山西省小浪底引黄工程盾构隧道防水技术探讨

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　　摘    要：山西省小浪底引黄工程盾构隧道段穿越山西省运城市闻喜县境内，由于隧道后半段在地下水极为丰富的地层中施工，防水已然成为隧道施工中的重要技术之一。本文就该隧道施工过程中管片结构自防水、管片接缝防水、螺栓孔防水、壁后注浆孔和衬砌外注浆防水等技术进行简要总结。
　　关键词：管片自防水;螺栓孔防水;接缝防水;衬砌外注浆防水
　　1  工程概况
　　山西省小浪底引黄工程施工Ⅶ标位于山西省闻喜县河底镇，本标段主要建筑物包括盾构正常掘进段、盾构始发竖井、发射区、盾构后配套段及盾构拆卸段等。
　　1.1  工程地质
　　隧洞位于第四系上更新统洪积（Q3pal）地层中，从该层中上部通过，岩性为卵石混合土、级配不良砾、级配不良砾夹含砂低液限粘（粉）土。洞顶围岩厚度60m～110m，向隧洞出口方向逐渐变薄。隧洞围岩为边山洪积物，地质结构复杂，地层分布韵律差，沉积交错杂乱，结构松散，砾卵石成分主要为片麻岩、混合花岗岩、辉绿岩、角闪岩等，充填物为低液限粉土及中粗砾。成洞条件差。
　　1.2  工程施工设计
　　山西省小浪底引黄工程施工Ⅶ标盾构法隧道施工采用1台Φ5530mm的气垫式泥水平衡式盾构机掘进。盾构隧道采用C45高性能耐腐蚀混凝土预制拼装式管片衬砌，采用“3+2+1”双面楔形通用环管片，错缝拼装。盾构隧道管片内径4520mm，外径5220mm，环宽1500mm，楔形量为16mm。每环管片由1块封顶块（C）、2块邻接块（B1 、B2）、3块标准块（A1～A3）等六块构成。
　　2  盾构隧道防水施工原则
　　盾构隧道防水施工遵循“以防为主、防排结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的设计原则，结合盾构区间的工程特点、施工方法、使用要求和地质条件等因素采取以结构自防水为主，外防水为辅的施工原则。关键是处理好管片结构自防水、管片接缝防水、螺栓孔防水、壁后注浆孔和衬砌外防水等施工防水作业。
　　3  本工程盾构施工防水技术措施
　　3.1  管片结构自防水
　　管片结构自防水是隧道防水的一个关键环节，是首选的防水措施。根据本工程地质条件与施工设计的实际情况，管片混凝土采用耐久性好的C45高性能自防水混凝土，并通过外加剂提高混凝土的抗渗性，混凝土管片的抗渗等级为W10，限制裂缝开展宽度≤0.2mm。管片外表面及侧面与水接触部分采用水泥基渗透结晶防水材料。混凝土管片衬砌每50环需要取一块管片进行检漏试验，保证在1.0MPa水压维持3个小时条件下，渗水进入管片背面高度≤5cm。
　　同时，为达到管片混凝土的自防水，管片的生产要主抓混凝土的密实度、抗裂性能和制作精度等。具体技术措施如下：（1）衬砌混凝土管片自防水技术。采用高效减水剂、高活性微矿粉掺料，选择合理的拌合物配合比参数，配置以抗裂、耐久為重点的高性能混凝土，并在管片外喷涂防水涂层。
　　（2）选用高性能混凝土。①水胶比不大于0.35，混凝土塌落度小于60mm，易于浇筑和振捣;②抗压强度等级大于C45;③混凝土浇筑完成10小时后即达脱模强度，约20MPa，以满足12小时模具周转;④具有高抗渗性，抗渗等级大于W10;⑤低碱集料反应性等。
　　（3）提高管片混凝土抗渗性和耐久性技术。①掺加硅粉（水泥用量的10%），及粒化磨超细高炉矿渣微粉（掺量与水泥量相当），提高管片混凝土的抗渗性、密实性;②管片外喷刷防水涂层，同时定期清扫管片内侧裂缝表面盐分;③加强管片堆放、运输中的管理和检查，防止管片开裂或在运输中碰掉边角;④管片进场和下井前应作外观检查，防止有缺陷的管片下井。
　　3.2   管片接缝防水
　　管片接缝防水包括弹性密封垫防水、管片拼装过程中的接缝防水、嵌缝防水。为了防止管片接缝部位漏水，满足防水构造的要求，衬砌接缝设两道防水，近外弧面处设遇水膨胀橡胶止水条，密封垫槽内设弹性橡胶密封垫。具体如下：
　　（1）弹性密封垫防水。弹性密封垫（三元乙丙橡胶）是接缝防水的主要防线。要选择专业生产厂商，并对其在进场时进行严格的检验，确保质量合格。
　　（2）工程管片拼装过程中的接缝防水。管片运到现场后，先粘接防水材料，其工艺流程为：管片检查→管片清理→材料准备→管片烘干→抹胶→晾干→套贴止水条→敲紧→抹胶→晾干→粘贴弹性垫片→用木锤或橡胶锤敲紧→粘贴丁基腻子→涂缓膨剂→存放→运至井下。
　　防水材料安装注意事项为：①密封垫表面遇水膨胀，橡胶遇水和潮气也会膨胀，故逢雨天或梅雨季节应覆盖帆布，同时在表面涂缓膨剂，且拱底块管片的密封露于沟槽外的表面必须涂刷换膨胀剂;②粘贴后的止水条应牢固、平整、严密，位置准确，不得有气鼓，超长与缺口，同时尽量不磕碰，防止止水条脱落，进而保证粘贴质量;③下雨天运输吊装管片，要防止管片淋雨，以免遇水膨胀橡胶失效;④止水条粘贴一般在管片使用前24小时进行;⑤管片作业时，要尽量避免对已粘贴好的防水材料造成损坏，同时严禁带水作业。
　　3.3  螺栓孔防水
　　由于管片螺栓孔位于接缝面，因此密封防水也是重要环节。螺栓孔采用可更换的遇水膨胀橡胶密封圈作为螺栓孔密封圈，利用压密与膨胀双重作用加强防水，施工中应避免螺栓位置偏于一边的现象。由于螺栓垫圈会发生蠕变而松弛，在施工中需要对螺栓进行二次拧紧。
　　操作过程中的注意事项有：①安装遇水膨胀垫圈时清扫螺栓孔及其周围混凝土面，保证遇水膨胀垫圈和混凝土面接触干净;②管片螺栓采用防锈处理，必要时对螺栓涂刷防锈油漆;③以规定的扭矩拧紧螺栓;④由于螺栓垫圈会发生蠕变而松弛，在施工中需要对螺栓进行二次拧紧。
　　3.4  注浆孔防水
　　注浆孔由于可作为泄水孔来降低隧道周围地下水位，因此其也成为盾构隧道防水的重点之一。可采用带逆止阀和螺旋盖的注浆孔防水形式，其防水机理是利用逆止阀的逆止流动作用使注浆液只向一个方向进入。
　　注浆孔防水施工时应注意的事项包括：①密封圈采用遇水膨胀橡胶材料，利用压密和膨胀双重作用加强防水;②防止注浆孔的闷头未拧紧，或闷头螺纹与预埋螺母的间隙过大;③注浆孔迎水面在管片生产时预浇厚50mm的同级素混凝土，其中，如要通过注浆孔进行注浆，要清理预留孔内残余物，填入腻子型膨胀止水密封材料，然后用防水砂浆封固孔口。
　　3.5  衬砌外注浆防水
　　盾构机开挖面直径为5.53m，管片外径为5.22m，管片外径和开挖面直径存在15.5cm的间隙。盾构推进后，要及时进行同步注浆和二次注浆填充盾尾空隙，以防止地面沉降的同时，可以形成稳定的管片外围防水层，将管片包围起来，形成一个保护圈，成为隧道的第一道防水层。
　　注浆防水层施工技术措施为：①同步注浆材料采用水泥粉煤灰，初凝时间6h～10h，同步注浆采用注浆量与注浆压力双控;②二次注浆材料采用双液浆（水泥+水玻璃浆液），凝胶控制在时间30s左右，二次注浆采用压力控制，注浆压力为0.7MPa～1MPa。
　　此外，衬砌外同步注浆及二次注浆防水要满足以下要求：①注浆压力大于开挖面的切口水压;②注浆过程中，要对地面进行观察，以防止地面有较大隆起;③注浆过程中，不能使管片因受压而错位变形，同时也不能使浆液大量从管片与盾尾间隙渗漏。
　　4  结束语
　　总之，隧道防水作为盾构隧道施工的一项重点工程，应贯彻于工程的全过程中。合理可行的防水设计概念、优质的防水材料、良好的防水混凝土质量以及与此相适应的施工方法和工程流程都是盾构隧道防水质量的基础。同时，配备具有较强防水质量意识和丰富施工经验的专业施工人员，严格施工操作流程，也是保证隧道防水效果好坏的关键。
　　作者简介：
　　段国栋（1987—）男，汉族，山西省临汾曲沃人。2009年07月毕业于山西大学，学士学位，中级工程师，主要从事城市地下工程等工作与研究。
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