城市地铁暗挖隧道防水施工技术研究

2020-03-08隋宇

工程技术研究 2020年3期

隋宇

（中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司，广东深圳 518116）

地铁具有运量大、准点、节能、环保、不会占用地面空间等优点，可以有效缓解城市地面交通拥堵现象，提高地面交通运行效率，因此各大城市纷纷开始建设城市地铁工程。目前我国已有30 多个城市已建或者在建地铁工程。由于地铁工程大多修建在城市人口密集区域，对周围地面交通、管道等影响比较大，暗挖法在不挖开地面的情况下施工，对地面交通、地下管道的干扰比较小，因此在地铁隧道施工中广泛应用。地铁隧道施工过程中，可能出现突水或者地下水渗透等，导致地面沉降等问题，影响到地下隧道施工的安全性和可靠性。因此，采用暗挖隧道法过程中，需要做好防水措施，确保隧道施工安全性。

1 暗挖法原理和特点

暗挖法是隧道或者地下构筑物施工过程中，先开挖出相应的空间，然后在空间内部修筑衬砌，具体施工方式需要根据地下隧道的地质地貌、地形、水文条件以及建筑物埋置深度。埋置比较浅的构筑物需要从地面挖出基坑或者堑壕，修筑衬砌以后再进行回填，这种就是明挖法。当基坑或者堑壕挖到一定深度，则需要采用暗挖法。暗挖法是根据围岩承载能力，采用爆破技术进行开挖，并形成复合式内外两层衬砌修建隧道的洞身，以锚杆、钢筋网、混凝土喷柱以及钢支撑结构作为外层支护结构，也称为初次柔性支护，可以最大限度利用围岩自身的承载力作为支撑，避免隧道开挖过程中出现围岩变形或者崩塌现象。因此，暗挖法适合隧道土层松散或者含水层地层，适合埋藏深的构筑物。暗挖法施工过程中，必须坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”等原则，采用30 ～50cm 的钢管作为超前棚顶导管，在导管内部注入泥浆或者化学浆，形成结石体，提高围岩自身稳定力。每一次开挖0.75m 左右，采用环状开挖方式，预留换状内的核心土，在核心土喷5 ～8cm的混凝土，形成拱架和钢筋网，然后喷25 ～30cm 的混凝土形成初级支护结构。暗挖法受到工程地质和水文条件的影响比较大，施工条件非常差，工作面狭小，对地面影响比较小，如果埋置构筑物比较浅，则可能导致地面沉陷，在施工过程中，产生大力的废土和碎石必须及时处理，以免影响到开挖进度。

2 项目概况

深圳市城市轨道交通10 号线工程甘坑站至凉帽山站区间位于深圳市龙岗区甘坑村，起点位于秀峰路东南侧的白砂岭坡脚处，终点位于甘李二路南侧的凉帽山上。区间原始地貌为丘陵，地形起伏较大，总体地势西高东低，现状地表经人工改造后，部分地段沟谷已被填平，地面高程一般为85.74 ～174.96m。隧道左右线间距21.3 ～120.3m，埋深53.3 ～73.9m，主要穿越微风化花岗岩和强风化角岩。本区间全长1080.767m，其中明挖段63.138m，其余均采用矿山法施工，左右线为单洞单线隧道，标准断面宽度5.2m，隧道埋深13 ～105m。

3 项目地质条件及水文地质情况

场地揭露到的地层主要有第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系残积层（Qel）、燕山期（γ53）花岗岩、侏罗系（J2）角岩。

（1）地表水。场内未见明显地表水，但在右DK22 +565 ～右DK22+584 和右DK22+617 ～右DK22+654段分辨各发育一条填土冲沟，沟深分别约为15m 和23m，宽约5m 和13m。两条冲沟无常年性流水，仅雨季时汇集于此，在右DK22+793 段和右DK22+832 段附近有一小水沟，沟深约2m，水深约0.2m，雨季时稍高。

（2）地下水。场地地下水主要有两种类型，一种是松散岩类孔隙水，另一类为基岩裂隙水，主要附于块状强风化、中等风化带的裂隙中，略具承压性。

4 隧道防水施工体系

根据勘查的实际情况，结合地铁隧道施工技术标准和要求，制定了由隧道结构自防水+接缝防水+附加防水层三位一体的防水体系。隧道结构自防水主要通过提高混凝土抗渗透能力、控制混凝土裂缝以及提高腐蚀区域的防腐蚀性能等方式。隧道的初级支护结构采用注浆施工方式，并在初级支护结构设置止水帷幕，初级衬砌的防渗透能力必须达到S6，二级衬砌的埋深达到20 ～30m 时，其防水等级必须达到S10。混凝土结构硬化过程中，迎水面的裂缝控制在0.2mm，背水面的裂缝控制在0.3mm。腐蚀区域的混凝土结构抗腐蚀系数必修大于0.8；施工缝、变形缝、浇筑带以及各类接头接缝不能渗透、渗漏现象；附加防水层可以抵抗35m 的水压，并分区进行防水设置。

5 防水施工方式

暗挖隧道采用1.5mm 厚的PVC 防水板全包柔性防水方式，暗挖结构初级衬砌和二级衬砌采用全断面施工方式，防水板外侧设置无纺布作为缓冲层。附加防水层采用1.5mm 厚的PVC 防水板全包柔性防水方式，采用环向和纵向防水分区和注浆防水方式，环向注浆和纵向注浆的施工缝采用背贴式止水带进行分区，背贴式止水带在相交的地方必须采用十字型接头，并在每一个区域设置可以重复注浆的注浆盘管，在施工过程中，对针对局部可能出现渗漏的地方进行二次衬砌和附加防水层进行注浆防水。

5.1 混凝土结构自防水施工技术

混凝土硬化过程中，水泥产生水热化现象，导致混凝土结构内外温差应力，引起混凝土裂缝，从而造成渗漏现象。因此，想要提高混凝土结构自身的防渗漏性能，必须提高混凝土的性能，降低混凝土裂缝的发生。地铁工程暗挖隧道的时候，采用高性能混凝土。将粉煤灰、矿渣同时掺入到混凝土材料中，可以充分利用粉煤灰和矿渣之间的耦合性，也就是充分发挥细粉煤灰的玻璃球状效应和矿渣之间的吸附性作用，从而配置出高性能的混凝土材料。水泥使用C30 的普通硅酸盐水泥，水泥的总量占整个混凝土材料质量的10%～15%，细度膜数为7.8%，初凝时间为320min。粉煤灰选择火电厂的二级粉煤灰，矿渣使用前需要将其磨成细粉末。水为干净的自来水。砂石骨料选择干净的鹅卵石和花岗岩，鹅卵石的比重为2.62%，花岗石的比重为2.67%。砂石骨料分为细骨料和粗骨料，粗骨料的级配为10 ～25mm，细骨料的级配为5 ～10mm。防水混凝土的骨料颗粒和级配比较好，吸水率低，孔隙率低于40%，含泥量小于1%。混凝土入泵塌落度控制在140±20。迎水面的钢筋净保护厚度大于50mm，纵向配筋率大于0.2%。混凝土浇筑的时候，采用分层对称浇筑，混凝土从低处向高处分层连续浇筑，中间不能停止，如果有必要停止浇筑，则需要缩短停止时间，如果停止时间超过45min，则必须按照施工缝进行处理。

5.2 施工缝防水施工技术

由于地铁工程隧道使用的混凝土结构面积比较广，混凝土浇筑过程中，可能产生施工缝、连续缝、变形缝，从而导致混凝土结构出现渗漏现象。因此，必须做好施工缝、变形缝的处理，以免造成渗漏。在施工过程中，施工缝尽量避开地下水和缝隙水比较多的区域，并与变形缝结合起来。水平施工缝尽量避开剪力和弯矩最大处，而是应该预留在高处边墙和仰拱相交300mm 的墙体位置，施工过程中，必须在墙体预留一定的孔洞。施工缝浇筑处理以后，需要用钢丝刷将其表面的浮浆和杂物等清除干净，水平施工缝浇筑前，需要先铺设干净的浆液，然后铺设30 ～50mm 厚度的水泥砂浆。施工缝中间安装3mm 厚度的镀锌钢板，镀锌钢板必须采用焊接方式。在地铁隧道二衬和防水重点区域，必须在施工缝隙内预埋可以重复浇筑的注浆管，并在环向施工缝设置1.2mm不锈钢接水槽。隧道地质条件变化比较大、结构不稳定区域的混凝土结构容易产生变形，因此还需要对变形缝进行处理。变形缝设置三道各自成环的止水带，在变形缝中部设置带注浆管的止水带，可以形成一道封闭的防水线，变形缝内侧采用密封胶填筑，可以起到防水作用。

5.3 附加防水层施工技术

防水层施工前，必须清除表面的污渍、碎石以及建筑垃圾，以免影响到防水层整体防水效果。同时将基层凹凸不平处进行平整处理。穿出基层的金属构件必须用切割机切除并用砂浆磨平，无法切除的金属构件，采用混凝土或者砂浆进行覆盖。铺设防水板时，必须检查初级支护结构的渗漏情况，并沿着衬砌方向作业，超前支护结构做好注浆止水工作。防水卷材选择高性能的防渗透材料，比如高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材等新材料。地下防水工程施工采用热粘法、混凝土添加防水剂、热熔法等，提高防水工程的质量，防止地下工程渗透。