地铁施工防水技术研究进展

2014级硕士研究生《防灾减灾工程》课程论文地铁施工防水技术研究进展中南大学土木工程学院2015年1月16日院系：土木工程学院专业：隧道工程姓名：丁铭鸿学号：134811110指导教师：李耀庄教授地铁施工防水技术研究进展丁铭鸿（中南大学土木工程学院，中国长沙410075）摘要：防水贯穿于整个地铁建设中，良好的防水是确保地铁施工安全、工程质量和决定施工进度的关键因素，也是防止在地铁运营后发生各种次生灾害的重要保证。本文从地铁防水施工方法和防水材料入手，介绍近年来国内外地铁施工防水技术的进展，如混凝土结构主体防水、混凝土结构细部构造防水、预防水与注浆防水、电渗透防水、排水与防水相结合等，以期寻求在特定条件下的合理有效的排水方式，并针对目前地铁施工防水技术中的瓶颈问题提出自己的见解。关键词：地铁防水技术；防水材料；结构自防水；细部构造防水TheResearchProgressofSubwayConstructionWaterproofTechnologyDINGMing-hong(SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)Abstract:Waterproofingthroughoutthewholesubwayconstruction,agoodwaterproofingsystemisacriticalfactorforthesubwayconstructionsafety,thequalityofprojectsandconstructionprogress，andalsocanpreventthesecondarydisastersduringthesubwayoperation.Thepaperbeginningwithwaterproofingconstructionmethodandwaterproofingmaterialsathomeandabroadinrecentyears,introducesthewaterprooftechnologyprogressofsubwayconstruction,suchasconcretestructuresubjectwaterproofing,concretestructuredetailconstructionwaterproofing,waterproofingaheadoftimegroutingwaterproofing,electroosmosiswaterproof,drainageandwaterproofing,soastoseekdrainagemodesreasonableandeffectiveunderspecificconditions,andputforwardsindividualviewsonthebottleneckproblemofwaterprooftechnologyofsubwayconstructionatpresent.Keywords:subwaywaterprooftechnology;waterproofer;structuralself-waterproofing;detailconstructionwaterproof0引言近年来，我国城市轨道交通迅速发展，其中地铁建设更是高歌猛进。由于地铁大部分线路深埋于地下，其车站及区间构造物将受到地下水和地表降水的双重影响。防水的好坏将直接影响地铁的整个施工及后续运营。尤其在地质水文条件差的城市，地铁施工防水更是重中之重。因此，做好地铁施工防水技术的研究工作，对确保地铁施工安全、进度和质量具有十分重大的实际意义。地下工程的防水主要内容[1]如图1所示，地铁作为城市地下工程的一种，防水应满足地下工程的一般要求。混凝土结构主体防水盾构法隧道混凝土结构细部构造防水TBM法隧道结构防水新奥法隧道浅埋暗挖法隧道地下工程防水注浆防水采用特殊施工技术的结构防水沉管、沉箱、沉井法排水顶管法渗漏水防治CL法隧道盖挖法明挖法岩土加固技术图1地下工程的防水主要内容1国内外研究内容及结果防水材料和施工方法是地铁施工防水的两项既相互制约又相互促进的因素下面结合二者，就近年国内外常用的地铁施工防水技术做一介绍。1.1混凝土结构主体防水地铁混凝土结构主体防水根本在于混凝土结构自防水[2]。这种技术关键在于混凝土材料及施工方法的选择。1）防水材料选择当前技术下，高标号混凝土和防水混凝土在强度和抗渗防裂要求上是相互矛盾的。对此，有关专家提出了以结构本体自防水为基础的刚柔相济防水体系，但应以确保混凝土的抗渗防水等级为前提[3]。因此，混凝土结构自防水材料应采用防水混凝土。为改善普通防水混凝土易开裂的状况，近年来研发了补偿收缩混凝土，即采用膨胀水泥拌制，在补偿收缩混凝土结构中建立0.2-0.7MPa的预压应力，从而防止或大大减轻混凝土硬化过程产生的收缩裂缝。该法的优点是可减少附加防水层，加快施工。但由于其拌制及浇筑质量不易控制且存在监管不严的问题，故其实际防水效果常低于预期。2）施工方法选择（1）支护结构防水：地铁施工的明挖法和盖挖法中，围护结构的形式选择对结构主体防水有重要影响。目前常用的围护结构有地下连续墙、钻孔咬合桩、SMW工法桩等[4]。其中地下连续墙接头目前用钢筋混凝土接头取代工字钢接头，从而有效地增强了结构的整体性，防水效果较好；钻孔咬合桩为无缝的连续“桩墙”并采用挂网喷锚和旋喷桩方法止水，防水效果更佳，特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层，；SMW工法桩法可施工出连续无缝的墙体，增强了结构的整体性，防水抗渗效果十分显著。（2）盾构法施工防水：盾构法施工除竖井施工需支护外，在向前掘进时主要靠盾构机本体保证支护，而其本体具有良好的承载防水性能，故盾构法施工防水的关键在于尾部衬砌的防水[5]。为解决盾构机推进时在衬砌管片与土体间因产生空隙而漏水的问题，目前的施工工艺是在盾构推进后，围岩坍落前及时地对盾尾空隙进行压浆，形成稳定的管片外围防水层，从而实现良好的防水效果[6]。顺便指出，为加强混凝土本体的自防水功能，又提出了分层次防水，即将防水分为初期支护注浆防水、二衬防水卷材防水、二衬防水混凝土自防水、预留管注浆堵漏等四个层次，形成由内到外完整的防水体系。其核心是多重防护，增强整体防水功能。但各层间的粘结性能及防水卷材接合部及其抗拉、耐扎性能是该项技术的瓶颈。1.2混凝土结构细部构造防水地铁混凝土结构的细部构造主要有施工缝、变形缝、后浇带、穿墙管等。1）施工缝防水处理方法为：双道遇水膨胀嵌缝胶与注浆管配合防水、钢边橡胶止水带防水、缓膨胀型膨润土橡胶遇水膨胀止水条防水等[7]。①双道遇水膨胀嵌缝胶与预埋注浆管双道遇水膨胀嵌缝胶具有缓胀性能，挤出后固化成型，并在注浆管上设有多道注浆孔，用网和发泡橡胶条将其盖住以防止砂浆堵孔，同时还具有逆止阀功能[8]。但其缓胀率不易控制，难以确保遇水膨胀橡胶在实际发挥作用时，尚有足够的膨胀率起止水作用。对此，国内外的主要措施有:在高密度膨润土中添加油脂、纤维等;用封闭聚合物的亲水性基团;改变膨胀性权脂的pH值；另可在遇水膨胀止水条上涂抹缓膨胀剂，在浇捣混凝土时，利用混凝土的重量压缩使涂膜龟裂，或混凝土的碱性使酯的水解反应进行，使其涂膜溶出，以起到缓胀作用[9]。②钢边止水带钢边止水带防水利用中间的橡胶段在混凝土变形缝之间被压缩或拉伸来起密封止水作用。钢板止水带它可改变水的渗透路径，延长水的渗透路线。同时可增强结构形变的防渗性能，且钢带和混凝土有着良好的粘附性，使止水构件能承受较大的拉力和扭力，保证止水构件在混凝土的有效变形范围内不会产生松动和脱落现象。钢边止水带安装方便，而常用于淡水防渗工程。但基本不具备后期处理的机会，且某些部位振捣难，使得密贴性降低，且钢片易锈蚀，起变形缓冲作用的橡胶也易老化，从而降低防水功能。2）变形缝[10]防水常采用中置式橡胶止水带，其防水质量关键在于中埋式止水带的止水效果，而中埋式止水带出现渗漏的主要原因有三个方面[11]：一是止水带定位不准；二是止水带的现场接头难以处理；三是止水带两侧混凝土浇筑和振捣的质量不易保证。处理方法是可根据施工条件在变形缝的外侧或内侧用其它防水材料〔如嵌缝材料或高分子卷材等)进行加强。3）后浇带防水通常采用镀锌钢板止水带，安装于两侧接缝中部；在背水面侧，贴近施工缝处平行钢板止水带间距20mm埋置可重复注浆管，注浆嘴按间距8m-13m布置；接缝表面凿毛清理干净后涂刷界面剂，也还可使用其他防水材料进行加强[12]。4）穿墙管防水做法常用以下两种:一种是在穿墙管中间缠绕一圈遇水膨胀橡胶止水条，并在管根部嵌填双组分聚硫橡胶；另一种是在穿墙管与墙之间的间隙喷射聚氨脂发泡填料[13]。穿墙管多穿过防水板[14]，其施工要点是：穿墙管道止水环与主管或翼环与套管需连续满焊，并做好防腐处理。套管内的管道安装完毕后，须在两管内嵌入内衬填料，端部用密封填料填缝。穿墙管外侧防水层须朴实严密不留接茬[15]。1.3预防水与注浆防水技术国外先进的预防水系统及灌浆技术，为解决工程接缝等薄弱环节的渗漏水问题提供了有效的解决方案[16]。将注浆管预埋在各种混凝土接缝中的预防水系统，可视工程需要，选择不同时间注入浆液（根据渗漏水量大小及工程需要选择有机浆液或无机浆液）。关于预防水系统，一种是作为一道防线的预注浆。即在工程接缝部位的混凝土硬化完成后，通过预埋的注浆管将浆液均匀地注入，并分散渗透到接缝中，以弥合接缝中的缺陷，使其成为一道防水措施，强化“接缝”的防水功能。另一种是作为“接缝”维修堵漏的补救措施。当工程完成或交付使用后，由于某种原因在“接缝”处出现渗漏水，可通过预埋的注浆管，向“接缝”内注入浆液加以封堵，起到阻水和密实作用，提高“接缝”的防水效果。1.4电渗透防水技术针对渗漏水较严重的地铁工程，近年来采用电渗透防渗技术取得了良好的效果。其防水原理是：地铁衬砌结构中存在大量毛细管孔，在任何靠近有积水或潮湿状态一侧的结构中，水会通过这些毛细管而进入结构中，并蔓延到干燥的一边。运用低压电流，电渗透防渗技术系统将毛细管孔中的水分子进行电离子化，促使水流向湿的一侧移动，只要系统保持开启的状态，水就会一直流向并留在潮湿的一侧，从而防止衬砌外积水渗入结构中[17]。这种技术基于长时期建立的电渗透原理，通过一系列的低压脉冲电荷工作，并在不断革新，它具有以下优点：1）综合经济效益高并且安装简单，降低建筑成本；2）裂缝修补措施容易实施；3）系统安装灵活方便，运行成本低；4）系统安全可靠，人体可接触，无电伤危险；5）改善和提高地下结构的绝缘保温性，节能降耗；6）防止混凝土结构中的钢筋腐蚀，减少混凝土结构的开裂；7）它使地下车站的相对湿度降低，防止设备及其它物品受到潮湿腐蚀。该技术在伦敦的中央地铁站、香港中环站机场线地下快速通道和广州地铁东湖站等国内外地下工程中得到了应用，取得了良好的技术经济效果。1.5排水与防水相结合地铁防水辅助排水措施主要有采用洞内轻型井点降水和真空管井复合降水技术。洞内轻型井点用以降低基底及其以下承压水，增大了两侧边墙土体的稳定性。在粉细砂层中进行井点降水，比注浆堵水效果要好[18]。洞内轻型井点降水比深井降水目标更明确，设备更简，造价更低。真空管井复合降水技术[适用于存在弱透水层饱和水和界面残留水等类似地层的施工降水，适用于地铁车站防排水[19]。应指出的是泄水型排水系统在一定的条件下适用。若过量的地下水排泄，不但增加营运费用，还存在潜在安全威胁。2值得进一步研究的问题从目前的地铁施工防水中来看，我认为有以下几点内容可深入研究：1）混凝土的高强性能和防裂抗渗性能如何得到更好地融合？施工中混凝土保护层厚度的选择对防裂的影响如何界定？2）地铁混凝土结构的连续性与整体性能否得到进一步加强，从而简化细部构造的防水措施？3）在多层次防水中，如何提高各层防水材料间的粘接性？4）在地下渗流严重的地区，可否变防为排，即通过良好的排水设施改善地