上海地铁维护保障有限公司工务分公司 200233
摘要：在某城市轨道交通线路上对盾构法隧道结构渗漏水进行原因分析并提出治理措施，结合实际案例分析隧道结构纵向不均匀沉降对隧道结构产生渗漏水的影响。结果表明，隧道结构变形会产生结构渗漏水，同时渗漏水也会导致隧道结构变形的加剧，针对渗漏水进行治理可以有效缓解并改善隧道结构变形。
关键词：城市轨道交通；盾构法隧道；渗漏水；沉降；结构变形
1.概述
城市轨道交通结构渗漏水是现今国内运营线路中较常见的一种隧道结构现象，渗漏水不仅与地下工程周边地质水文环境、结构埋深、防水设计方案、防水材料、周边施工影响等有关，还与结构性能、施工方案、施工工艺等有关，因而多数地铁工程在运营阶段或多或少都会存在局部渗漏的质量缺陷。隧道渗漏水不仅能造成机电设备故障，更容易加快管片混凝土的碳化速度，特别是有腐蚀性的地下水，破坏了混凝土的结构，减少了隧道的使用寿命；隧道渗漏水还可能降低地下水位，加速隧道结构变形，进而对生态环境造成破坏。因此，及时针对隧道结构渗漏水原因进行分析和采取有效治理是确保隧道结构安全的有效途径之一。因考虑到国内的城市轨道交通建设中基本采用盾构法隧道施工，因此本文将对盾构法隧道结构渗漏水原因进行分析并提出有效的治理措施。
2.隧道结构渗漏水分析
2.1隧道结构渗漏水的划分
隧道结构渗漏水现象可以根据不同的渗漏水类型、渗漏水量及渗漏水部位来进行划分区别。
根据渗漏水类型和渗漏水量划分可分为：湿渍、渗水、涌水、水珠、滴漏、线漏、渗泥砂等。
根据渗漏水部位划分可分为：管片本体渗漏水、管片接缝渗漏水、连接螺栓孔渗漏水、预留注浆孔渗漏水、旁通道（泵房）结构渗漏水、井接头渗漏水等。
我们通过选取某座城市的3条地铁线路作为研究对象进行分析，分别针对不同线路，不同的渗漏水部位进行划分并分类统计。结果发现，隧道管片接缝渗漏水在各条线路中所占的比重基本在90%左右，因此可以初步判断盾构法隧道防水的薄弱环节为管片接缝防水。
2.2盾构法隧道管片接缝防水要求
盾构法隧道管片的接缝防水主要依靠弹性密封垫、遇水膨胀橡胶和嵌缝密封措施。
2.2.1 弹性密封垫
弹性密封垫的材料为三元乙丙橡胶挤出硫化而成且在其顶面嵌入遇水膨胀橡胶，型式为角部棱角分明的框形橡胶圈。弹性橡胶密封垫在环、纵缝张开6mm时，要求能长期抗0.6MPA水压。
2.2.2 遇水膨胀橡胶
弹性密封垫顶面嵌入的遇水膨胀橡胶遇水和潮气会膨胀，因此应覆盖塑料薄膜或在表面涂缓膨胀剂，在拼装过程中，拱底块弹性密封垫的表面必须涂刷三度。
2.2.3 嵌缝密封
嵌缝密封采用隧道顶部嵌填高模量密封胶与隧道底部嵌填水膨胀密封胶加封氯丁胶乳水泥施工方法，构成嵌缝防水体系。
2.3隧道管片接缝渗漏水的原因分析
2.3.1建设期过程中的分析：
a. 管片在盾构推进过程中受挤压、碰撞，破损范围达到弹性密封垫位置，使其偏位造成环缝处防水措施失效；同环相邻块间连接姿态不佳等造成纵缝处防水措施失效。
b. 遇水膨胀橡胶过早浸水，拼装过程中挤压（破）或夹杂异物，造成防水效果降低。
c. 管片拼装质量差，螺栓未拧紧或接缝夹杂异物，接缝张开过大造成弹性密封垫压密不严，造成密封效果降低。
2.3.2运营期过程中的分析
a. 隧道结构变形（纵向不均匀沉降、横向收敛变形）造成管片错台或接缝张开错位、弹性密封垫偏位，降低了防水效果。
b. 施工过程中控制不当，弹性密封垫遭到人为施工破坏受损。
c. 弹性密封垫、遇水膨胀橡胶、嵌缝密封材料达到使用年限，效果降低。
d. 运营过程中因振动造成氯丁胶乳快硬水泥碎裂，从而造成水膨胀密封胶或聚乙烯泡沫条脱落。
3.隧道管片接缝渗漏水治理措施
3.1 隧道内背水面接缝渗漏治理
针对隧道内管片接缝零星渗漏水或小于连续3环管片间渗漏水的情况，可考虑采取背水面嵌缝注浆的方式，具体步骤及要求如下：
a. 清理管片环、纵缝的嵌缝槽。
b. 在管片十字缝环缝两侧的纵缝处骑缝钻双孔，钻孔深度应保证不破坏管片凹凸榫槽或弹性密封垫，分别向孔内灌注弹性环氧胶泥形成阻断节点。
c. 采用弹性环氧胶泥对环、纵缝表面进行嵌缝处理，并预留注浆孔。
d. 整环灌注化学浆液。
e. 施工完毕后现场清理,使用清洗剂清洗注浆泵。
3.2 隧道壁后迎水面接缝渗漏治理
当隧道管片接缝出现连续3环以上的渗漏水情况时，应考虑采用壁后注浆与隧道内处理（见3.1）相结合的方式，壁后注浆堵漏具体步骤及要求如下：
a. 预置球阀：施工前应对球阀及孔口管进行质量检查。球阀表面无裂痕，孔口管螺纹清晰、坚实、不毛糙，这有利于在注浆过程中不出现漏浆；分别于孔口管两头以顺时针方向充分缠上生料带，将细螺纹一端接入球阀。
b. 注浆孔清理：打开管片预留注浆孔闷头,清理注浆孔内部杂物,管片预留注浆孔螺纹检查，确保螺纹完整，如螺纹不完整则用螺丝攻绞出新螺纹。
c. 安装球阀：将已预置球阀以孔口管粗螺纹一端接入注浆孔,用管子钳分别紧固球阀与孔口管以及孔口管与管片注浆孔螺纹间的连接,关闭球阀。
d. 注浆孔钻孔：打开管片注浆孔上球阀,用冲击钻通过球阀沿注浆孔打穿管片，深度为35-45cm；抽出钻头，并关闭球阀。
e. 接注浆管及注浆：组装变频器、齿轮泵、注浆管、吸浆管及回流管。配制注浆材料并进行均匀搅拌，并把齿轮泵的吸浆管及回流管接入搅拌好的浆液中；将注浆管接入球阀及紧固。打开电源，启动变频器控制齿轮泵。当浆液进入齿轮泵时关闭回流管阀门，并且同时打开注浆管与球阀的阀门，使得浆液通过注浆管及球阀注入管片壁后。注浆结束后，同时关闭球阀及注浆管的阀门，打开回流管阀门，再打开注浆管阀门进行卸压,卸除注浆管。
f. 施工完毕后现场清理,使用清洗剂清洗齿轮泵、注浆管、吸浆管和回流管。
g. 球阀拆除及预留注浆孔封孔,球阀拆除及预留注浆孔封孔应在注浆作业完成1周后进行，具体操作流程如下： a) 打开球阀查看是否有水或砂流出，如果没有，则拆除球阀及孔口管。如果发现有渗漏水现象则应继续进行注浆，当天严禁继续进行球阀拆除作业； b) 球阀拆除后，清除管片注浆孔内残余浆液； c) 采用速凝水泥砂浆对预留注浆孔进行封堵，留出注浆孔螺纹； d) 采用包裹生料带的铸铁闷头对预留注浆孔进行封闭。
3.3 管片环纵缝渗漏水治理结论：
3.3.1隧道内接缝渗漏水治理
a. 浆液的选择：当渗漏水量较小时，浆液可选择亲水性弹性环氧浆液，如果存在大于3环渗漏或渗漏水较大时，则对嵌缝区域灌注聚氨酯浆液。
b. 注浆压力：以低压为宜，避免造成弹性密封垫进一步位移或受损，压力不大于0.4MPa。
c. 注浆顺序:隧道环向上应采用先下后上的方法依次注浆。
d. 注浆终止条件：待浆液贯通后封管加压至0.4MPa，当压力保持五分钟无明显降低时即可结束注浆。
3.3.2隧道壁后接缝渗漏水治理
a. 浆液的选择:应采用油溶性聚氨酯浆液进行堵漏。
b. 注浆压力及进浆量:齿轮泵压力控制在0.4MPa内。
c. 注浆顺序：隧道纵向可采用“做一跳二”的方法，即每次隔两环注浆一环；隧道环向可采用“先下后上”的方法依次注浆。
d. 注浆终止条件：油溶性聚氨酯浆液每孔注浆量应控制在30～50kg，注浆压力大于0.4MPa或每孔注浆量大于50kg即可结束注浆。
4.案例
4.1 隧道渗漏水原因分析
针对某城市在运营的轨道交通线路区段的管片接缝渗漏水现象进行调查发现（如图1所示），该区段内的渗漏水自2016年2月起至3月呈现明显递增状态，2016年3月对比1月增加了89环，达到110环。
图1 隧道渗漏水统计图
对该区段的渗漏水原因进行分析发现，对应地面安全保护区为大片老式居民住宅，未发现存在施工和堆载项目，也未发现存在河流、桥梁或地下通道等情况。通过查阅资料我们发现对应隧道底部埋深约为-10.59~-13.15米，土层信息为淤泥质黏性土，是主要软弱土层。通过进一步分析沉降测量数据，我们发现该区段渗漏水量递增的原因为隧道纵向不均匀沉降造成，且随着病害量的增加，隧道沉降速率也同步呈现递增趋势。
图2 本次沉降量曲线图
我们选取2016年2月的本次沉降量曲线图（图2）发现，该区段本次沉降变量最值达到-3mm，差异沉降量最值达到4.2mm，且出现了2个较为明显的沉降漏斗槽。
通过选取SK16+163作为特征点研究对象来进行分析。从特征点历时沉降曲线图（图3）可以更为直观地发现，自2015年10月15日起至2016年3月21日（共计157天）特征点累计沉降值均存在持续下沉趋势。在这5个月的过程中，累计沉降量达到-7.69mm，平均沉降速率达到-0.05mm/天。另外，我们通过对比图1和图3发现，2016年2月和3月的本次沉降量分别达到-2.1mm和-2.8mm较前几个月呈现递增趋势，且该2个月的病害量与沉降速率呈现同步递增趋势。
4.2 隧道渗漏水治理及效果分析
我们分别针对局部零星和集中连续的管片接缝渗漏水采取了壁内节点法骑缝注浆和壁后注浆法两种工艺措施。经过为期3个月的渗漏水治理，我们发现隧道内的结构渗漏水现象显著下降，得到了有效治理（见图1），2016年5月对比3月下降了92环，达到18环。同时通过沉降测量数据可以分析出（见图3），2016年3月-2016年5月的整治过程中隧道结构的不均匀沉降得到了有效的控制。同时，在隧道内管片结构渗漏水治理结束后，该段隧道区间呈现缓慢上抬趋势，截止2016年12月底，有效抬升了约5mm。
图3 特征点历时沉降曲线图
4.3 结论
a. 隧道纵向不均匀沉降会造成隧道结构渗漏水。
b. 隧道结构渗漏水会加速隧道结构不均匀沉降。
c. 针对隧道结构渗漏水进行有效治理可以缓解并改善隧道结构沉降变形。
5.结语
在城市轨道交通领域，针对盾构法隧道管片渗漏水进行分析可以为渗漏水治理工作提供依据。同时，根据工况来正确地选择注浆方法及注浆材料可以有效地解决隧道渗漏水问题。本文基于隧道管片渗漏水在建设运营期的原因分析及化学灌浆在运营隧道中的运用，提出了可行性方案。并通过实际案例分析，论证了隧道结构沉降与渗漏水的关系，有效治理隧道渗漏水可以缓解并改善隧道结构沉降变形，从而为隧道渗漏水分析和治理提供了参考性建议。
参考文献：
[1]地下工程防水技术规范 GB50108-2008
[2]地下防水工程质量验收规范 GB 50208-2011
[3]隧道与地下工程注浆技术 崔玖江 崔晓青 著
[4]岩土工程勘察规范 DGJ08-37-2012;J12034-2012
论文作者:李仑
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/9
标签：渗漏水论文; 隧道论文; 管片论文; 注浆论文; 球阀论文; 结构论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;