中国建筑防水 １ ２ Ｃｈｉｎａ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ２０１８年第ｌ６期 ８月下 ＤＯｈ１０．１５９０１￣．ｃｎｋｉ．１００７－４９７ｘ．２０１８．１６．００４ 盾构隧道防水技术研究 张兴旷 （上海东方雨虹防水工程有限公司，上海２００４４４） 摘要：作为盾构隧道耐久性的关键因素之一，盾构隧道的防水问题越来越受到业界的重视。从管片渗漏水原因出发，将各 种影响因素归纳为主观因素与客观因素两大类；分析了盾构隧道常用的防水措施，总结了改善盾构隧道防水效果的主要 方法，为优化盾构隧道防水措施提供借鉴。 关键词：盾构隧道；管片；渗漏水；影响因素；防水措施 文章编号：１００７—４９７Ｘ（２０１８）一１６—００１２—０４ 中图分类号：Ｕ４５５；ＴＵ７６１．１￣１ 文献标志码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｈｉｅｌｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｇｋｕａｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｒｉｅｎｔａｌ Ｙｕｈｏｎｇ Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｓ，ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ｒｅｃｅｉｖｅｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｌｉｎｉｎｇ ｌｅａｋａｇｅ，ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｉｎｔｏ ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｒ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｃｏｍｍｏｎ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｔｓ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｌｉｎｉｎｇ；ｗａｔｅｒ ｌｅａｋａｇｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ；ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅ ０引言 防水要求相对较高。然而，从目前已经运营的城市轨 道交通情况来看，即使是较早开展盾构法施工的上海 地区，地铁车站内或区间内的渗漏水现象也比较普 近年来，随着城市轨道交通建设的发展，盾构法 隧道工程日渐增多。归功于盾构法施工技术的日新月 异，以及新材料、新工艺、新工法的大量运用，虽然重 遍。长此以往，必将对地铁列车的正常运营与广大乘 客的安全出行造成严重的负面影响。 大质量与安全事件鲜有发生，但大量地铁工程在相对 较短时间内集中上马，也导致一些工程建设中出现的 问题没有得到很好解决，一些潜在的工程质量与安全 隐患没有得到有效控制，如盾构隧道的渗漏水问题。 根据相关规范，城市轨道交通为百年工程，地下 引起盾构隧道内渗漏水的原因是多方面的，如管 片的拼装质量，管片四周浆液的包裹情况，管片接缝 防水材料的耐久性，管片外涂防水材料的可靠性等 等。目前，也有一些学者对此展开了一定的研究，朱祖 车站及机电设备集中区段的防水等级为一级，不允许 渗漏水；区间隧道及连接通道等附属结构的防水等级 为二级，结构表面允许有少量湿渍，城市轨道交通的 熹【 １就管片外涂料、盾尾密封油脂以及管片接缝防水 辅助材料等在应用方面存在的误区进行了探讨；薛景 沛［２１就盾构法隧道的防水技术作了浅述；朱祖熹【３］就喷 涂聚脲防水涂料的防水机理及其在地铁与隧道工程 中的应用情况作了介绍；孙宗军 等对某城市地铁区 收稿日期：２０１８—０７—１９ 作者简介：张兴旷，男，１９８１年生，工程师，供职于上海东方雨 虹防水工程有限公司。联系地￣：２５００１４江苏昆山花桥镇光明 路５０５号建滔广场Ｂ座２９Ｆ，Ｅ—ｍａｉｌ：２１５２７４２４９＠ｑｑｃｏｍ。 间隧道的防水施工进行了相对详细的介绍。这些文献 揭示了防水问题的严重性与紧迫性，对盾构隧道的防 水施工技术作了一定的梳理，但缺乏系统研究。盾构 ２０ｌ８ Ｎｏ．１６ 张兴旷：盾构隧道防水技术研究 １３ 隧道在施工期间，即使防水情况比较理想，但在地铁 运营期间，由于隧道的纵向不均匀沉降，也会导致管 片环缝张开，引起渗漏水问题。由此可见，盾构隧道的 防水问题，是一个贯穿地铁生命周期的长期问题，几 乎不可能做到一劳永逸。因此，有必要对此展开进一 步的研究，从根本上揭示盾构隧道防水问题的关键所 子宜用洁净的中砂；４）混凝土浇筑振捣须密实，不得 有漏振、欠振及超振，以混凝土开始泛浆及不冒气泡 为准，一般振捣时间为ｌ５～３０ Ｓ。 需要指出的是，混凝土养护工作尤为重要，应严 格控制蒸养时间、升温及降温速率、恒温时间和湿度 等，以免造成管片破损及裂缝等内伤，削弱管片自身 在，突出防水施工技术的关键措施。 １盾构隧道渗漏水原因分析 盾构隧道的渗漏水主要集中在管片接缝、螺栓手 孔以及管片破损修补处等。由于高强度材料的应用， 管片结构的自防水性能一般能够满足工程要求。盾构 隧道管片渗漏水的原因涉及到工程地质和水文地质 条件、管片的拼装质量、同步注浆及二次补压浆的材 料及实施效果、管片接缝的止水材料类型和形式、管 片外涂防水材料的可靠性、施工水平等诸多因素。本 文将其归纳为主观因素与客观因素两大类，其中主观 因素主要是指通过人为操作可以有效控制的因素，而 客观因素则是受客观条件，不以人的意志而转 移、客观存在的因素。 其中主观因素主要有两个方面：１）盾构施工工 艺，包括曲线推进、盾构姿态、盾尾注浆等；２）管片，包 括管片选型、管片拼装方式与拼装质量、管片制作精 度、管片接头形式、管片破损及修补等。 客观因素主要有四个方面：１）环境条件，包括地 质条件、水土压力；２）管片止水材料，包括密封材料、 嵌缝材料、螺栓衬垫；３）隧道运营期间产生的纵向不 均匀沉降；４）地下环境的长期腐蚀。 ２盾构隧道常用的防水措施 ２．１管片结构自防水 管片结构自身防水效果是隧道防水的根本所在。 一般情况下，盾构法隧道由钢筋混凝土管片拼装而 成，所以，管片自身的防水能力对隧道防水起决定性 作用。这就要求采用高精度的模具制作管片，从而保 证管片尺寸的精度，同时，严格按照设计的防水等级、 试验所确定的配合比拌制混凝土，且对碎石和砂子的 级配和含泥量等进行严格要求。对于管片，在通常的 混凝土施工规范要求上，还有特殊要求：１）水泥标号 不宜小于４２．５级；２）石子粒径不宜大于２０ ｍｍ；３）砂 防水能力。广州地铁某项目就因管片浇筑后蒸气养护 的升、降温工作没有控制好，造成管片大面积出现细 微裂纹等内伤而被迫报废了２Ｏ多环。 ２．２管片背后注浆防水 目前国内地铁盾构隧道外径一般在６ ｍ左右，施 工中，管片外径与盾壳外径之间的三维环状建筑空隙 厚度一般在１０ ｅｍ左右。建筑空隙内的回填注浆，一 方面起到稳定地层、防止其位移的作用，另一方面，包 裹在隧道四周的浆液层也形成了相对隔水层，对隧道 的防水起到积极作用。 国内在盾构施工过程中，对注浆的认识也在不断 进步。起初认为盾构施工同步注浆只是为了回填管片 背后的施工空隙、减少和控制地表沉降，现在则普遍 认为同步注浆对控制整个隧道尤其是后期运营时的 渗漏水有很大的作用；同步注浆的水泥用量也经历了 从刚开始的不加水泥，到水泥掺量越加越多。目前，地 铁盾构施工中基本采取每８～１０环就要注一次水泥一 水玻璃浆，不但将其作为控制管片上浮的有效手段， 同时也是控制地下水和改良碴土的有效方法。可以这 样说，在盾构法隧道施工中注浆是一道基本程序，对 注浆的控制主要表现在对注浆量、注浆压力和注浆材 料的控制，同时注浆工艺也在不断革新。 近年来，大比重浆液在上海地区得到了很好的应 用，该浆液具有比重大、屈服强度高的特点，很好地解 决了浆液的塑流性与早期相对较高的剪切强度之间 的矛盾，满足浆液限定范围充填的目的。 ２＿３管片接缝防水 ２．３．１止水条防水 管片之间的接缝防水通常由粘贴在管片预制沟 槽内的密封垫来完成，但由于管片边角破损、错台、止 水条破损、断裂以及止水条的质量等原因，往往止水 效果不甚理想。 ｌ４ 中国建筑防水 密封垫通常有遇水膨胀橡胶密封垫和弹 Ｉｆ橡胶 ＋密封垫及两者结合型三种（图１）。遇水膨胀橡胶条是 由可遇水膨胀的树脂与合成橡胶混合而成，止水条与 水接触后膨胀，填满管片间隙，并压紧管片，从而密封 对埋深较大或地下水有侵蚀性的地段，需要在管 片外涂一层防水、防腐材料 根据日前的施工经验，外 涂防水层对防止管片渗漏水有很好的效果，但对防水 层的性能有特殊要求：①在盾尾密＊－ＯＨ钢丝刷与钢板 的挤压磨损下／ｆ 损坏，且能抗渗水；②涂层的耐化学 腐蚀性、抗微生物侵蚀性、耐久性好；③涂层应有防迷 流的功能，其体积抗阻率、表面抗阻率高。 在地下水压力大、渗透系数大的地层，如兰州地 铁１号线迎门一滩马滩区问，地下土壤的渗透系数约 止水。弹性密封垫则是利用氯丁橡胶及三元乙丙等硬 质橡胶制成，依靠本身的弹性密封止水。 ６０ ｍｉｄ，而地下水压力在０．４ ＭＰａ左右，此时管片外 涂防水层的抗渗能力应相应提高 同时，在一 强腐 蚀性地层，女『ｌ兰州地铁１了１７１线五 铺一东部市场区 间，地下水具有强烈的腐蚀性．此时，管片外涂防水层 图１管片接缝防水布置情况 的耐腐蚀性也应相应提高。 ２．５管片破损处的修补防水 受管片生产、运输、推进施．Ｌ、安装及注浆过程中 等种种 素影响，不｜１ 避免地会造成管片小同程度的 止水材料从生产、运输、安装，到使用有一个时问 过程，再加上实际延误，粘贴止水材料的管片在工地 现场经常要经历１３晒雨淋，加速了遇水膨胀橡胶密封 垫老化进程，影响了其止水性能。另外，由于国内生产 破损，如图２所示 特别是边角处的破损，会大大影响 管片ｆｌｑｌ￣）Ｊ水质鞋．因此，必须对破损管片进行修补。管 片修补时应先凿己破损面并清洗ｆ净，涂粘结防水 层，然后填补防水砂浆 ． 的橡胶条质量差异很大，再加卜施］二质量难以切实保 障，有的隧道建成后一年内就开始漏水，也有的徉一 二年后就因止水条失效而漏水。因此，应根据实际情 况，在实验和调查的基础上确定止水条的性能要求， 选定合适的生产厂家，确保管片环缝出现最大变形量 时，密封止水材料仍能承受设计要求的水压而不渗 漏。 ２．３－２嵌缝止水 对管片接缝部位施作嵌缝，特别是在止水条失效 的部位施作嵌缝，是盾构法施工隧道防水有效而实用 的一种办法。对邻近洞门和联络通道前后２０环， 施 图２管片局 ｊ破碎现象 作整环嵌缝。对于嵌缝材料，应采用容易填密、操作简 单、不受初始缝形状影响、基而潮湿或轻度渗漏均 住破损管片修补部位，混凝土的强度与密实性都 无法 Ｉｊ原来的管片相比，不但是受力的薄弱环 ，而 作业的材料，如水泥渗透结晶型防水材料、聚合物水 泥等。 且也是潜在的渗漏水位嚣，『大Ｊ此必须雨视管片的修补 效果。在实际施１ 中，采用专用舣快水泥，并用西卡 “胶皇”Ｓｉｋａ［，ａｌｅｘ作为防水粘贴剂技砂浆添ＪＪｉｉ￣４，有 嵌缝经过一段时间后，在地下水或列车的振动作 用下，嵌缝材料存在脱落的风险，严重时甚至会影响 列车的正常运营，因此必须严把质量关，确保嵌缝材 料与管片缝隙的有效接合。 时也用环氧树脂，都取得了很好的【卜水效果。近年来， 利用生产的Ｓｍａｒｔ水泥修补管片，特别是埘大块 破损处的修补也取得ｒ很好的效果 ． ３盾构隧道渗漏水控制方法 ２．４管片外涂防水层 ２０１８ Ｎｏ．１６ 张兴旷：盾构隧道防水技术研究 １５ 在现有的技术水平条件下，某些引起管片渗漏水 的因素不可避免，如管片止水材料的变形与老化、隧 范围的充填及相对较高的早期强度之间的矛盾。大比 重浆液是解决此问题的有效手段，应在实际工程中推 广直甩ｏ 道运营期间的纵向不均匀沉降引起管片环缝的张开、 地下环境的长期腐蚀导致管片结构自防水性能下降、 以及变形缝或伸缩缝等防水薄弱环节的存在，等等。 能控制的是具体的施工工艺，如盾构掘进过程中的蛇 ５）提高管片的拼装质量 目前，在城市轨道交通项目大量兴建的背景下， 经验丰富的一线工人缺口很大，这也成为影响管片拼 装质量的一大潜在因素。同时，施工方过分强调工程 形、超挖与纠偏，盾构姿态，盾尾建筑空隙的有效充 填，以及管片的选型，管片的拼装方式与质量等等。具 体而言，应从以下几方面着手： １）加强理论研究 鉴于目前的地下工程理论研究现状，工程实践已 经远远走到了理论研究的前面。对于管片接缝防水的 弹性密封垫，目前的研究已经比较深入，相比之下，对 管片外防水涂料、盾尾密封油脂、管片接缝防水辅助 材料（如挡水条及传力衬垫）等的研究尚嫌不足，无法 满足实际工程的需要，因此必须加大这方面的研究力 度，真正做到以理论指导实践。 ２）采用新工艺与新材料 新材料与新工艺是解决地下工程高风险性的有 效手段。对于管片的防水层涂料，近年来，聚脲防水涂 料在地下工程的防水方面发挥了重要作用，具有在任 意曲面喷涂成型而不产生流挂，对水分、湿度不敏感， 施工时受环境温湿度的影响较小，属环境友好型材 料，物理性能优异，造价低，涂层致密连续、无接缝，抗 渗透性强，适合混凝土结构背水面防水等优点。在国 外，该涂料已在波士顿地铁隧道、美国北卡罗莱纳州 的高速公路隧道等项目中得到了应用。 ３）加强盾构姿态的控制 盾构姿态的有效控制是确保盾构沿着设计路线 高精度推进的前提，被视为盾构工法三大关键之一。 同时，盾构姿态的有效控制也是减少盾构纠偏、减少 管片局部应力集中、减少管片局部破损的有效手段， 是确保盾尾空隙浆液有效充填、增强防水效果的前 提。 ４）确保管片背后注浆效果 提高隧道的抗渗性是管片背后注浆的三大目的 之一。要实现这个目的，首先要确保盾尾间隙被浆液 充分、均匀地充填，为此必须解决浆液的流动性、限定 进度，对工程质量重视不够，现场技术力量相对不足， 一线施工人员责任心不强，以及现场施工组织管理混 乱等等，都将影响管片的拼装质量和隧道的防水效 果。工程各方对此应充分重视，确保、制度的落 实，确保现场的执行力。 ４ 结语 盾构法隧道的防水，必须采取“以防为主，多道防 线，综合治理，标本兼治”的原则，不但要从防水设计、 施工着手，还要从衬砌结构设计、管片拼装质量、控制 隧道的后期不匀均沉降等方面进行综合处理。通过研 究，主要得出以下几点结论： １）将引起盾构隧道渗漏水的原因总结归纳为主 观因素与客观因素两大类，指出了主观因素是各方努 力改进的主要方向。 ２）分析了目前盾构隧道主要的防水措施，指出了 每一项措施中需要注意的问题，对实际工程具有一定 的指导意义。 ３）在目前的技术水平下，提高盾构隧道防水质 量，主要应从加强理论研究、采用新材料与新工艺、加 强盾构姿态的控制、确保管片背后注浆效果以及提高 管片的拼装质量等五个方面着手。 参考文献： ［１］朱祖熹．盾构法隧道管片防水材料及其应用三题ｆＪ］．地下 工程与隧道，２００９（增刊），５１—５６． ［２］ 薛景沛．盾构法施工隧道的防水浅谈【ＪＪ．隧道建设， ２００７，２７（５）：６１—６３，６６． ［３］朱祖熹．喷涂聚脲防水涂料在地铁与隧道工程中的应用 ｆＪ］．中国建筑防水，２０１０，２１：４３—４８． Ｉ４］孙宗军，范涛，朱业飞．地铁区间隧道防水工程实践［Ｊ］．建 筑技术，２００５，３６（２）：１３１—１３２． （编辑：庞正其）
