泥水盾构隧道渗漏机理与防治措施

邵业勤/SHAO Ye-qin

（广东华隧建设股份有限公司，广东 广州 510620）

轨道交通有效地缓解了大中型城市交通的压力，方便着千家万户的出行。作为盾构隧道施工的关键点，盾构隧道的质量控制，不仅影响着盾构隧道的运营使用，而且还影响着盾构隧道能否达到设计寿命，其中隧道的渗漏与防治至关重要。

1 工程概况

广州地铁7号线1标线路始发于广州南站西广场，线路下穿广州南站西广场与规划中的地铁七号线并行，然后下穿广州南站内河涌、最后下穿韦涌、石壁涌、海怡大桥桥桩至出洞口，经过U型槽段、地面线段进入大洲车辆出入段。盾构段里程RDK0+146.103～RCK1+400.967，CDK0+147.548～CCK1+865.000，长约2972.316m。入线段最大转弯半径250m，出线段最大转弯半径210m。地下水初见水位埋深为1.3～3.8m，标高为3.15～5.87m；稳定水位埋深为1.9～4.3m，标高为2.65～5.28m。区间隧道通过地层主要为<2-1B>海陆交互相淤泥质土 、<2-2>海陆交互相(淤泥质)粉细砂、<4N-2>粉质粘土（可塑）、<5N-1>可塑状残积土、<5N-2>硬塑状残积土、<6>全风化粉砂岩、<7>强风化粉砂岩、<8>中全风化粉砂岩，局部位于<9>微风化粉砂岩。

2 渗漏机理

隧道渗漏水通常分为管片结构接缝渗漏、管片裂缝渗漏、管片混凝土腐蚀渗漏、管片预留孔渗漏4种。按渗透程度可划分为慢渗、快渗、漏水和涌水4种。按渗漏形式可划分为点、线、面3种。渗漏的成因如下。

1）地质水文因素 本标段穿越区间地层多为海陆交互相淤泥质土、海陆交互相(淤泥质)粉细砂、粉质粘土（可塑）组成的复合地质，该类土层具有明显“高灵敏度、高含水率、高压缩性、低强度、低密度、低渗透性”特点。区间地层地下水按含水介质类型（含水层的孔隙性质）不同可划分为第四系浅部土层中孔隙水、深部基岩裂隙水。因此，盾构隧道管片容易因蛇行运动、超挖，注浆浆液充填不充分、地下水头高等自然因素使得管片发生错台、管片接缝渗漏水现象。

2）盾构掘进参数 ①在掘进过程中，盾构的姿态控制不佳，造成盾尾间隙不均匀，间隙过小处的盾构外壳压迫管片向反方向移动，造成两环间管片错台，两环间管片止水带不能压紧吻合，极易发生漏水现象。②在转弯段时，由于盾构机身外壳为一直线形不可变刚体，在掘进过程中与设计曲线不能充分拟和。盾构的机身越长、设计曲线的转弯半径越小，则实际曲线与设计曲线拟合的难度就越大。在转弯段盾构掘进实际的线形是由连续的一段段折线组成，为了使得实际曲线接近拟和设计曲线，在盾构掘进施工时，掘进每一环都需要对盾构姿态进行连续纠偏。转弯半径越小，纠偏量就越大，千斤顶编组压力差越大，实际曲线越难以拟和设计曲线，盾构操作难度越高。盾构每向前掘进一环，管片受力面与设计曲线的法线方向将在侧向平面上产生一定的角度，在盾构千斤顶编组推力下会产生一个向设计曲线外沿的侧向力。受到侧向力的影响，盾构区间管片向设计曲线外侧发生整体偏移，造成相邻环管片错台，管片止水条不能压紧吻合，漏水点增多，严重影响到隧道质量安全。

3）管片原因 ①管片制作工艺不合格：原材料质量控制不严格、混凝土水灰比过大、振捣不均匀、不密实、养护不到位导致管片表面出现气孔、龟缩裂纹、温度应力裂纹、砂眼等缺陷，导致管片接口处有纹路、裂缝、空隙；②管片防护不合格：管片在堆放、运输、吊装、拼装中受到挤压、碰撞、崩裂掉块、人为破损等；③管片止水带密封不合格：止水带粘贴不牢固，或者过早浸水使遇水膨胀橡胶条遇水膨胀脱落；两环间管片错台，容易使管片发生崩裂掉块，止水带不能吻合压紧、甚至止水带脱落，从而引起漏水。尤其是当封顶块受到两侧邻接块的挤压时，容易导致止水条变形脱落；管片端面、止水带在拼装前不及时清洗夹杂异物等情况；④管片拼装不合格：拼装后管片呈椭圆形，管片发生破损，管片出现错台，管片螺栓未上紧，管片环缝、纵缝间隙过大，预留孔（手孔、注浆孔）等封堵效果不佳，管片螺栓孔、注浆孔堵头未加防水密封垫圈等。

4）注浆工艺 泥水盾构掘进时，管片同步注浆与二次补浆效果不佳、管片与围岩间充填不密实，不能及时地凝固并达到一定的早期强度，造成隧道管片受力不均，局部上浮较大，管片间相对错台或接缝较大将会引发渗漏水情况。同时管片注浆量不足也容易引起管片推出盾尾后发生较大沉降变形，隧道渗漏较大。

3 渗漏防治措施

3.1 地质水文因素采取的措施

1）参考隧道上方覆土厚度、类型，以及地下水位高度进行切口水压设定。如果设定值过高，容易导致管片缺损，从而造成管片漏浆。考虑管片注浆受管片与土体间的渗透流动扩散、盾构超挖、壁后注浆类型等各方面因素的影响，应根据同步注浆的压力保证充填系数为理论空隙量的1.2～1.8倍。在地下水量较大或裂隙较发育的富水岩层地段，一般应保证达到1.5～2.5倍的充填系数。同步注浆应同时关注注浆压力和注浆量，注浆压力、注浆量尽量大，起到填充密实空隙，固定住管片的作用，避免盾构隧道产生较大的沉降变形，从而保证管片防水第一道防线的质量。

2）首先根据设计线路走向、转弯曲线管片外径与内径长度差的楔形总量对盾构区间管片选型进行合理排版，选择合适数量的左右转管片；其次具体拼装时再根据盾构千斤顶编组、铰接千斤顶行程差、盾尾间隙、正确选择管片拼装点位。

3.2 盾构掘进参数

1）合理地选择盾构参数进行推进。尤其是在转弯处或纠偏推进时，每环盾构千斤顶编组推进油压差不宜超过250bar，姿态变化量上下不宜超过±7mm，左右不宜超过±5mm，千斤顶编组行程差不宜超过50mm。

2）根据盾构隧道线形管理原理，在掘进过程时，激光自动导向系统（VMT导向系统SLS-T）会实时测量出盾构的实际三维坐标和姿态（俯仰角、水平角、滚动角），通过计算机程序将盾构的实际三维坐标和姿态与相应里程的设计轴线进行比较，对比过偏差数值后及时调整盾构千斤顶编组分区油压，使盾构推进轴线和设计轴线尽可能接近。

3）在富水软弱地层，应加快掘进速度，掘进速度宜保持30mm以上，在急转弯半径段，掘进速度应适当放慢，宜保持10～25mm左右，掘进过程中应隔20～30cm释放一次千斤顶侧向力。

3.3 管片特点

1）控制好管片生产工艺 在管片生产过程中，应严格按照区间隧道管片生产投标书有关质量的要求实行，保证管片生产达到尺寸精度、强度等级、抗渗等级均合格。严格控制混凝土配合比和尺寸精度，采用高精度管片钢模具，各项定期检测指标均在标准的允许公差内，确保管片外形尺寸符合要求。混凝土布料、振捣和成型、蒸养时间、脱模工艺、温度压力等方面应达到工艺规范制作的要求。通过生产过程工序质量控制，坚持自检、互检、专检，确保管片出厂前已经达到合格标准。

2）控制好管片堆放、运输、吊装、拼装流程保护好管片在堆放、运输、吊装、拼装中受到挤压、碰撞、崩裂掉块、人为破损等。管片拼装之前清理干净盾尾，确保无泥沙、垃圾等存在。同时对管片端面和止水条位置进行清洗，避免影响到管片止水条的防水效果。在拼装K块前要调整好预留的K块位置，K块插入预留位置时前应涂抹黄油，减小K块拼装困难时的摩擦力，预防K块在拼装时管片止水条出现破损。

3）控制好管片拼装质量 拼装前拼装人员须检查环面平整度，拼装时应保持环面和内弧面的平整，避免因椭圆出现管片接缝过大、管片错台等情况；管片拼完后螺栓要按照要求加防水垫圈并多次（至少3次）拧紧螺丝，对已打孔的注浆孔要用加防水垫圈堵头进行封堵。

3.4 注浆工艺

1）注浆孔的布置 尽量选择靠近拱顶的注浆孔进行注浆，并且选择多个点位进行浆液填充。在转弯段推进时，管片沿设计曲线外侧的注浆量必须大于内侧注浆量，以防止管片向外侧偏移。隧道中的注浆分为同步注浆与二次注浆，同步注浆可采取1、5、7、11点位多点注浆，注浆压力尽量大。二次注浆可采取蛙跳式间段注浆进行，初凝时间尽可能地短，以便及时固结住管片。通过这两种注浆方法对隧道与围岩空隙进行浆液的及时充填密实。

2）注浆结束标准 如果注浆过早开始，或者过晚结束，容在易造成盾构在推进过程中发生管片漏浆。宜在盾构推进20cm开始注浆，盾构推完前30mm停止注浆。注浆压力与隧道埋深有关，注浆压力设定理论上设定为1.1～1.2倍静止水土压力。实际一般控制在0.3～0.4MPa。如发现注浆压力过高或过低，可通过调整注浆泵泵速来控制注浆压力，同时观察管片的渗漏情况，及时更换注浆点位和调整注浆量。

3）注浆材料与注浆配比 采用32.5R普通硅酸盐水泥、水玻璃溶液、膨润土、粉煤灰和细沙；水泥浆液配比由试验确定。水泥浆∶水玻璃＝10∶1。

4 结 语

1）泥水盾构隧道渗漏水常出现在管片接缝、管片本身裂缝、管片混凝土腐蚀处、管片预留孔处，因此，防渗漏水施工的具体内容包括：管片制作过程防水、管片堆放、运输、吊装、拼装流程防水 (弹性密封垫防水、止水带防水、管片预留孔防水)、管片注浆防水、后期堵漏补强等。

2）对面渗漏区，宜钻孔埋管，引排渗漏水，然后在中间位置管片吊装孔进行二次注浆。对于管片接缝引起的局部滴漏、线漏，宜在渗漏位置两侧钻新孔后向管片壁后注双液浆、改性环氧树脂堵漏。对管片本身裂隙的渗漏水，宜根据裂隙的宽度，先采用注双液浆堵漏，再采用水泥基渗透结晶型防水材料进行表面涂刷封闭处理。对管片预留孔，宜拧开堵头，往孔内堵塞速凝微膨胀水泥，彻底堵住渗漏水。

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