山西省小浪底引黃工程盾構(gòu)隧道防水技術(shù)探討

摘? ? 要：山西省小浪底引黃工程盾構(gòu)隧道段穿越山西省運(yùn)城市聞喜縣境內(nèi)，由于隧道后半段在地下水極為豐富的地層中施工，防水已然成為隧道施工中的重要技術(shù)之一。本文就該隧道施工過(guò)程中管片結(jié)構(gòu)自防水、管片接縫防水、螺栓孔防水、壁后注漿孔和襯砌外注漿防水等技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。

關(guān)鍵詞：管片自防水;螺栓孔防水;接縫防水;襯砌外注漿防水

1? 工程概況

山西省小浪底引黃工程施工Ⅶ標(biāo)位于山西省聞喜縣河底鎮(zhèn)，本標(biāo)段主要建筑物包括盾構(gòu)正常掘進(jìn)段、盾構(gòu)始發(fā)豎井、發(fā)射區(qū)、盾構(gòu)后配套段及盾構(gòu)拆卸段等。

1.1? 工程地質(zhì)

隧洞位于第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3pal）地層中，從該層中上部通過(guò)，巖性為卵石混合土、級(jí)配不良礫、級(jí)配不良礫夾含砂低液限粘（粉）土。洞頂圍巖厚度60m～110m，向隧洞出口方向逐漸變薄。隧洞圍巖為邊山洪積物，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層分布韻律差，沉積交錯(cuò)雜亂，結(jié)構(gòu)松散，礫卵石成分主要為片麻巖、混合花崗巖、輝綠巖、角閃巖等，充填物為低液限粉土及中粗礫。成洞條件差。

1.2? 工程施工設(shè)計(jì)

山西省小浪底引黃工程施工Ⅶ標(biāo)盾構(gòu)法隧道施工采用1臺(tái)Φ5530mm的氣墊式泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。盾構(gòu)隧道采用C45高性能耐腐蝕混凝土預(yù)制拼裝式管片襯砌，采用“3+2+1”雙面楔形通用環(huán)管片，錯(cuò)縫拼裝。盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑4520mm，外徑5220mm，環(huán)寬1500mm，楔形量為16mm。每環(huán)管片由1塊封頂塊（C）、2塊鄰接塊（B1 、B2）、3塊標(biāo)準(zhǔn)塊（A1～A3）等六塊構(gòu)成。

2? 盾構(gòu)隧道防水施工原則

盾構(gòu)隧道防水施工遵循“以防為主、防排結(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合盾構(gòu)區(qū)間的工程特點(diǎn)、施工方法、使用要求和地質(zhì)條件等因素采取以結(jié)構(gòu)自防水為主，外防水為輔的施工原則。關(guān)鍵是處理好管片結(jié)構(gòu)自防水、管片接縫防水、螺栓孔防水、壁后注漿孔和襯砌外防水等施工防水作業(yè)。

3? 本工程盾構(gòu)施工防水技術(shù)措施

3.1? 管片結(jié)構(gòu)自防水

管片結(jié)構(gòu)自防水是隧道防水的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是首選的防水措施。根據(jù)本工程地質(zhì)條件與施工設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，管片混凝土采用耐久性好的C45高性能自防水混凝土，并通過(guò)外加劑提高混凝土的抗?jié)B性，混凝土管片的抗?jié)B等級(jí)為W10，限制裂縫開(kāi)展寬度≤0.2mm。管片外表面及側(cè)面與水接觸部分采用水泥基滲透結(jié)晶防水材料?；炷凉芷r砌每50環(huán)需要取一塊管片進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，保證在1.0MPa水壓維持3個(gè)小時(shí)條件下，滲水進(jìn)入管片背面高度≤5cm。

同時(shí)，為達(dá)到管片混凝土的自防水，管片的生產(chǎn)要主抓混凝土的密實(shí)度、抗裂性能和制作精度等。具體技術(shù)措施如下：（1）襯砌混凝土管片自防水技術(shù)。采用高效減水劑、高活性微礦粉摻料，選擇合理的拌合物配合比參數(shù)，配置以抗裂、耐久為重點(diǎn)的高性能混凝土，并在管片外噴涂防水涂層。

（2）選用高性能混凝土。①水膠比不大于0.35，混凝土塌落度小于60mm，易于澆筑和振搗;②抗壓強(qiáng)度等級(jí)大于C45;③混凝土澆筑完成10小時(shí)后即達(dá)脫模強(qiáng)度，約20MPa，以滿足12小時(shí)模具周轉(zhuǎn);④具有高抗?jié)B性，抗?jié)B等級(jí)大于W10;⑤低堿集料反應(yīng)性等。

（3）提高管片混凝土抗?jié)B性和耐久性技術(shù)。①摻加硅粉（水泥用量的10%），及?；コ?xì)高爐礦渣微粉（摻量與水泥量相當(dāng)），提高管片混凝土的抗?jié)B性、密實(shí)性;②管片外噴刷防水涂層，同時(shí)定期清掃管片內(nèi)側(cè)裂縫表面鹽分;③加強(qiáng)管片堆放、運(yùn)輸中的管理和檢查，防止管片開(kāi)裂或在運(yùn)輸中碰掉邊角;④管片進(jìn)場(chǎng)和下井前應(yīng)作外觀檢查，防止有缺陷的管片下井。

3.2? ?管片接縫防水

管片接縫防水包括彈性密封墊防水、管片拼裝過(guò)程中的接縫防水、嵌縫防水。為了防止管片接縫部位漏水，滿足防水構(gòu)造的要求，襯砌接縫設(shè)兩道防水，近外弧面處設(shè)遇水膨脹橡膠止水條，密封墊槽內(nèi)設(shè)彈性橡膠密封墊。具體如下：

（1）彈性密封墊防水。彈性密封墊（三元乙丙橡膠）是接縫防水的主要防線。要選擇專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠商，并對(duì)其在進(jìn)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，確保質(zhì)量合格。

（2）工程管片拼裝過(guò)程中的接縫防水。管片運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，先粘接防水材料，其工藝流程為：管片檢查→管片清理→材料準(zhǔn)備→管片烘干→抹膠→晾干→套貼止水條→敲緊→抹膠→晾干→粘貼彈性墊片→用木錘或橡膠錘敲緊→粘貼丁基膩?zhàn)印烤徟騽娣拧\(yùn)至井下。

防水材料安裝注意事項(xiàng)為：①密封墊表面遇水膨脹，橡膠遇水和潮氣也會(huì)膨脹，故逢雨天或梅雨季節(jié)應(yīng)覆蓋帆布，同時(shí)在表面涂緩膨劑，且拱底塊管片的密封露于溝槽外的表面必須涂刷換膨脹劑;②粘貼后的止水條應(yīng)牢固、平整、嚴(yán)密，位置準(zhǔn)確，不得有氣鼓，超長(zhǎng)與缺口，同時(shí)盡量不磕碰，防止止水條脫落，進(jìn)而保證粘貼質(zhì)量;③下雨天運(yùn)輸?shù)跹b管片，要防止管片淋雨，以免遇水膨脹橡膠失效;④止水條粘貼一般在管片使用前24小時(shí)進(jìn)行;⑤管片作業(yè)時(shí)，要盡量避免對(duì)已粘貼好的防水材料造成損壞，同時(shí)嚴(yán)禁帶水作業(yè)。

3.3? 螺栓孔防水

由于管片螺栓孔位于接縫面，因此密封防水也是重要環(huán)節(jié)。螺栓孔采用可更換的遇水膨脹橡膠密封圈作為螺栓孔密封圈，利用壓密與膨脹雙重作用加強(qiáng)防水，施工中應(yīng)避免螺栓位置偏于一邊的現(xiàn)象。由于螺栓墊圈會(huì)發(fā)生蠕變而松弛，在施工中需要對(duì)螺栓進(jìn)行二次擰緊。

操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)有：①安裝遇水膨脹墊圈時(shí)清掃螺栓孔及其周?chē)炷撩?，保證遇水膨脹墊圈和混凝土面接觸干凈;②管片螺栓采用防銹處理，必要時(shí)對(duì)螺栓涂刷防銹油漆;③以規(guī)定的扭矩?cái)Q緊螺栓;④由于螺栓墊圈會(huì)發(fā)生蠕變而松弛，在施工中需要對(duì)螺栓進(jìn)行二次擰緊。

3.4? 注漿孔防水

注漿孔由于可作為泄水孔來(lái)降低隧道周?chē)叵滤?，因此其也成為盾?gòu)隧道防水的重點(diǎn)之一?？刹捎脦嬷归y和螺旋蓋的注漿孔防水形式，其防水機(jī)理是利用逆止閥的逆止流動(dòng)作用使注漿液只向一個(gè)方向進(jìn)入。

注漿孔防水施工時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)包括：①密封圈采用遇水膨脹橡膠材料，利用壓密和膨脹雙重作用加強(qiáng)防水;②防止注漿孔的悶頭未擰緊，或悶頭螺紋與預(yù)埋螺母的間隙過(guò)大;③注漿孔迎水面在管片生產(chǎn)時(shí)預(yù)澆厚50mm的同級(jí)素混凝土，其中，如要通過(guò)注漿孔進(jìn)行注漿，要清理預(yù)留孔內(nèi)殘余物，填入膩?zhàn)有团蛎浿顾芊獠牧?，然后用防水砂漿封固孔口。

3.5? 襯砌外注漿防水

盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面直徑為5.53m，管片外徑為5.22m，管片外徑和開(kāi)挖面直徑存在15.5cm的間隙。盾構(gòu)推進(jìn)后，要及時(shí)進(jìn)行同步注漿和二次注漿填充盾尾空隙，以防止地面沉降的同時(shí)，可以形成穩(wěn)定的管片外圍防水層，將管片包圍起來(lái)，形成一個(gè)保護(hù)圈，成為隧道的第一道防水層。

注漿防水層施工技術(shù)措施為：①同步注漿材料采用水泥粉煤灰，初凝時(shí)間6h～10h，同步注漿采用注漿量與注漿壓力雙控;②二次注漿材料采用雙液漿（水泥+水玻璃漿液），凝膠控制在時(shí)間30s左右，二次注漿采用壓力控制，注漿壓力為0.7MPa～1MPa。

此外，襯砌外同步注漿及二次注漿防水要滿足以下要求：①注漿壓力大于開(kāi)挖面的切口水壓;②注漿過(guò)程中，要對(duì)地面進(jìn)行觀察，以防止地面有較大隆起;③注漿過(guò)程中，不能使管片因受壓而錯(cuò)位變形，同時(shí)也不能使?jié){液大量從管片與盾尾間隙滲漏。

4? 結(jié)束語(yǔ)

總之，隧道防水作為盾構(gòu)隧道施工的一項(xiàng)重點(diǎn)工程，應(yīng)貫徹于工程的全過(guò)程中。合理可行的防水設(shè)計(jì)概念、優(yōu)質(zhì)的防水材料、良好的防水混凝土質(zhì)量以及與此相適應(yīng)的施工方法和工程流程都是盾構(gòu)隧道防水質(zhì)量的基礎(chǔ)。同時(shí)，配備具有較強(qiáng)防水質(zhì)量意識(shí)和豐富施工經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)施工人員，嚴(yán)格施工操作流程，也是保證隧道防水效果好壞的關(guān)鍵。

作者簡(jiǎn)介：

段國(guó)棟（1987—）男，漢族，山西省臨汾曲沃人。2009年07月畢業(yè)于山西大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，主要從事城市地下工程等工作與研究。