双护盾TBM隧道豆砾石注浆层防水性能研究
2021-08-31王志康
王志康
(中铁十四局集团有限公司,山东 济南 250000)
1 引 言
青岛地铁2#线部分区间采用TBM施工,以管片为支护结构。地铁区间防水均遵循“以防为主,刚柔相济,多道设防,因地制宜,综合治理”的原则。管片支护结构以结构自防水为主,外防水为辅。其中管片壁后豆砾注浆层作为结构外防水体系的一部分,在防止地下水流入方面具有一定的积极作用。一直以来,限于施工工艺,豆砾石注浆层的防水作用往往被忽略。因此,认清豆砾石注浆层的防水性能也就显得更有意义。
TBM隧道中,豆砾石通过吹填孔吹入管片壁后空间,随后灌注水泥浆,形成豆砾石注浆层。豆砾石注浆层施作质量影响因素较多,防水性能也差异较大,探明豆砾石注浆层的防水性能对TBM隧道防水设计具有重要意义。对此,依据青岛地铁2#线,开展了豆砾石注浆层抗渗试验,通过试验确定豆砾石注浆层的防水等级,相应研究成果可为双护盾TBM隧道防水设计提供参考。
2 试验设计
研究将通过抗渗试验确定豆砾石注浆层防水性能。工程中,管片壁后豆砾石分布极不均匀,部分区域豆砾石含量较多,而豆砾石含量对豆砾石注浆层具有重要影响。对此本次试验设计了三种不同豆砾石掺加量的试件,见表1。三种试件豆砾石填充体积所占比例分别为1/3、2/3、1,每组试件共制作6个试块。
表1 豆砾石注浆层抗渗试件工况
豆砾石放置于模具后,需对豆砾石注浆,浆液采用水泥浆液,依据工程实际确定水灰比为0.6∶1。注浆后对豆砾石灌浆进行振捣,后静放48 h脱模。脱模后需采用钢丝刷打磨试件,见水泥浆膜刷去。试件制作完成后需放入养护箱,养护7 d。试件养护完成后,准备开始豆砾石注浆层的抗渗试验。
抗渗试验开始前,对试件表明涂抹水泥黄油混合物,并通过压力机将试件压入抗渗试验试验仪的模套内。试件入模后排出仪器管路内空气,并对试件密封后安装与试验仪上。
试验安装完成后开展豆砾石注浆层的抗渗试验,试验水压力加载从0.1 MPa开始,随后逐级加载,每级荷载差0.1 MPa,持载8 h。每组试件中3个试块出现渗水时,可停止试验,并应记下此时的水压力。试验中试件周边出现渗水时,则试验失败,需重新对试件进行密封。
豆砾石注浆层的抗渗等级以4个试块未出现漏水时的最大水压力计算确定,计算公式式(1)
P=10H-1
(1)
式中:P为豆砾石注浆层的抗渗等级;H为3个试块出现渗水时的水压力。
试验完成后,通过劈裂法将试块劈开,可以观察试块的的渗水高度,渗水高度是评价试块渗透性的关键参数。确定渗透高度时可将试块底边15等分,量测各等分点上的深水高度,取各等分点的平均值作为渗水高度。
3 试验结果
通过对豆砾石注浆层的渗水试验,得出了3种试验工况下豆砾石注浆层的防水性能。
由表2可以看出,豆砾石注浆层具备一定的抗渗性能,但抗渗性能较低,防水等级不足四级。随着豆砾石填充体积的增加,豆砾石注浆层的抗渗性能逐渐降低。可见增加豆砾石产量会为地下水提供更多的渗水路径。豆砾石注浆层中水泥浆液是决定豆砾石注浆层防水性能的关键因素,工程中应特别注重水泥灌浆质量。TBM隧道拱顶处豆砾石注浆层容易出现空洞、不密实的情况,需进行二次回填灌浆,二次注浆可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能。二次注浆随在一定程度上可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能,但二次注浆与同步注浆相差时间较长,难以充分接触,豆砾石注浆层整体性较差,抗渗性能提高不明显。
表2 渗水试验结果
通过试验可以得出,当豆砾石注浆层不密实时,应采用二次注浆的方法进行加强,但豆砾石注浆层依旧不能保证提供较高的防水效果,因此工程实际中不应考虑豆砾石灌浆层的防水性能。双护盾TBM隧道防水设计应以管片结构的自防水和接缝防水为主。管片防水等级应达到P12,接头则不允许渗水。管片外防水则可考虑涂刷渗透性结晶防水涂料或环氧涂料,以提高其防水性能。
4 结 论
管片支护结构以结构自防水为主,外防水为辅。豆砾石注浆层作为结构外防水体系的一部分,在防止地下水流入方面具有一定的积极作用。一直以来,限于施工工艺,豆砾石注浆层的防水作用往往被忽略。研究对豆砾石注浆层进行了抗渗试验,通过试验确定豆砾石注浆层的防水等级,研究得出了以下结论。
(1)豆砾石注浆层具备一定的抗渗性能,但抗渗性能较低。随着豆砾石填充量的增加,豆砾石注浆层的抗渗性能降低。
(2)二次注浆可以提高豆砾石注浆层的抗渗性能,但二次注浆与豆砾石注浆层难以充分接触,抗渗效果不明显。
(3)双护盾TBM隧道防水设计时不应考虑豆砾石灌浆层的防水性能,应以管片结构的自防水和接缝防水为主。