是管片接缝防水的一种补充方式。管片拼装完成后，若管片接缝外侧的防水弹性密封垫止水效果好，一般不会从接缝内侧的螺栓孔发生渗漏。但在密封垫失效和环片拼装精度差的部位，螺栓孔处会发生渗漏，因此，必须对螺栓孔进行专门的防水处理。
目前，我国普遍采用橡胶、聚乙稀及合成树脂等做成环形密封垫圈，靠拧紧螺栓时的挤压作用充填到螺栓孔间，以达到止水的目的。在日本，采用塑料螺栓孔套管进行防水， （4）二次衬砌防水
在管片的上述接缝防水措施不能完全满足止水要求时，可在其内侧再浇筑一层素混凝土或钢筋混凝土二次衬砌，构成双层衬砌。
二次衬砌做法各异，主要有直接在管片内侧浇筑混凝土内衬砌；在管片内表面先喷一层15～20mm厚的找平层后，粘贴油毡或合成橡胶类防水卷材，再在防水卷材内侧浇筑混凝土内衬。混凝土内衬的厚度根据防水及施工的需要确定， 一般为150～300mm。
目前，大多数国家都致力于研究解决单层衬砌防水技术，逐步以单层衬砌防水取代二次衬砌防水，从而提高盾构法隧道建造的经济效益。
4、注浆防水
共 9页 第 6 页当管片脱 离盾尾后, 在土体与管片之间会形成一道宽度为115mm~ 14 0mm左右的环形空隙。
同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层, 防止地 面变形过大, 同时也对后期运营时的渗漏水有很大的作用。在盾构法隧道施工中注浆是一道基本程序, 对注浆 的控制主要表现 在对注浆量、注浆压力和注浆材料的控制。对注浆工艺也在进行不断的改革和创新。
5、盾尾防水密封
盾构推进中, 拼装管片是在盾壳的保护下进行的。为此,在盾尾和管片外壁之间间隙中装有阻挡泥沙密封的盾尾密封装置。盾尾密封装置一般为刷式密封,通常设置2或3道密封.密封腔之间应该填满润滑油脂等。提高密封的耐磨性。盾尾密封油脂有密封、防蚀和减少钢丝刷 (严格说是钢丝刷与小弹簧钢片 的组合)磨损的效果, 并共同阻挡土层泥砂与盾尾注浆材料 回流。
盾尾封油脂应具有耐水压性、耐水冲性、可泵性、与金属附着力和保油性等。此外, 油脂应不侵蚀橡胶密封垫,不易附着在管片混凝 土表面, 以及设有难燃型的品种.此外还必须要求盾尾密封油脂的生物降解性,以减少对环境的污染。
三、盾构法隧道的堵漏
渗漏水调查是堵漏过程中的首要环节。调查的内容一般侧重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的损坏情况等。主要是查清渗漏水的原因和水的渗入途径，并由此制定渗漏水治理方案。
共 9页 第 7 页盾构法圆环隧道的渗漏水治理效果很大程度上取决于堵漏作业人员的经验。而缺少严格、正确的渗漏水调查也是堵漏失败的一大原因，这一点必须得到足够的重视。
1、盾构法隧道渗漏水的原因
(1) 管片壁后注浆的质量差、充填不密实，不能使围岩和衬砌整体协调受力，造成受力不均，局部变形过大，首道防水层失去作用而引起渗漏水。
(2) 管片在制作时养护不合理、水灰比过大，出现气孔和微裂纹。
(3) 管片在运输、拼装中受挤压、碰撞、缺边掉角。
(4) 遇水膨胀橡胶密封垫粘贴不牢，或过早浸水使膨胀止水效果降低。
(5) 管片拼装质量差、螺栓未拧紧，造成接缝张开过大，手孔、注浆孔等薄弱部位封孔质量差，螺栓孔未加防水密封垫圈等。
2、盾构法隧道渗漏水的措施
(1) 对于集中成片渗漏区，宜利用环片注浆孔注浆壁后回填。即钻穿注浆孔，再注入超细早强水泥浆、有溶性聚氨酯浆液等堵漏。
(2) 对于管片环缝、纵缝的局部线漏、滴漏，宜采用钻新孔环片壁后注浆堵漏。具体方法是：在渗漏严重处先打一小孔，直径一般为2-3cm，插入塑料细管引排渗漏水，同时插入注浆管，向管片壁后压注水玻璃水泥浆、聚氨酯浆等材料封堵渗漏水通道。当确认不渗漏水时剪断注浆管，最后用快凝水泥封闭孔及周边缝。
(3) 对于管片裂缝引起的渗漏水，可根据裂缝宽度，按如下两种
共 9页 第 8 页情况处理：
① 宽度大于0.2mm 的裂缝应先注浆堵漏，再用氯丁胶乳、丙烯酸乳液等进行表面涂抹封闭裂缝，这些材料具有很大的弹性、粘结性和自身强度，能适应裂缝以后的发展变形。
② 宽度小于等于0.2mm 的微裂缝，据实践调查表明，在具有一定厚度(300mm 以上)和承受的水压不大时，不会出现影响隧道使用的明显渗漏；当水压不太大时，会出现潮湿裂缝或轻微渗漏水，这时混凝土的裂缝具有自愈能力，同时渗漏水对钢筋锈蚀影响也不明显。
因此，处于地下水中的混凝土裂缝的允许宽度，其上限一般定为0.2mm。对于这类型裂缝，只需采用 AS 混凝土墙面涂料、SWF 水泥密封材料等作表面涂刷封闭处理，即能达到堵漏的要求。
四、总结
盾构法施工隧道的防水，必须采取“以防为主，多道防线，综合治理，标本兼治”的原则。不但要从防水设计、施工着手，还要从衬砌结构设计、管片拼装质量、控制隧道的后期不均匀沉降等方面进行综合处理。经过合理正确的设计，精心科学的施工，可靠的质量保证体系，相信可以取得预计的效果。
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