富水地层地铁盾构管片接缝和车站关键部位防水技术研究

张志萌

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300459）

1 背景

在地铁施工建设中，工程质量非常重要。特别是地处富水地层的地铁区间和车站，要切实做好防水处理，否则影响工程质量和安全。而常规措施难以满足地铁隧道盾构管片接缝防水和地铁车站防水要求，必须通过新材料、新工艺进行科学施工，才能有效解决防渗漏问题。

通常盾构隧道相邻盾构管片之间的纵（环）接缝是防水薄弱环节，传统的地铁隧道盾构管片接缝防水采用橡胶密封垫，一些专家学者为此进行相关分析研究。王媛[1]等为提高地铁隧道盾构管片接缝防水橡胶密封垫耐久性，进行橡胶密封垫水热加速老化试验，研究其出现渗水的机理；文彦鑫[2]等以南京枢纽上元门越江隧道项目为例，采取装配力试验等方式，对截面不一样的橡胶密封垫承受水压力的原因进行分析；张稳军[3]等对橡胶密封垫遇水膨胀橡胶块截面形状和几何尺寸展开选型设计优化，从而提高防水效果。

尽管橡胶密封垫在地铁隧道盾构管片防水领域的应用比较广泛，但是地铁隧道盾构管片接缝防渗效果差强人意。本文依托沈阳地铁4号线长白岛站至长白南站区间下穿长白岛内河区段工程，地铁隧道盾构管片接缝采用新型“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术，通过与传统地铁隧道盾构管片接缝采用橡胶密封垫防水技术进行对比，证明新型组合式防水技术的优越性。

同时，地铁车站主体结构和附属结构易渗水关键部位也需要采取加强防水措施，为此不少学者也进行了深入研究。彭金陵[4]结合青岛地铁1号线海泊桥站项目，通过引入新型保温保湿养护系统新材料以及叠合墙竖向止水装置等新工艺，切实提高了防水效果；赵振[5]等从轨道交通车站渗漏水产生原因以及防治等方面进行研究并实践。本文针对沈阳地铁4号线南五马路站位于富水层工程实况，积极做好常规防水的同时，对易渗水关键部位采取底板倒角防水、施工缝防水、变形缝防水、接地电极防水、格构柱防水、风井防水加强举措，严防出现渗漏水现象。

2 地铁隧道盾构管片接缝防水处理

2.1 隧道区间工程概况

沈阳地铁4号线长白岛站至长白南站区间左右线长度约为2 762.6 m，线路呈南北走向。该地铁隧道下穿长白岛内河的河面最宽处约为149.8 m，地铁盾构区间与河床最小间距只有13.49 m，长白岛内河平均水深约2.5 m。盾构下穿长白岛内河地层地质条件差，主要为圆砾、砾砂层，透水性强，地铁隧道盾构管片接缝容易出现渗水。

2.2 管片接缝防水技术

2.2.1 非固化橡胶沥青防水涂料性能

非固化橡胶沥青防水涂料性能特点如下。

（1）黏合性强。与地铁隧道盾构管片通过满粘形式构成皮肤式防水，黏合性强，不容易脱落，即便是环境温度低于-20℃或极潮湿的环境，依然具备良好的黏结性能。

（2）封闭性强。对裂缝和毛细孔能进行有效封闭，有效防止防水层出现窜水现象，极大提升防水性能，可满足复杂的施工环境防水需要。

（3）修复性强。即便长期接触空气仍能一直保持胶质的黏稠性，也不容易出现固化现象，有较强的自愈能力，能够自行修复由于外力引起的缝隙。

（4）兼容性强。防水涂料一直保持黏滞状态，不仅可有效解决由于地铁隧道盾构管片因开裂引起防水层出现开断或老化等难题，而且可以确保现有防水涂料与卷材配合使用时的兼容性。在富水地层，非固化橡胶沥青防水涂料可适应地铁盾构隧道管片基面潮湿环境，迅速达到所需防水厚度要求，不需要进行较长时间养护，从而实现不间断的快捷施工。

2.2.2 组合式防水技术

为提高地铁隧道盾构管片接缝防水能力，借助非固化橡胶沥青防水涂料黏合性强、封闭性强、自我修复性强、兼容性强的优势[6]，与常规橡胶密封垫配合使用，采用新型“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术，构筑地铁盾构隧道管片接缝组合式防水系统，如图1所示。

图1 地铁盾构隧道管片接缝组合式防水技术

2.2.3 施工工艺

（1）工艺流程。第1步：清理地铁隧道盾构管片表面→第2步：粘贴剂均匀涂抹于地铁隧道盾构管片上→第3步：垫好密封垫→第4步：对可黏性薄片进行仔细粘贴→第5步：借助加热棒将非固化橡胶沥青防水涂料进行升温加热→第6步：涂刷非固化橡胶沥青防水涂料→第7步：吊运拼装地铁隧道盾构管片[7]。

（2）注意事项。通过工具将地铁隧道盾构管片表面存在的多余混凝土颗粒进行彻底清除，另外借助毛刷仔细清理灰尘；按照地铁隧道盾构管片类型的不同选取尺寸相匹配的橡胶密封垫、传力衬垫进行粘贴，确保密封性；借助加热棒将非固化橡胶沥青防水涂料加热，温度不低于60℃，并通过反复搅拌增强其流动性，方便进行涂刷作业；橡胶密封在地铁隧道盾构管片接缝粘贴好以后，在管片外侧通过毛刷对接缝外圈涂刷厚约3 mm、宽约4 cm非固化橡胶沥青防水涂料，涂刷厚度必须超过设计的橡胶密封垫被挤压后溢出的厚度。

2.2.4 对比试验

沈阳地铁4号线区间盾构隧道在长白岛内河下方穿越时，选择126环地质环境条件相近的左右线区段作为试验段，将右线试验区间采用“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术与左线试验区间采用常规“橡胶密封垫”防水技术开展对比试验。试验分析情况如表1所示。

根据表1可得出以下结论：相同地质环境条件下，右线采用“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术，区间管片渗漏率仅为4.8%，渗漏点只有4处，而左线采用常规“橡胶密封垫”防水技术，区间渗漏率为16.7%，渗漏点多达21处。实践证明，采用“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术的防渗漏水效果更好。

表1 新型组合式防水技术与传统防水技术对比

3 车站关键部位防水处理

3.1 车站工程概况

沈阳地铁4号线南五马路站地处沈阳南京南街与南五马路与交汇处的北面，为跨岛式站台车站，顶板覆土约为3.69 m，盾构段底板最大埋深26.97 m，标准段底板最大埋深24.98 m，车站基坑最宽处为27.96 m。南五马路站临近南运河水系，地质条件差，主要为圆砾、砾砂层，透水性强。地下车站（含人行通道和垂直电梯井、风道）以及机电设备所涉及的区域的防水等级设计为一级，要求不能有渗水现象。

3.2 车站关键部位防水技术

3.2.1 施工防水材料

南五马路站地下结构采用的防水材料如表2所示。

表2 地下结构采用的防水材料一览表

3.2.2 车站防水施工总体工艺流程

车站防水施工总体工艺流程如图2所示。

图2 车站防水施工流程图

3.2.3 防水卷材施工工艺流程

第1步：对结构基层进行找平处理和清理→第2步：防水垫层、阴阳角倒角处理→第3步：铺设防水卷材→第4步：防水保护层施工→第5步：进行固定、压边→第6步：工程验收[8]。

3.2.4 聚氨酯涂膜防水施工工艺流程

第1步：对结构基层找平压光→第2步：处理结构的阴阳角倒角→第3步：防水加强层仔细涂膜→第4步：防水层仔细涂膜→第5步：仔细施作纸胎油毡隔离层→第6步：工程验收[9]。

3.2.5 细部结构加强防水措施

（1）底板倒角防水加强处理。倒角处防水材料通常不容易被折成90°。底板倒角防水加强处理如下：将1 : 2.5水泥砂浆铺好倒角，尺寸为50 mm×50 mm，然后在倒角上面铺设250 mm×250 mm的防水加强层，之后进行大面积铺设单面黏合Ⅱ型沥青基聚酯胎预铺防水卷材。具体施工示意如图3、图4所示。

图3 阴角防水加示意图 （单位：mm）

图4 阳角防水示意图 （单位：mm）

（2）施工缝防水加强处理。该项目施工缝防水通过钢边橡胶止水带止水[10]，借助定位钢筋把止水带进行固定。为保证钢边橡胶止水带能精准其定位，在加工生产、搬运、安装时需格外小心谨慎，避免止水带出现破损、折叠和裂缝等。在对下一层混凝土进行浇筑前，必须对旧混凝土仔细凿毛，另外清除混凝土碎末，确保防水处理部位的干净，接着安装注浆管（内径不小于6 mm，出浆孔直径为2～5 mm，出浆孔间距不超过30 mm，注泥浆注浆压力不超过2.0 MPa）。安装注浆管时，将注浆管和止水带中部位置牢牢绑定，下一步仔细涂抹遇水膨胀止水胶条。混凝土浇筑时必须进行严格盯控，避免振捣器与止水带、注浆管、止水胶条等触碰，详细节点设置如图5所示。

图5 特殊部位施工缝防水构造 （单位：mm）

（3）变形缝防水加强处理。在进行绑扎车站主体钢筋之前，对外贴式橡胶止水带提前进行铺设（止水带宽350 mm，橡胶厚度为30 mm，拉伸强度不小于10 MPa），确保位置准确，变形缝中线和止水带中线必须确保吻合。待钢筋绑扎完成后，将堵头模板和中孔式钢边橡胶止水带进行精准安装，将脱模剂在混凝土侧模板进行仔细涂刷，确保模板稳固性、平顺性、接缝无裂缝。当混凝土达到一定强度，拆除变形缝处侧模板，在中孔式钢边止水带上下侧将厚度为20 mm变形缝衬板（挤塑苯板）安装好。把模板支架拆除以后，马上清扫施工区域，确保干净。20 mm的缝内通过密封胶（表面干燥时间不超过24 h，弹性恢复率不小于70%）进行封堵，封堵之前，相关施工区域务必保持干燥。将不锈钢接水盒（钢板厚度为1 mm）配备于顶板、侧墙结构变形缝背水面，顶板的接水盒从中部向两侧设置1%的坡度，防止万一有水时能够进行快速疏净，另外在适当位置预留检查孔，进行定期检查，防止出现堵塞。变形缝相关节点详细构造如图6～图9所示。

图6 顶板变形缝防水示意图 （单位：mm）

图9 涂料防水层在变形缝细节部位示意图 （单位：mm）

图7 变形缝预留凹槽示意图 （单位：mm）

图8 底板变形缝防水示意图 （单位：mm）

（4）接地电极防水加强处理。为防止出现触电事故，接地电极防水处理通常采取密封法，具体方法为：紫铜接地板和主体防水层连接的地方通过密封胶上下密封，顺着紫铜地板增加2道止水条，止水条与丁基橡胶黏结带保持一定高度。具体做法如图10所示。

图10 接地电极防水密封示意图 （单位：mm）

（5）格构柱防水加强处理。把水泥基渗透结晶防水涂料仔细地均匀涂刷在钻孔灌注桩顶部和桩身顶部周边位置，涂料规定用量至少确保1.5 kg/m2。底板中间位置焊接好厚度为5 mm的止水钢板，止水钢板的长度、宽度都是80 cm，在上面通过止水胶进行密封，如果遇水膨胀胶条基面对应的地方存在空隙，必须对钢板进行补焊，如图11所示。

图11 格构柱防水做法图 （单位：mm）

（6）风井防水加强处理。风井防水设计等级为一级，风井结构底板和侧墙采用2.0 mm厚乙烯共聚物改性沥青ECB防水板。风井防水结构底板和侧墙第一层都是采用喷射混凝土进行初衬，其余防水措施如图12所示。

图12 风井结构防水示意图

4 结论

文章针对地铁隧道盾构管片接缝容易出现渗水的难题，以沈阳地铁4号线工程为例，引入非固化橡胶沥青防水涂料，发挥其黏合性强、封闭性强、自我修复性强、兼容性强的优势，与常规橡胶密封垫配合使用，实践证明，采用“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术，防水效果更好。另外，针对地铁车站易渗关键部位，特别对底板倒角防水、施工缝防水、变形缝防水、接地电极防水、格构柱防水、风井防水等部位进行加强措施。实践表明，本文采取的施工技术可极大降低防水薄弱区域出现渗漏的风险，提高工程质量，防水效果良好，相关经验可为其他类似富含水层地铁盾构工程关键部位防水提供参考和借鉴。