双护盾TBM隧道豆砾石注浆层防水性能研究

王志康

(中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000)

1 引 言

青岛地铁2#线部分区间采用TBM施工，以管片为支护结构。地铁区间防水均遵循“以防为主，刚柔相济，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则。管片支护结构以结构自防水为主，外防水为辅。其中管片壁后豆砾注浆层作为结构外防水体系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的积极作用。一直以来，限于施工工艺，豆砾石注浆层的防水作用往往被忽略。因此，认清豆砾石注浆层的防水性能也就显得更有意义。

TBM隧道中，豆砾石通过吹填孔吹入管片壁后空间，随后灌注水泥浆，形成豆砾石注浆层。豆砾石注浆层施作质量影响因素较多，防水性能也差异较大，探明豆砾石注浆层的防水性能对TBM隧道防水设计具有重要意义。对此，依据青岛地铁2#线，开展了豆砾石注浆层抗渗试验，通过试验确定豆砾石注浆层的防水等级，相应研究成果可为双护盾TBM隧道防水设计提供参考。

2 试验设计

研究将通过抗渗试验确定豆砾石注浆层防水性能。工程中，管片壁后豆砾石分布极不均匀，部分区域豆砾石含量较多，而豆砾石含量对豆砾石注浆层具有重要影响。对此本次试验设计了三种不同豆砾石掺加量的试件，见表1。三种试件豆砾石填充体积所占比例分别为1/3、2/3、1，每组试件共制作6个试块。

表1 豆砾石注浆层抗渗试件工况

豆砾石放置于模具后，需对豆砾石注浆，浆液采用水泥浆液，依据工程实际确定水灰比为0.6∶1。注浆后对豆砾石灌浆进行振捣，后静放48 h脱模。脱模后需采用钢丝刷打磨试件，见水泥浆膜刷去。试件制作完成后需放入养护箱，养护7 d。试件养护完成后，准备开始豆砾石注浆层的抗渗试验。

抗渗试验开始前，对试件表明涂抹水泥黄油混合物，并通过压力机将试件压入抗渗试验试验仪的模套内。试件入模后排出仪器管路内空气，并对试件密封后安装与试验仪上。

试验安装完成后开展豆砾石注浆层的抗渗试验，试验水压力加载从0.1 MPa开始，随后逐级加载，每级荷载差0.1 MPa，持载8 h。每组试件中3个试块出现渗水时，可停止试验，并应记下此时的水压力。试验中试件周边出现渗水时，则试验失败，需重新对试件进行密封。

豆砾石注浆层的抗渗等级以4个试块未出现漏水时的最大水压力计算确定，计算公式式(1)

P=10H-1

(1)

式中：P为豆砾石注浆层的抗渗等级；H为3个试块出现渗水时的水压力。

试验完成后，通过劈裂法将试块劈开，可以观察试块的的渗水高度，渗水高度是评价试块渗透性的关键参数。确定渗透高度时可将试块底边15等分，量测各等分点上的深水高度，取各等分点的平均值作为渗水高度。

3 试验结果

通过对豆砾石注浆层的渗水试验，得出了3种试验工况下豆砾石注浆层的防水性能。

由表2可以看出，豆砾石注浆层具备一定的抗渗性能，但抗渗性能较低，防水等级不足四级。随着豆砾石填充体积的增加，豆砾石注浆层的抗渗性能逐渐降低。可见增加豆砾石产量会为地下水提供更多的渗水路径。豆砾石注浆层中水泥浆液是决定豆砾石注浆层防水性能的关键因素，工程中应特别注重水泥灌浆质量。TBM隧道拱顶处豆砾石注浆层容易出现空洞、不密实的情况，需进行二次回填灌浆，二次注浆可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能。二次注浆随在一定程度上可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能，但二次注浆与同步注浆相差时间较长，难以充分接触，豆砾石注浆层整体性较差，抗渗性能提高不明显。

表2 渗水试验结果

通过试验可以得出，当豆砾石注浆层不密实时，应采用二次注浆的方法进行加强，但豆砾石注浆层依旧不能保证提供较高的防水效果，因此工程实际中不应考虑豆砾石灌浆层的防水性能。双护盾TBM隧道防水设计应以管片结构的自防水和接缝防水为主。管片防水等级应达到P12，接头则不允许渗水。管片外防水则可考虑涂刷渗透性结晶防水涂料或环氧涂料，以提高其防水性能。

4 结 论

管片支护结构以结构自防水为主，外防水为辅。豆砾石注浆层作为结构外防水体系的一部分，在防止地下水流入方面具有一定的积极作用。一直以来，限于施工工艺，豆砾石注浆层的防水作用往往被忽略。研究对豆砾石注浆层进行了抗渗试验，通过试验确定豆砾石注浆层的防水等级，研究得出了以下结论。

(1)豆砾石注浆层具备一定的抗渗性能，但抗渗性能较低。随着豆砾石填充量的增加，豆砾石注浆层的抗渗性能降低。

(2)二次注浆可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能，但二次注浆与豆砾石注浆层难以充分接触，抗渗效果不明显。

(3)双护盾TBM隧道防水设计时不应考虑豆砾石灌浆层的防水性能，应以管片结构的自防水和接缝防水为主。