盾构隧道的堵漏措施

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5.2灌浆材料选取 本工程针对渗漏形式及工程特点，在渗漏原因分析的基础 上，选用了化学灌浆技术进行渗漏治理，主要采用了水溶性 聚氨酯堵漏材料。水溶性聚氨酯初始膨胀率能够达到100%， 形成胶凝体以后，第一次膨胀消失，但具有很好的弹性，成 为稳定的类似止水橡胶的弹性体。 该材料是由聚氨酯预聚体与溶剂、催化剂、缓凝剂、表面 活性剂、增塑剂等组成的化学浆液，一般是单液型，其主要 成分是过量二异氰酸酯（或多异氰酸酯）与聚醚多元醇反应 制得的端异氰酸酯基（NCO）预聚体。水溶性聚氨酯堵漏材 料可灌性、抗渗性好，多用于防水堵漏、潮湿裂缝的灌浆堵 漏、动水地层的堵涌水、潮湿土质表面层的防护等。
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5）壁后注浆不充分、同步注浆效果不好，浆液注入管片后， 很快被水稀释，没有起到及时固定管片的作用，二次补注 浆没有将管片背后的空隙完全填充。 6）螺栓孔、吊装孔等部位未加防水垫（圈）或垫（圈）未 压紧；在同步注浆和补压浆结束后，吊装孔无法清理干净、 吊装孔拧不紧造成注浆孔渗水；管片拼装过程中，吊装孔 受集中冲击动载，塑料丝口容易造成损坏，使吊装孔渗水、 管片注浆后，吊装孔封孔施工质量差； 7）管片在运输或拼装过程中，造成破损、修补后造成渗水 等。
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第二章 工程概况
北京地铁某区间工程，位于顺义区内。工程为双线单洞圆 形隧道，单线分为两个盾构区间，其中右线区间于2010年6月 5日盾构始发，2011年5月13日盾构顺利到达，区间总长 3291.337m。期间，盾构先后穿越含水砂卵石地层、某河流及 其故道，地下水类型主要为潜水，水量较大。 隧道衬砌为预制装配式钢筋砼平板形管片，单层衬砌，管 片采用3+2+1模式组合，错缝拼装，螺栓连接。管片宽 1200mm，厚300mm，衬砌外径6000mm，内径5400mm。钢 筋混凝土管片设计强度为C50，抗渗等级≥P10。
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在本工程中，盾构穿越了551.632m砂卵石地层，该区段的 成型隧道出现渗漏水问题约40处。
图3-2穿越砂卵石地层区段管片渗漏水现象
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3.3穿越河流区段 盾构穿越河流下方时，由于地下 水丰富，有的位置甚至存在裂隙水分 部，盾尾漏浆、漏砂、涌水现象难以 控制，加上出土含水量大，这些都导 致盾构作业面清理困难，增加了管片 拼装难度。 在本工程中，隧道约有270m位 于某河流河道下方，该区段的成型隧 道出现渗漏水问题约40处。
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图6-1化学灌浆施工过程图片 图6-2 灌浆完成后渗漏水消除
浅谈盾治理渗漏水病害的地铁维 修中非常有效； 2）考虑环境保护、耐久性以及施工安全性，根据渗漏水 病害的具体情况，选择合适的化学灌浆方案，对渗漏水 病害治理起着关键的作用； 3）水溶性聚氨酯适合盾构隧道管片渗漏水治理。 本工程区间盾构隧道按照上述堵漏措施处理，经过堵漏，渗 漏情况已明显好转，绝大多数渗漏都已消除，只有个别地 方还有少量湿渍，基本达到验收要求，证明化学灌浆的处 理措施是行之有效，且具有推广应用价值的。
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第三章 渗漏水情况分析汇总
表3-1区间渗漏水分部 部位 盾构始发、到达洞门（6个）附近10环 穿越砂卵石区段551.632m 穿越河流区段270m 总计 数目 120处 40处 40处 200处
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3.1 盾构始发、到达洞门附近10环 盾构始发、到达时，由于同步注浆效果不佳，导致约 有10环管片外壁与土体之间不能较好的形成浆液填充的防 水层，加上洞门本身密封难度大，水土压力大，不可避免 的产生水土流失。在这种持续冲刷下，对管片防水结构极 易造成破坏，形成渗漏水。虽然在盾构完全进入（离开） 土体，并对洞门进行完全封堵之后，可以使用外部设备进 行补强注浆，但是已经无法形成隔离管片外壁与土体的效 果，并且管片防水结构破坏后，其防水效果也大大降低。
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表5-1水溶性聚氨酯堵漏材料的主要性能指标 项目 指标 外观 淡黄色或琥珀色透明液体 对水质适应性/pH 3~13 3 相对密度/（g/cm ） 1.03~1.10 黏度/（mPa·s） ≥150 诱导凝固时间/min ≤2.0 膨胀率/倍 ≥2 延伸率/% ≥200 抗拉强度/MPa ≥0.8
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在本工程中，盾构始发、到达洞门共有6个，在这些洞门附 近10环均有比较严重的漏水现象，加上不同程度的渗水现象，总 共约有120处。
图3-1洞门附近管片渗漏水
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3.2穿越砂卵石地层区段 盾构在穿越砂卵石层时，掘进控制难度相对较大， 导致盾构姿态易出现偏差，在调整过程中，对管片拼装 不可避免的造成不利影响，从而导致管片破损现象增多， 加上砂卵石地层对盾构机设备的损坏，尤其表现在刀具 和盾尾刷上，同时还要求同步注浆机、盾尾油脂泵等设 备保持更加良好的运行状态，否则都将导致盾尾漏浆、 管片破损、错台等问题，这些都可能引起成型隧道渗漏 水问题。
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5.3灌浆设备、工具选取 灌浆设备采用微型电动高压注浆机1台、冲击钻1台，另 外根据隧道内高处渗漏水位置，还需使用门式脚手架2套。
图5-1灌浆机及灌浆材料（水溶性聚氨酯）
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表5-2水溶性聚氨酯堵漏材料的主要性能指标 整机重量 电机功率 单相交流 最大输出压力 再次启动 高压管安全范围 开关阀安全范围 牛油头安全范围 6kg 560W 220 V / 50 Hz 11000PSI <7500 PSI <14000 PSI <18000 PSI <16000 PSI
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1）管片在制作时或养护过程中出现砂眼、气孔、龟缩裂纹、 温度应力裂纹等，在运输、拼装或推进过程中受挤压、碰 撞，破损范围达到止水槽位置，使止水条不能和管片密贴； 2）止水条粘贴不牢，遇水膨胀，止水条过早浸水膨胀止水 效果降低，拼装过程中挤（压）破止水条或止水条间夹杂 异物； 3）管片拼装过程中，管片第一块拼装部位由于清理不及时， 管片缝隙之间有渣土造成管片之间挤压不密实，从而产生 渗水现象； 4）管片拼装质量差，管片错台过大造成管片止水条失效， 产生管片缝隙之间漏水；
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第六章 化学灌浆施工工艺
1）寻找裂缝: 首先应对裂缝进行分析并按裂缝宽度、长度的不 同分别取芯以确定裂缝深度的发展规律。对于裂缝表面潮湿的 地方先清扫积水，表面不易干燥的地方，用喷灯烘干。除去裂 缝表面的污染物和碎片，确认裂缝的类型是结构缝还是非结构 缝，是移动缝还是非移动缝。如果裂缝的宽度大于3mm，则需 要用快干水泥对裂缝加以密封。 2） 钻孔: 适宜的灌浆孔应该交错布置在裂缝二边，确保所钻的 灌浆孔切割裂缝。按混凝土结构厚度、距离裂缝为50 ~ 150mm 沿裂缝方向两侧交叉钻孔。孔径采用14mm 钻头，孔与裂缝断 面应成45°～ 70°交叉，并交叉在管片中部的1 /2 范围内。
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第一章 前言
渗漏水是目前国内外隧道工程领域最常见的病害之一，采 用化学灌浆法治理隧道渗漏水，是较为先进的治理技术。化学 灌浆技术采用低黏度液态的化学浆料进行堵漏，对细缝可灌性 和渗入性良好，且固化时间可选择，是建筑、地矿、水利等工 程常用的防水堵漏方法。 地铁盾构区间隧道防水等级为二级，顶部不允许滴漏，其 他部位不允许漏水，结构表面可有少量湿渍。总湿渍面积不应 大于总防水面积的6/1000；任意100 m2；防水面积上的湿渍不 超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2 m2。北京地铁某区间 隧道贯通后，结合管片渗漏原因，针对现场实际情况，该区段 隧道采用了以化学灌浆的堵漏施工方法，效果显著。
图3-3穿越河流区段 管片渗漏水
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第四章 管片渗漏水位置及原因分析
4.1渗漏水位置 根据现场情况，管片渗漏水主要集中在管片的纵缝环缝、 管片崩缺、螺栓孔、吊装孔部位，水源主要为隧道所处地层里 的潜水，渗漏水共有约400 处。 4.2渗漏原因 地下水、涌砂、土层变化等地质条件的制约造成吊装孔、 螺栓孔、管片崩缺渗水，同时造成管片环纵缝渗水；遇水膨胀 止水条还未完全遇水膨胀，或者已成环管片的止水条遇水后提 早膨胀，不能和新拼装管片的止水条形成有效的止水套，造成 管片环、纵缝渗水，具体可分为以下几类：
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水溶性聚氨酯堵漏材料易分散于水中，遇水自乳化、能立 即聚合。固结物具有良好的弹性、抗渗性、耐低温性，具备 弹性止水和膨胀止水的双重作用，对岩石、混凝土等具有良 好的粘结性能，灌浆后对水质无污染。水溶性聚氨酯堵漏材 料的主要优点为： 1）与水反应，固化后形成不透水的固结物，起封堵水的作用； 2）低黏度浆液能压进细小裂缝深处或疏松地层的孔隙中，使 之充填密实； 3）在堵漏处理中，可选择快速固化的浆液，不会被水冲稀或 流失； 4）形成的弹性固结体，能充分适应裂缝和地基的变形。
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第五章 化学灌浆工具及材料选取
5.1化学灌浆施工方法简介 治理地铁隧道渗漏水的方法有许多，考虑到地铁隧道的特 殊性：社会影响面广、维修时间短、维修申请手续复杂等因 素，选择高效、便捷、耐久、无公害、安全的化学灌浆的施 工方法，可以较好的实现隧道渗漏水治理效果。 化学灌浆(Chemical Grouting)是将一定的化学材料(无机或 有机材料)配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地 层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降 低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补 的一项化学与工程相结合地基处理和混凝土修补技术。
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3）安装灌浆嘴：埋入灌浆嘴深度约为钻孔深度的2/3，紧 固灌浆嘴，确保它与钻孔紧密结合，保证灌浆嘴的橡胶部 分及孔壁在未使用前干燥，否则在紧固时容易引起打滑。 4）灌注浆液: 应从结构立面由下往上灌注，当浆液从裂缝 中冒出应立即停止，依次向前进。在灌注过程中，如果浆 液已灌满相邻灌浆嘴位置，可以跳开不注。如果一个灌浆 嘴注浆时间较长浆液未能从裂缝内冒出，应停止灌注，应 间隔一段时间后再进行灌注。压力变化范围可以从1.4Mpa 到20Mpa,这主要取决于裂缝的大小，混凝土的厚度以及混 凝土本身的状况。