盾构隧道防水保障措施及病害处理

宋立平 谢强 唐斌

【摘 要】管片自防水和接缝防水是盾构隧道防水的关键，密封垫是接缝防水的主要防线。论文针对隧道防水问题，详细讨论了盾构管片与密封垫成品质量检验标准，分析了密封垫性能检测的方法和性能要求。对施工及运营过程常见管片防水威胁较大的管片破损、错台过量及渗漏水等三方面病害治理提出相应的防水保障措施。本研究可为类似盾构设计、施工及运营过程类似问题提供参考及借鉴意义。

【Abstract】Segment self waterproofing and joint waterproofing are the key to shield tunnel waterproofing. Gasket is the main line of waterproofing for joints. In view of the waterproofing problem of tunnel， this paper discusses the quality inspection standard of shield segment and seal gasket in detail， and analyzes the methods and performance requirements of seal gasket performance testing. Corresponding waterproofing safeguard measures are put forward for the treatment of the segment breakage， slab staggering excess and leak water， which are the common segments greatly threat the segment waterproofing in the construction and operation process. This study can provide reference for similar shield design， construction and operation process.

【關键词】盾构隧道；接缝防水；管片修复；错台处理

【Keywords】shield tunnel； joint waterproofing； segment repair； slab staggering treatment

【中图分类号】U455 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）08-0193-04

1 引言

在盾构法施工中，隧道渗漏水问题不容忽视。隧道渗漏水不仅会对隧道的耐久性产生影响，而且会造成隧道周围土层水土流失，引起隧道沉降和变形[1-2]。若隧道发生渗漏不及时处理，极有可能引起不可估量的后果。因此，盾构隧道施工、设计及运营阶段的防水保障措施及病害处理非常关键。盾构隧道的防水措施由混凝土管片自防水、管片接缝防水、联络通道与隧道接缝防水和进出洞处防水措施四部分组成[3-4]。目前，国内外学者研究中，普遍认为密封垫的防水能力与密封垫之间的接触应力直接相关[5-8]。而密封垫之间的接触应力与密封垫的材质、断面形式以及密封垫的压缩量直接相关。国内外学者针对密封垫张开量对防水能力影响及密封垫断面优化等方面进行了大量研究。因此，针对盾构隧道防水问题，主要分析管片与密封垫成品质量检验，密封垫主要性能指标测试，从盾构管片破损、错台过量以及渗漏治理措施三方面提出防水保障措施。本文根据调研现场盾构隧道的防水问题及解决措施，提出盾构隧道的防水保障措施，可为类似工程提供指导意义。

2 盾构防水保障措施

2.1 管片成品检验

2.1.1 管片外观质量

根据《盾构法隧道施工与验收规范》中的规定，应对管片进行全数检查，检验方法以观察法为主。管片外观质量缺陷等级如表1所示。

管片表面麻面、掉皮、起砂、存在少量气泡等 一般缺陷

2.1.2 管片几何尺寸

根据规范要求，管片每日生产不能超过15环，且应在15环中随机抽取1环管片进行检查，检验标准和检验方法如表2所示。

2.1.3 管片水平拼装检验

每生产200环管片后应进行水平拼装检验1次，其允许偏差和检验方法如表3所示。

2.1.4 管片成品检漏

管片每生产100环应抽查1块管片进行检漏测试，连续3次达到检测标准，则改为每生产200环抽查1块管片，再连续3次达到检测标准，按最终检测频率为400环抽查1块管片进行检漏测试。如出现一次不达标，则恢复每100环抽查1块管片的最初检测频率，再按上述要求进行抽检。当检漏频率为每100环抽查1块管片时，如果出现不达标，则双倍复查，如再出现不达标，必须逐块检测。检查方法采用观察和尺量并用的方法。

2.2 密封垫成品检验

2.2.1 密封垫及配套胶粘剂成品检验

对于密封垫成品而言，其外观及材料性能能否达到原有的设计指标是密封垫是否合格的关键。因此在将密封垫粘贴之前应先检查其出场合格证、质量检测报告等，同时还需对其进行现场抽样复验。此外，密封垫应粘贴牢固，平整、严密，位置正确，不得有起鼓、超长和缺口现象；管片拼装前应逐块对粘贴的密封垫进行检查，拼装时不得损坏密封垫。

2.2.2 密封垫材料性能指标

密封垫材料性能应满足相应指标，目前常用的三元乙丙橡胶具体指标如表4所示。

2.2.3 密封垫检验方法

①断面检测。根据地下工程防水规范《GB50108-2008》规定，密封垫沟槽的净面积与密封垫的净面积之比在1～1.15之间。在上海地铁盾构管片弹性橡胶密封垫（三元乙丙）生产工艺及产品标准（STB-DQ-010201）中明确规定了密封垫的生产公差控制范围。

②硬度检。采用邵尔硬度计测得密封带试件的硬度，评价标准以设计院提出的65+/3°为准。

③水密性实验。水密性实试验的原理就是利用密封带制造一个密封环境，调整密封环境的水压，观察渗漏情况。为此根据模拟管片缝的位置不同，可分为“一字模型”，“T字模型”和“十字模型”。

④密封垫压缩实验。将密封垫试件置于加压装置上，安装侧限装置，在无水压条件下垂直加压，用百分表记录不同压力情况下的密封垫压缩变形量。加压值从零开始递增，加压上限根据沟槽确定。通过加压及变形情况得出压缩应力与压缩量关系，绘制压力与压缩量关系曲线。

3 管片病害治理措施

3.1 管片修补措施

盾构管片拼装过程中由于拼装失误管片出现破损是在所难免的，尤其是在管片边角处。管片修补应遵循以下标准：当管片表面出现缺棱掉角、混凝土剥落、大于0.2mm宽的裂缝或贯穿性裂缝等缺陷时，必须进行修补；管片修补时，應分析管片破损原因及程度，制定修补方案；修补材料强度不应低于管片强度。

3.2 错台过量“植筋—钢板”加固补救措施

在隧道推进过程中，偶尔会出现某一环管片错台量过大的情况。为了防止后期运营过程中错台量继续发展，因此有必要对该类错台量较大的管片进行一定的加固措施。目前实际工程中采用的主要为“植筋-钢板”加固方法。具体施工方法为“植筋+钢板”加固，施工流程如下：①对出现错台量较大处的相邻管片打入植筋，植筋应与管片边缘保持一定的距离，防止管片出现局部开裂和掉块。②将钢板沿接缝方向依次焊接到植筋上，在管片内侧形成一道保护层，组织管片错台量继续发展。

3.3 渗漏水治理措施

根据《地下防水工程施工质量验收规范》，隧道的渗漏水量应控制在设计的防水等级要求范围内且衬砌接缝不得有线流和漏泥砂现象。检验方法主要通过观察和渗漏水量测。

实际过程，应根据工程的实际情况，对不同的渗漏区域制定出相应的治理方案和措施。

由于盾构隧道过程中以接缝漏水和手孔渗漏水较为常见，故在此对该部分的渗漏水提出治理措施。

根据相应规范以及国内其他工程的经验，盾构法隧道接缝和手孔渗漏的治理可采取注浆止水、壁后注浆、快速封堵或嵌填密封等措施，如表5所示。

4 结论

①将防水保障措施划分为三部分：管片与密封垫成品质量检验保障措施以及管片病害治理措施，分别对应于不同的施工阶段，为盾构隧道防水提供了多重保障，大大提高了盾构隧道的防水性能。

②当管片发生破损开裂后，应在第一时间进行修补，根据试验结果，采用环氧材料能够达到较好的修补效果，当修补量较大时可将环氧材料和快硬水泥结合使用。

③对于发生较大错台的管片，应对其内侧进行钢板加固，防止进一步的变形，同时在必要情况下可采用壁后注浆的方法修正其错台量。

④管片接缝或手孔处发生渗漏水时应在第一时间对其进行注浆堵漏，防止隧道发生过大沉降，渗漏加剧，形成恶性循环。

【参考文献】

【1】KOYAMA Y. Present status and technology of shield tunneling method in Japan[J]. Tunnelling and Underground Space Technology， 2003， 18（2）： 145-159.

【2】周顺华. 我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展[J]. 城市轨道交通研究，2004（02）：34-37.

【3】ITA WG Research （2000） Guidelines for the design of shield tunnel lining[J]. Tunnelling and Underground Space Technology， 2000， 15（3）： 303-331.

【4】季昌， 周顺华， 许恺， 等. 盾构隧道管片施工期上浮影响因素的现场试验研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2013，32（S2）：3619-3626

【5】朱祖熹. 盾构隧道管片接缝密封垫防水技术的现状与今后的课题[J]. 隧道建设，2016（10）：1171-1176.

【6】朱祖熹. 盾构法隧道的盾尾防水密封与盾尾密封油脂[J]. 中国建筑防水，2009（07）：2-6.

【7】朱祖熹. 当今国内外盾构隧道防水技术比较谈[J]. 地下工程与隧道，2002（01）：14-20+55.

【8】拓勇飞，舒恒，郭小红，等. 超高水压大直径盾构隧道管片接缝防水设计与试验研究[J]. 岩土工程学报，2013（S1）：227-231.