深埋沉管防水体系施工技术

黄 涛，戴书学，李誉文

深埋沉管防水体系施工技术

黄 涛，戴书学*，李誉文

（中交第二航务工程局第二工程有限公司，重庆401121）

对于大型海底沉管隧道，无论从设计还是施工而言，防水施工都是至关重要的环节，也是施工控制的重点和难点。港珠澳大桥沉管隧道最大水下深度达46m，混凝土结构为自防水体系，接头部位采用多层防水措施。文章从设计和施工角度介绍了项目的防水体系相关技术，以期为类似项目提供借鉴。

港珠澳大桥；沉管隧道；防水体系；施工技术

1 工程概况

港珠澳大桥岛隧工程隧道总长6 704m，其中钢筋混凝土预制沉管段长5 664m，最大水下深度达46 m，设计使用年限120 a，对沉管防水体系设计和施工提出了非常高的要求。

2 沉管防水体系设计

沉管防水体系设计包括沉管结构防水和接头防水，沉管结构的防水体系主要分为外包钢壳防水[1]、外包防水涂层防水和混凝土自防水。

2.1 沉管结构防水

港珠澳大桥岛隧工程预制沉管采用海工高性能混凝土结构自防水体系，混凝土28 d强度为C45，56 d强度为C50，抗渗等级P12，抗氯离子渗透系数28 d龄期≤6.5×10-12m2/s、56 d龄期≤4.5×10-12m2/s。

2.2 接头防水

2.2.1 管节接头

管节接头防水体系主要包括GINA止水带和OMEGA止水带2道防水结构，结构形式见图1。

GINA止水带材质是天然橡胶，考虑到隧道纵向水压不同，设计采用同一尺寸断面、不同硬度的橡胶实现各管节GINA止水带压缩量较为接近的目标，所有GINA止水带的压缩量基本控制在121～159 mm。同时供应商进行了地震工况GINA止水带动荷载试验，通过表面检查和试验前后止水带的尺寸对比得出结论:地震工况未对GINA止水带受压特性带来不利影响。

OMEGA止水带材质是丁苯橡胶，根据管节接头OMEGA止水带的室内抗水压试验可知在接头张开20 mm工况下止水带可承受0.9 MPa水压，最大变形量为-100～90 mm。

2.2.2 节段接头

节段接头为半刚性结构[2]，钢筋在此处完全断开，通过混凝土剪力键和预应力束控制接头的剪切位移和张开量。节段接头防水体系主要包括中埋式可注浆止水带、OMEGA止水带和聚脲防水涂层3道防水结构[3]，结构形式见图2。

图2 节段接头防水结构图Fig.2 Waterp roofing configuration at jointsbetween tunnelsegments

根据分析计算，为最大程度发挥止水带功效，中埋式可注浆止水带布置于受压区或受压区边缘。中埋式可注浆止水带材质为丁苯橡胶和钢片，总宽度为50 cm，包括止水带和注浆管两部分，结构形式见图2。由供应商进行了短期抗水压和200次循环抗水压试验，试验结果表明:短期抗水压能力为在接头张开90 mm工况下止水带可承受0.9 MPa水压；循环抗水压能力为在接头张开45 mm工况下止水带可承受0.5MPa水压，接头张开31mm工况下可承受0.75MPa水压。

节段接头OMEGA止水带与管节接头OMEGA止水带材质和断面形式基本相同，只是尺寸相对较小，根据室内抗水压试验可知在接头张开60 mm工况下止水带可承受0.9MPa水压，最大变形量为-40～60mm。

节段接缝两侧各1.2 m范围内喷涂聚脲防水涂料以增强接头防水能力，接缝两侧各0.15m范围内厚度为4mm，其余区域厚度为2mm。为满足接头柔性要求，在接缝处粘贴16 cm宽隔离膜。

3 防水体系施工

防水体系施工是贯穿整个沉管预制的系统工程，几乎所有工序都与其相关，所以严格做好各道工序质量控制非常重要。以下简要介绍各工序与防水密切相关的施工内容及控制要点。

3.1 钢筋安装

中埋式止水带安装于节段端面，受其影响箍筋断开为上下两部分。该部分钢筋安装对节段接头防水具有一定影响，施工中要求严格按设计位置安装，保证止水带上下钢筋间距均匀。止水带后方增设抵抗注浆压力的竖向钢筋安装要到位并与箍筋绑扎固定，间距均匀。受预应力孔道影响，部分止水带周边钢筋间距需要避让，要求调整后的钢筋间距不大于30 cm。

3.2 混凝土配制与浇筑

优良的混凝土生产和浇筑品质是混凝土结构自防水成功的关键，需从原材料选择与配合比设计、混凝土温度控制、浇筑和振捣工艺、养护等环节加强控制。

3.2.1 原材料选择与配合比设计

选用低水化热水泥，混凝土采用双掺技术，通过掺加粉煤灰、矿粉减少水泥用量，采用优质外加剂降低水胶比，降低产生温度裂缝的风险，提高混凝土抗渗透能力和耐久性。搅拌站设置贮量满足1.5个节段混凝土浇筑的砂石料仓，提前将砂石料转运进料仓，减小含水量波动以保证混凝土生产质量的稳定。

3.2.2 混凝土温控

沉管一次浇筑方量约3 400 m3，底板、顶板和侧墙厚度均为1.5m，属大体积混凝土，混凝土温控对控裂至关重要[4]。在分析各种混凝土温度影响的基础上，采用计算机模拟计算分析，提出沉管混凝土温控目标为:入模温度≤25℃、结构内部最高温度≤70℃、内表温差≤25℃、表面与环境温差≤15℃、养护水与混凝土表面温差≤15℃。为保证温控目标的实现，主要采取以下措施。

1）降低材料温度:设置粉料中间仓，温度过高的新进粉料可在中间仓贮存降温；砂石料仓、搅拌站粉料罐设置喷雾装置，夏季采用喷雾降温；砂石料输送带、计量仓封装，计量仓设置冷风机。

2）掺加冰屑、低温水:每2台搅拌站配备1台制冰机，制冰机可同时制备冰屑和低温搅拌用水，水温度控制在10℃以内。根据环境气温，掺冰量为20～60 kg/m3。

3）运输、泵送温升控制:混凝土运输罐车罐体外包夹芯篷布，泵管外包泡沫管，夏季施工时洒水保持外包材料湿润，减小混凝土温升。

4）在底板、下倒角、上倒角等部位埋设测温元件监测混凝土内部温度，及时提供温度监测数据，用于指导混凝土入模温度控制、模板拆除等。

3.2.3 浇筑和振捣工艺

沉管节段混凝土全断面一次浇筑成型，避免施工缝可能带来的渗水风险。混凝土采用泵送入仓，布料时严格控制分层厚度在30 cm左右，同时掌握好分层间隔时间，要求既能保证各层振捣充分，又避免间隔时间过长导致冷缝。

采用振捣棒进行混凝土振捣，针对端部钢筋密集区、下倒角、止水带周边等特殊部位，采用多项辅助措施保证振捣质量。

为保证振捣棒顺利到达需振捣部位，在端部钢筋密集区增设振捣棒导向装置，由导向筒和封头组成，有效减少钢筋密度过大带来的卡棒现象，同时加强钢筋密集区域的振捣，保证混凝土成品质量。沉管下倒角振捣时采用角钢导向。

通过振捣棒振捣效果对比试验，引进进口高频振捣棒进行止水带周边混凝土二次振捣。进口高频振捣棒具有重量轻、排气泡效果好等优点，但振捣时间长、效率相对较低，在特殊部位使用具有较好的效果。

为解决夏季施工墙体内气温高、空气质量差的问题，采用大型空调向墙体模板内送冷风，改善作业条件，促进了振捣质量提高。

3.2.4 养护

设置养护棚和自动喷淋设施，根据沉管不同部位的具体情况采取不同的养护方式保证养护效果满足要求。顶板顶面采用覆盖蓄水养护，侧墙外侧面采用自动喷淋养护，端面和底面采用涂刷养护剂养护，管内采用喷雾养护。

3.3 止水带施工

止水带施工根据止水带种类分为中埋式可注浆止水带安装与注浆、OMEGA止水带[5]安装、GINA止水带安装。

3.3.1 中埋式可注浆止水带安装与注浆

中埋式可注浆止水带在首批端模就位后安装，采用桁吊或汽车吊吊起止水带卷盘，人工展开并安装就位，然后在顶板处硫化对接成环形整体。中埋式止水带安装施工主要注意以下几点。

1）止水带展开时人员数量要足够，分布均匀，减少止水带与钢筋笼擦挂，避免止水带损伤。

2）止水带安装要居中，中部突起与端模上的限位钢条贴紧。通过止水带上设置的小孔用铁丝将止水带固定在钢筋笼上，并向上拉起使止水带上翘角度符合设计要求，铁丝布置间距不大于1.5m。

3）端模安装和拆除时要注意对止水带的保护，不得强行野蛮作业，避免止水带损坏。

4）固定注浆管的螺帽要拧紧，钢管与止水带接触位置要仔细涂抹密封胶以免水泥浆进入管内造成堵管。底板注浆管用细铁丝固定在钢筋笼上，其余部位的注浆管PVC杯要顶紧模板。

5）混凝土浇筑前要逐个仔细检查注浆管密封和固定情况。

6）拆模后要及时拆除注浆管内定位螺杆，并做好管口保护，防止异物进入。

7）为保证中埋式可注浆止水带注浆效果，经设计优化在原止水带内侧增加了一圈可注浆橡胶条，同时将注浆管数量由24根增加为34根。

注浆材料为环氧树脂浆液，采用电动搅拌注浆泵施工，注浆压力控制在0.5～1MPa。注浆顺序由底板中部向两侧进行，最终于顶板中部结束。首先在底板1号注浆管进行注浆，至其两侧的2、3号注浆管出浆后暂停注浆，封闭1号注浆管后从2、3号注浆管进行注浆，以此类推直至34号注浆管出浆，最后通过34号注浆管注浆，注浆压力达到0.6MPa且持压5 min后即可结束注浆。

3.3.2 GINA止水带安装

管节预应力施工完成后，进行端钢壳空间姿态测量，并用专业软件拟合平面方程进行偏差计算、评估，经设计确认合格后即可进行GINA止水带安装。GINA止水带安装前将端钢壳表面和压板螺栓孔清理干净，焊接接头处进行重度防腐补涂，验收合格后才能进行安装。

GINA止水带采用专用吊具起吊，吊点处采用专用保护垫避免止水带鼻尖损伤。吊装就位后安装止水带压板并压紧，最后在沉管顶部安装GINA止水带保护罩。

3.3.3 OMEGA止水带安装

节段接头OMEGA止水带安装在预应力孔道压浆完成后进行，由人工展开，安装时注意各转角点与预埋件相应位置对准，在底板区硫化对接成环形整体。止水带安装重点控制固定螺栓扭矩、预埋件表面清理、预埋件重度防腐补涂等工作。

管节接头OMEGA止水带安装在沉管安装到位、沉降基本稳定后进行，施工方法和控制重点与节段接头OMEGA止水带基本相同。

OMEGA止水带安装完成后，安装预埋件牺牲阳极块，最后安装保护钢板防止止水带受损。

3.4 接头全断面注浆

全断面注浆管安装于节段接头OMEGA止水带预埋件角点处和端钢壳后方，由塑料管引出至沉管内腔。注浆管为外包双层无纺布的螺旋钢丝管，无纺布外包有保护尼龙网，可以阻止水泥浆进入管内，环氧浆液则可由管内渗透出到管外填充钢混结合面间的微细间隙。

全断面注浆管在各预埋件安装就位后安装，注浆管安装后附近不得有焊接、切割等作业，以免烧毁注浆管。

接头全断面注浆顺序与中埋式可注浆止水带注浆相同，注浆时从注浆管的一端开始，至另一端出浆后封闭出浆管，加压至0.8 MPa后持压5 min即可结束注浆。

3.5 聚脲喷涂

聚脲喷涂工艺成熟，国内外应用也很多。需要注意的是，珠海每年2—6月湿度很大，冬季则因季风期而风力较大，聚脲施工必须选择气候条件较好的时间施工以保证施工质量满足要求。实际施工时采取尽早施工的办法以增加施工时间选择，在沉管顶推出养护区后即安排基层打磨、底涂施工等可提前施工的项目。接头水密性试验完成并验收合格后，将底涂表面清理干净并均匀喷涂1层专用底漆，在24 h内完成聚脲喷涂作业。

3.6 接头水密性检测

用自动水密试验机[6]进行接头水密性检测，该设备水压力控制精度为0.01MPa，可根据设定自动控制压力和持压时间。根据管节所处不同位置，管节接头水密性试验的水压力为0.28～0.51MPa。

管节接头和节段接头水密性检测方法相同，通过设于底板的注水孔向OMEGA止水带与预埋件间的空腔灌水，分级加压至设计压力，持压2 h后检查水密情况。合格后通过底板排水孔将水排出。

4 结语

管节防水是沉管隧道设计施工的关键，其施工贯穿整个沉管预制全过程，施工过程中必须严格执行设计要求和施工方案，加强过程质量控制和检验，保证防水体系的效果达到设计目标。

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Construction technology of waterproof systeMfor deep buried tunnel sections

HUANGTao,DAIShu-xue*,LIYu-wen
（No.2Engineering Co.,Ltd.ofCCCCSecond HarborEngineering Co.,Ltd.,Chongqing401121,China）

For large undersea immersed tunnels,regardlessofdesign or construction,waterproofing is the critical link and also importantand difficult to control.ThemaximuMwater depth of HZMB immersed tunnels is46Mand the concrete structure isof self-waterproofing systeMwithmulti-layerwaterproofing joints.This paper describes froMthe design and construction pointof view the waterproofing systeMand related technologies,with a view to provide reference for siMilar projects.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;immersed tunnel;waterproof system;construction

U655.4；U455.46

B

2095-7874（2016）07-0059-04

10.7640/zggw js201607017

2016-05-26

黄涛（1973—），男，重庆永川人，高级工程师，主要从事工程项目管理工作。

*通讯作者:戴书学，E-mail:1678805319@qq.com