雙護(hù)盾TBM隧道豆礫石注漿層防水性能研究

王志康

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 引 言

青島地鐵2#線部分區(qū)間采用TBM施工，以管片為支護(hù)結(jié)構(gòu)。地鐵區(qū)間防水均遵循“以防為主，剛?cè)嵯酀?jì)，多道設(shè)防，因地制宜，綜合治理”的原則。管片支護(hù)結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)自防水為主，外防水為輔。其中管片壁后豆礫注漿層作為結(jié)構(gòu)外防水體系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的積極作用。一直以來，限于施工工藝，豆礫石注漿層的防水作用往往被忽略。因此，認(rèn)清豆礫石注漿層的防水性能也就顯得更有意義。

TBM隧道中，豆礫石通過吹填孔吹入管片壁后空間，隨后灌注水泥漿，形成豆礫石注漿層。豆礫石注漿層施作質(zhì)量影響因素較多，防水性能也差異較大，探明豆礫石注漿層的防水性能對TBM隧道防水設(shè)計(jì)具有重要意義。對此，依據(jù)青島地鐵2#線，開展了豆礫石注漿層抗?jié)B試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定豆礫石注漿層的防水等級，相應(yīng)研究成果可為雙護(hù)盾TBM隧道防水設(shè)計(jì)提供參考。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究將通過抗?jié)B試驗(yàn)確定豆礫石注漿層防水性能。工程中，管片壁后豆礫石分布極不均勻，部分區(qū)域豆礫石含量較多，而豆礫石含量對豆礫石注漿層具有重要影響。對此本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種不同豆礫石摻加量的試件，見表1。三種試件豆礫石填充體積所占比例分別為1/3、2/3、1，每組試件共制作6個(gè)試塊。

表1 豆礫石注漿層抗?jié)B試件工況

豆礫石放置于模具后，需對豆礫石注漿，漿液采用水泥漿液，依據(jù)工程實(shí)際確定水灰比為0.6∶1。注漿后對豆礫石灌漿進(jìn)行振搗，后靜放48 h脫模。脫模后需采用鋼絲刷打磨試件，見水泥漿膜刷去。試件制作完成后需放入養(yǎng)護(hù)箱，養(yǎng)護(hù)7 d。試件養(yǎng)護(hù)完成后，準(zhǔn)備開始豆礫石注漿層的抗?jié)B試驗(yàn)。

抗?jié)B試驗(yàn)開始前，對試件表明涂抹水泥黃油混合物，并通過壓力機(jī)將試件壓入抗?jié)B試驗(yàn)試驗(yàn)儀的模套內(nèi)。試件入模后排出儀器管路內(nèi)空氣，并對試件密封后安裝與試驗(yàn)儀上。

試驗(yàn)安裝完成后開展豆礫石注漿層的抗?jié)B試驗(yàn)，試驗(yàn)水壓力加載從0.1 MPa開始，隨后逐級加載，每級荷載差0.1 MPa，持載8 h。每組試件中3個(gè)試塊出現(xiàn)滲水時(shí)，可停止試驗(yàn)，并應(yīng)記下此時(shí)的水壓力。試驗(yàn)中試件周邊出現(xiàn)滲水時(shí)，則試驗(yàn)失敗，需重新對試件進(jìn)行密封。

豆礫石注漿層的抗?jié)B等級以4個(gè)試塊未出現(xiàn)漏水時(shí)的最大水壓力計(jì)算確定，計(jì)算公式式(1)

P=10H-1

(1)

式中：P為豆礫石注漿層的抗?jié)B等級；H為3個(gè)試塊出現(xiàn)滲水時(shí)的水壓力。

試驗(yàn)完成后，通過劈裂法將試塊劈開，可以觀察試塊的的滲水高度，滲水高度是評價(jià)試塊滲透性的關(guān)鍵參數(shù)。確定滲透高度時(shí)可將試塊底邊15等分，量測各等分點(diǎn)上的深水高度，取各等分點(diǎn)的平均值作為滲水高度。

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過對豆礫石注漿層的滲水試驗(yàn)，得出了3種試驗(yàn)工況下豆礫石注漿層的防水性能。

由表2可以看出，豆礫石注漿層具備一定的抗?jié)B性能，但抗?jié)B性能較低，防水等級不足四級。隨著豆礫石填充體積的增加，豆礫石注漿層的抗?jié)B性能逐漸降低?？梢娫黾佣沟[石產(chǎn)量會(huì)為地下水提供更多的滲水路徑。豆礫石注漿層中水泥漿液是決定豆礫石注漿層防水性能的關(guān)鍵因素，工程中應(yīng)特別注重水泥灌漿質(zhì)量。TBM隧道拱頂處豆礫石注漿層容易出現(xiàn)空洞、不密實(shí)的情況，需進(jìn)行二次回填灌漿，二次注漿可以提高豆礫石注漿層的抗?jié)B性能。二次注漿隨在一定程度上可以提高豆礫石注漿層的抗?jié)B性能，但二次注漿與同步注漿相差時(shí)間較長，難以充分接觸，豆礫石注漿層整體性較差，抗?jié)B性能提高不明顯。

表2 滲水試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)可以得出，當(dāng)豆礫石注漿層不密實(shí)時(shí)，應(yīng)采用二次注漿的方法進(jìn)行加強(qiáng)，但豆礫石注漿層依舊不能保證提供較高的防水效果，因此工程實(shí)際中不應(yīng)考慮豆礫石灌漿層的防水性能。雙護(hù)盾TBM隧道防水設(shè)計(jì)應(yīng)以管片結(jié)構(gòu)的自防水和接縫防水為主。管片防水等級應(yīng)達(dá)到P12，接頭則不允許滲水。管片外防水則可考慮涂刷滲透性結(jié)晶防水涂料或環(huán)氧涂料，以提高其防水性能。

4 結(jié) 論

管片支護(hù)結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)自防水為主，外防水為輔。豆礫石注漿層作為結(jié)構(gòu)外防水體系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的積極作用。一直以來，限于施工工藝，豆礫石注漿層的防水作用往往被忽略。研究對豆礫石注漿層進(jìn)行了抗?jié)B試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定豆礫石注漿層的防水等級，研究得出了以下結(jié)論。

(1)豆礫石注漿層具備一定的抗?jié)B性能，但抗?jié)B性能較低。隨著豆礫石填充量的增加，豆礫石注漿層的抗?jié)B性能降低。

(2)二次注漿可以提高豆礫石注漿層的抗?jié)B性能，但二次注漿與豆礫石注漿層難以充分接觸，抗?jié)B效果不明顯。

(3)雙護(hù)盾TBM隧道防水設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)考慮豆礫石灌漿層的防水性能，應(yīng)以管片結(jié)構(gòu)的自防水和接縫防水為主。