盾构防水施工方案.docx
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盾构防水施工方案
一、工程概况
天津地铁6号线，从北竹林站开始，下穿民房建筑、天津西站进站匝道桥、京沪铁路、津秦高铁、南仓城际联、天津西站出站匝道桥，至既有1号线预留的6号线节点扩建而设置的西站站新增活塞风道工点。
区间起讫里程分别为左线里程DK15+871.570～DK15+992.268，长链400.451m，区间长521.149m，共433环；右线里程DK15+871.570～DK16+012.568，长链393.379m，区间长534.377m，共442环。
下穿铁路站场左线里程：
D1K16+022.42～DK15+789.047，下穿段区间长158.609m，盾构管片125环～264环；右线里程：
DK16+035.642～DK15+822.563，下穿段区间长170.327m，盾构管片136环～286环。
区间平面由半径为350m、缓和曲线及直线构成，纵断面上，本区间线路出北竹林站后，左右线以3‰的坡度上坡，而后右线以13.704‰（左线13.618‰）的坡度上坡，最后以2‰的坡度上坡到达区间线路设计终点（天津西站），区间结构顶部覆土厚度约16.06～20.92m。
区间采用盾构法施工，未设联络通道和排水泵站，主体结构为由管片错缝拼装而成的环形结构，结构内径为5.50m，管片厚度为0.35m，环宽1.20m，环间通过螺栓连接。
2、编制依据
1.天津5.6号线工程施工图技术要求（第九章车站及隧道防水）
2.《地铁设计规范》（GB56157-2013）
3.《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
4.《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）
5.《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003版）
6.《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）
7.《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）
8.《地下防水质量标准》（ZJQ00-SG-019-2006）
9.《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2008）
10.国家或地方现行其他相关规范、规程
三、盾构区间隧道防水设计
1、防水原则
根据设计图纸和投标文件，本区间盾构隧道防水原则为“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”。
2、防水标准
盾构法区间隧道防水等级为二级，结构不允许漏水，结构表面可有少量湿渍，并满足以下要求：
隧道平均渗水量不大于0.05升/平方米/天，同时总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000；任意100平方米隧道内表面上的湿渍不超过3处，单一湿渍的最大面积不大于0.2平方米，渗水量不大于0.15L/平方米/天。
3、防水分类
根据目前盾构法区间隧道渗漏水的情况，可将盾构法区间隧道的防水划分为以下四类：
管片自防水、管片接缝防水、管片外防水、隧道接口防水。
四、防水施工工艺及措施
4.1管片自防水
根据设计图纸，本区间盾构隧道管片采用C50钢筋混凝土预制，抗渗等级为P10。
管片内径5500mm，外径6200mm。
4.1.1管片型式及厚度
本区间隧道采用单层装配式衬砌。
通过结构计算，并考虑结构100年使用寿命及参照已有工程实例，钢筋混凝土管片厚度采用350mm，混凝土标号C50。
4.1.2管片类型
为拟合曲线（包括平曲线及竖曲线），需要设置楔形环管片，采用楔形量约为40mm的衬砌环可以满足6号线曲线拟合的需要。
盾构区间隧道设计采用标准环、左转弯环、右转弯环三种衬砌环形式。
4.1.3管片的拼装形式
本工程管片拼装采用错缝拼装。
初砌环（管片）的分块采用一块封顶块，两块邻接块，三块标准块的方案—即5+1模式。
本区间采用小封顶块，径向先搭接2/3，再纵向推入1/3方法施工。
4.1.4管片破碎防治措施
在实际施工过程中，管片破碎现象是施工中的最普遍现象。
由于管片破碎，不仅会引起隧道渗水、漏浆，而且会影响到隧道的使用性能。
因此管片破碎的防治是管片自防水的重要环节。
管片破碎现象在隧道衬砌的内外两侧均有发生，衬砌外侧，一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位；衬砌内侧，一般发生在管片角部。
造成管片破碎有多种原因，管片破碎常常是多种因素综合作用的结果，在施工过程中，拟采取如下措施防治。
（1）管片堆放时的针对措施
在搬运过程中轻吊慢放，着地时要平稳；堆放时不允许超过5层，并正确摆放好垫木。
吊放管片的钢丝绳上缠橡胶条等，在起吊时，起到缓冲作用。
选、摆放好垫木，在管片车上管片搁置部位设置橡胶条，以起到缓冲作用。
（2）管片拼装时的针对措施
按要求贴好角部止水橡胶条、软木衬垫等。
管片拼装前，先测量前一环各管片之间的相互高差，包括环向和径向。
根据实测数据，调整已粘贴好的软木衬垫，以保证拼装后环面的平整度。
拼装前清理前一环管片上的泥块及浆液，保证环面清洁、无夹泥。
拼装时保证衬砌环圆度，块与块不错位。
推进油泵的伸缩顺序应与管片拼装顺序一致。
两侧标准块、邻接块安装时油泵应同时收缩及伸出，以减少环与环之间管片错位现象。
封顶块安装前，实测并确保顶部两邻接块间间距，并通过推进油泵的伸缩来调整好邻接块间的间距，控制在比设计值大6mm左右，以便顺利安装封顶块。
竖曲线段推进时，在安装拱底块时根据实际情况予以落低或抬高，减少管片“卡壳”现象。
（3）推进时的针对性措施
推进前检查各油泵衬垫的完好情况，发现有破损的及时调换，同时应仔细观察衬垫与管片环面的吻合程度，对不吻合处可增设软木衬垫来调整，确认吻合后再开始推进。
在盾构推进时，及时根据设计要求、盾构穿越土层的变化、上部载荷情况以及测量资料来调整各项施工参数，将盾构姿态严格控制在设计允许偏差范围之内。
同时，结合隧道衬砌的实际情况，在不超出偏差范围的情况下，对盾构姿态作适当调整，使盾构机与管片尽可能处于同心状态。
同步注浆时，控制好注浆量的分布和注浆压力。
管片与机壳上部无缝隙时，增大上部的注浆孔注浆量及注浆压力，下部注浆孔不注，通过浆液将管片往下压；如管片与机壳下部无缝隙时则反之。
正常推进时，在总注浆量不变的前提下，减少管片下部注浆孔的注浆量，可以减少管片的上浮。
在曲线段推进和纠偏时通过有目的地选择盾尾同步注浆孔，改变各个注浆孔的注浆量分配和注浆压力，来调整管片姿态。
（4）把好管片质量关
对进入施工现场的管片，应逐块进行检查。
发现管片明显存在质量问题的，坚决退回生产厂家，不让一块不合格管片下井。
同时派专人负责管片的生产，进驻生产厂家掌握管片生产情况，将施工中发现的管片质量问题，及时向生产厂家反馈，督促生产厂家改进生产工艺，提高管片质量。
管片存在小的质量问题可以进行修补处理的，应在地面进行修补、并做好标识，养护到设计规定强度后再下井使用。
4.2管片接缝防水
4.2.1密封垫防水
本区间隧道衬砌缝由挡水条与弹性橡胶密封垫组成及双道防水。
在管片密封垫沟槽内粘贴三元乙丙橡胶弹性密封垫通过其被压缩挤密来防水，如图1所示。
图1弹性密封垫原理图
（1）规格尺寸
弹性密封垫材料为三元乙丙橡胶，在工厂加工成棱角分明的框形橡胶圈，弹性密封垫的横断面详见图2所示。
图2弹性密封垫横断面图
（2）性能指标
弹性密封垫进场粘贴前，必须将产品送至有资质的检测中心进行其材料检验，检验性能指标如下表1所示。
（3）施工工艺
在管片密封垫沟槽内涂刷单组分氯丁-酚醛粘贴剂。
涂刷前，管片表面应干燥，涂刷时粘贴剂应均匀，密封垫沟槽内应满涂。
粘贴剂涂刷后，凉置一段时间（10～15min，随气温、湿度而异），待手指接触不粘时，再将加工好的框形橡胶圈套入密封垫沟槽内。
表1弹性密封垫性能指标表
序号
项目
指标
1
硬度（邵氏A）
55±5～70±5
2
拉伸强度（MPa）
≥9.5
3
压缩永久变形（%）
≤28
4
硬度变化值（%）（邵氏A）
≤+6
5
拉伸强度变化率（%）
≥-15
6
扯断伸长率变化率（%）
≥-30
7
扯断伸长率（%）
≥330
6
防霉等级
达到或高于2级
注：
表中指标指标均为成品切片测试的数据，若只能以胶料制成式样测试，则其伸长率，拉伸强度的性能数据应达到表中数据的1.2倍。
密封垫在粘贴前置于40℃～60℃的烘房内烘热整形36h，避免密封垫挠曲、变形。
粘贴后，管片四角的密封垫不得出现耸肩、塌肩现象，整个密封垫表面应在同一平面上，严禁歪斜、扭曲。
管片在粘贴装设密封垫12h内，不得送井下拼装。
封顶块两侧的弹性密封垫在拼装前涂抹润滑剂，以减少封顶块插入时弹性密封垫摩阻力，它应为水性涂抹剂，粘度300CPS
封顶快、邻接块纵缝弹性密封垫内设置尼龙绳或帆布衬里，以限制插入时橡胶条的延伸。
弹性橡胶密封垫与混凝土管片间用单组份氯丁-酚醛胶结剂粘结。
涂刷前，管片应干燥，涂刷时应均匀，密封垫沟槽应满涂。
粘结剂涂刷后，凉置一段时间（一般10-15min，随气温、湿度而异），待手指接触不粘时，再将加工好的框形橡胶圈套入密封垫沟槽内。
4.2.2嵌缝防水
盾构法隧道防水的根本在于管片自防水和管片接缝的弹性密封垫防水。
若这两道防水措施出现问题，比如钢筋混凝土管片抗渗能力不足、拼装时管片碎裂或是弹性密封垫放置不当，这时地下水就会进入隧道内部。
若渗漏量较小，在嵌缝范围内的渗漏水会沿着嵌缝槽内沿流至端部排出，以保证嵌缝范围内无水渗出。
若渗漏量较大超过允许值，则必须采取堵止措施。
嵌缝施工作为一道防水措施的主要作用是将接缝允许渗漏量的水引导至规定位置，也就是说它是一种泄水方法，而不是堵水方法。
（1）嵌缝的材料
本区间隧道采用水膨胀密封垫胶（挤出型）结合高模量聚氨酯密封胶或水膨胀密封胶（挤出型）加封氯丁胶乳块硬水泥进行前方施工。
表氯丁胶乳水泥技术指标
粘结强度
≥1.2
抗拉强度
≥1.6
抗压强度
≥10
极限延伸值
水泥砂浆的2-3倍
高模量聚氨酯密封胶
技术性能指标
100%模量（mpa）
≥1.12
抗拉强度（mpa）
≥3.5
断裂伸长%
≥30
撕裂强度
≥100pit
邵氏硬度
≥50±5
（2）嵌缝的范围
在盾构进出洞及邻近联络通道25环作环纵缝整环嵌缝，这是为了适应不均匀沉降和温度变化引起的变形，保证该区段隧道的防水效果。
（3）嵌缝施工
修补嵌缝槽。
管片拼装时，其角部和边缘的嵌缝槽有时会碎裂，严重的甚至露出钢筋。
这样地下水就会绕过接缝的弹性密封垫通过管片裂缝直接进入隧道，同时造成钢筋锈蚀，影响结构强度。
修补时应将损坏的管片修复至原来的尺寸，尤其是嵌缝槽的形状和尺寸。
4.2.3节点防水
（1）螺栓孔防水
采用水膨胀橡胶密封圈作为螺孔密封圈，加强螺孔防水。
（2）管片角部加强防水
管片角部采用未硫化的丁基橡胶薄片加强角部防水。
（3）注浆孔（兼起吊孔）防水
采用水膨胀橡胶止水圈，加强注浆孔与管片混凝土间密封防水。
4.3管片外防水
盾构机的外径为6.45m，管片的外径为6.2m，当盾构机掘进后，在管片与地层之间将存在一定的空隙，为控制地层变形，减少沉降，并有利于提高隧道抗渗性、管片衬砌的早期稳定，管片壁后环向间隙主要采用同步注浆方式填充。
同步注浆的材料、配比、参数及工艺等根据本合同段工程具体地质水文和环境条件，并参照以往的类似工程经验及现场推进速度确定。
4.3.1同步注浆
（1）注浆目的
通过及时的同步注浆和二次注浆，使管片尽早支撑地层，减少地基沉陷量，保证环境安全；确保管片衬砌早期稳定性；作为隧道衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能。
（2）注浆方式
为尽快填充满管片背后的环行间隙，防止土体变形坍塌和连接管片的变形，本工程施工时采用同步注浆的办法。
即在盾尾管片每脱出一点，即进行注浆填充环行空间，使得管背空间存留时间最短。
为提高背衬注浆层的防水性及密实性，在地质较差和房屋密集区或确认管背有空隙时，可进行二次补充注浆。
（3）注浆材料
根据经验公式
，考虑盾构施工地层中以粉土、粉质粘土为主的渗透系数较大，取较高系数，实际注浆量取值为理论方量的1.5～2.5倍，即4.05～6.75/环。
注浆量的最终确定要视注浆压力、隧道稳定情况以及地面沉降情况而定，以上数值仅为经验值。
在穿越铁路线路段，掘进过程中加强加密地面沉降、隆起监测，及时分析数据，调整盾构机掘进参数和注浆压力。
根据盾构施工经验，同步注浆拟采用下表所示的浆液配比，在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边环境等，通过现场试验优化确定。
同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：
同步注浆材料配比表
水泥（kg）
粉煤灰（kg）
膨润土（kg）
砂（kg）
水（kg）
外加剂
80～200
381～241
60～50
710～934
460～470
按需要根据试验加入
胶凝时间：
一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。
对于穿越铁路群地段需要利用注浆提高早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。
固结体强度:
1天不小于0.2MPa，28天不小于3.0MPa。
浆液结石率:
>95%，即固结收缩率<5%。
浆液稠度:
9～11cm，对每一环的浆液稠度用稠度检测仪进行检测，保证稠度复合要求。
浆液稳定性:
倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
同步注浆的数量按照盾尾间隙的150%～250%进行控制，安排专人进行同步注浆量和浆液拌合质量的监督工作，并做好计量记录以备查验。
（4）主要注浆参数
a.注浆压力
注浆压力是根据地层的土压力、水压力、管片强度及地面监测情况综合判断而设定的。
注浆量压力过大会出现：
地面隆起、浆液破坏洞尾密封刷出现盾尾漏浆、浆液从盾构机外壳与土体之间的孔隙流入土仓、管片出现受压变形或是被损坏；如果注浆压力过小，则出现注浆的填充速度很慢，注浆量不足，使地表变形增大。
根据设计资料及以往的施工经验，暂定注浆压力设定在0.2～0.4MPa。
b.注浆量
注浆量除了受到浆液向土体中渗透及泄漏影响外，还要考虑超挖、曲线施工、注浆材料种类等的影响，实际上是没有一个明确的规定值，通常按如下列公式进行计算。
注浆量的计算公式：
Q=V×a
Q=（6.432-6.22）×3.14×1.2×（150%～250%）/4=4.05～6.75m3
即注浆量为4.05～6.75m3/环（1.2m）
a-注浆率。
注浆率一般是从几方面考虑，包括注浆压力产生的压密系数、地质情况的土质系数、施工消耗系数、超挖系数等，根据设计资料及施工经验，本区间a-注浆率可取1.5~2.5倍，实际注浆量4.05m3～6.75m3/环。
c.注浆速度
在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。
做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。
注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。
在实际施工中注浆量是靠注入速度来控制的，因此对注入速度进行计算，根据每环注入量和每环行程推进时间得到注人速度，计算式如下：
v=Q／t
式中：
v-注入速度（m／s）；Q-每环注人量（m3）；t-每环行程推进时间（s）。
（5）注浆工艺流程
注浆工艺流程见图
4.3.2二次注浆
同步浆量按照理论计算，应该为盾构穿越地层产生空隙量的150%~250%，但是在实际施工中，同步注浆注入量即使达到250%也不能完全控制住地面沉降值，原因可能有3个：
一是同步注浆的浆液不能完全填充满盾构穿越产生的空隙；二是地层渗透系数太大，浆液流失到地层中；三是同步注浆的浆液在凝固时体积会产生收缩。
当管片裂缝、接缝渗漏水及地面沉降控制较高的地段或在盾构施工对地表建筑物或管线影响较大地段，采用二次注浆来控制沉降。
注浆施工工艺如下：
（1）检查注浆系统是否处于正常工作状态，压力表是否正常；
（2）用钢筋捣通吊装孔底部25mm厚的混凝土，在吊装孔上安装连接阀，将混合阀与连接阀连接，然后再次检查管路连接的密封性；
（3）在浆液搅拌筒中按设计的水灰比进行浆液拌制，严禁浆液中有结块存在，以免注浆管堵塞；
（4）进行二次注浆时，起动注浆泵，然后先打开水泥浆控制阀，待水泥浆液流量稳定后再打开水玻璃浆液控制阀；
（5）在二次注浆结束时，先停止水玻璃浆液泵入，10~15秒后再停止水泥浆液泵入；
（6）注浆完毕后，及时冲洗混合阀及连接阀门，使之可顺利进行下一次注浆；
（7）二次注浆结束后，对每一个注浆孔进行密封，以防渗水。
注浆孔密封圈和注浆管盖密封圈均采用缓膨胀型遇水膨胀橡胶制品。
考虑到本标段地面周围存在较多的风险源，在隧道开挖影响较大的地段，防止周边土体松动领域的扩大，二次注浆主要采用水泥浆，为减少地面沉降时，可选择速凝型浆液，如水泥－水玻璃双液浆等。
水泥单液浆配比一般取水灰比1∶1或1∶1.5。
水泥－水玻璃双液浆配比见表
双液浆配比及浆液主要性质表
组别
水灰比
A液∶B液
（体积比）
缓凝剂添加量
（水泥用量％）
浆液密度
（g/cm3）
凝结时间
（秒）
1
1∶1
1∶1
0～1.5
1.44
20～48
4.4隧道接口防水
盾构管片为预制钢筋混凝土构件，盾构区间隧道与始发井、吊出井、并在洞口环梁与管片、与各结构内衬之间进行特殊防水处理。
区间隧道与始发井、车站、吊出井接口防水处理措施如下：
①车站主体防水层与后浇环梁中间采用收口胶进行防水处理
在盾构管片与后浇洞口环梁、主体结构与后浇洞口环梁间设置三道缓膨型遇水膨胀止水橡胶条止水。
③后浇洞口环梁采用C40、P10钢筋混凝土模筑。
④在盾构管片与后浇洞口环梁、主体结构与后浇洞口环梁间预埋注浆钢管，可以反复注浆，填充盾构管片与维护结构之间的空隙。
区间隧道与始发井、车站、吊出井接口防水处理如下图4所示。
图4洞门防水示意图
4.5管片堵漏处理
在用盾构法施工中，由钢筋混凝土管片（衬砌）拼装而成的隧道，由于各种原因造成管片的渗漏水，为保证隧道工程的质量，就必须进行防水堵漏处理。
1、管片的气泡、蜂窝和麻面的修补
由于砼振捣不实或严重离析而缺少砂浆，模板接缝不严密，砂浆流失，泌水严重冲走砂浆，而造成蜂窝麻面，此情况用水泥，107号胶结剂和水活成腻子填平，待达到一定强度后用细纱布抹平。
配合比如下：
配合比1：
水泥：
107#胶结剂：
水=1:
0.2:
0.2
配合比2：
水泥：
防冻剂：
107#胶结剂：
水=1:
0.03：
0.2:
0.2（冬季使用）
2、破损堵漏方法
先用水将缺陷部位清洗干净再采用P.O42.5水泥，PO32.5白水泥，沙子，SP401高效减水剂及水搅拌成M55水泥砂浆修补，采用塑料薄膜覆盖，定时喷水养护，待砂浆达到一定强度后，用细砂布打磨平整。
配合比设计如下：
配合比1：
P.042.5水泥:
P032.5白水泥:
高效减水剂:
水=1:
0.25:
0.025:
0.35（缺陷体积≦50cm3）
配合比2：
P.042.5水泥:
P032.5白水泥:
砂子：
高效减水剂:
水=1:
0.25:
1.5：
0.025:
0.35（缺陷体积≧50cm3）
五、质量保证措施
（1）注浆用的材料如水泥、膨润土、粉煤灰等进场后应该进行一次复试，只有复试合格后才能投入使用。
（2）注浆前进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合设计施工要求。
（3）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）-Q（注浆量）-t（时间）曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。
（4）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决。
（5）做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业顺利连续不中断进行。
（6）环形间隙填充不够、结构与地层变形不能得到有效控制、存在地下水渗漏区段、盾构穿越重要建筑物时防止变形超出范围，必要时通过吊装孔对管片背后进行二次补浆。
（7）注浆同时，要观察盾尾密封效果，防止浆液通过盾构机与管片之间渗漏。
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