哈尔滨地铁浅埋暗挖隧道复合式衬砌防水技术综述

哈尔滨地铁浅埋暗挖隧道复合式衬砌防水技术综述摘要：本文结合哈尔滨地铁一号线工程防水设计与施工取得的经验，详细论述了城市地铁浅埋暗挖区间隧道防水设计的原则、标准和防体系组成，以及施工完成的效果。

期望能为类似工程提供借鉴。

关键词：浅埋暗挖、隧道、防水1．工程概况哈尔滨地铁一号线工程，南起哈尔滨南站站东至哈尔滨东站站，全线长17.4km，均为地下线路，共设18座车站。

根据工程水文地质条件及建设场地环境限制，全线区间隧道施工工法分别采用浅埋挖法、利用既有“7381”人防工程改造及盾构法施工。

盾构法施工区间采用高精度管片结构自防水为根本，以管片接缝防水为重点的防水设计；浅埋暗挖法及既有“7381”改造区间防水体系采用复合式衬砌防水设计。

2．防水设计原则及技术指标哈尔滨地铁一号线工程防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，区间隧道防水设计要求满足《地下工程防水技术规范》GB50108规定的二级标准。

浅埋暗挖法施工的地铁区间隧道采用复合式衬砌，即在隧道开挖后立即施做喷射混凝土作为初期支护，经监控量测数据确认围岩及初期支护基本稳定后，铺设防水层，最后灌注防水混凝土，作为二次衬砌。

初期支护、防水层及二次衬砌三道均是复合式衬砌结构的防水组成部分，三者相辅相承，缺一不可，复合式衬砌防水构造如图1所示。

防水层不仅起到防水作用，而且对初期支护喷射混凝土和二次衬砌的模筑混凝土来说，起到隔离和润滑作用，防止二次衬砌模筑防水混凝土开裂，保护和发挥二次衬砌的模筑防水混凝土的自防水作用。

图1 复合式防水构造图3．浅埋暗挖法隧道全封闭防水3.1初期支护结构防水喷射混凝土支护是矿山法施工地铁隧道不可缺少的部分，作为复合式衬砌的最外层，其作用不仅仅是起到初期支护的作用，它还是地铁防水的第一道防线，但是其防水功能往往被人们所忽视。

提高喷射混凝土支护层的防水质量，关键在于保证喷射混凝土密实和喷层与围岩的密贴，从国内工程实践分析，在如下几个方面应予以充分的重视：(1)喷射混凝土之前对围岩表面进行处理。

对松散危石、渗漏水的处理特别重要，松散危石的节理、裂隙已经张开是喷层背后主要积水空间，使结构承受的水压力加大，喷射前应使围岩表面平整；围岩渗漏水则直接影响喷射混凝土的喷射质量，对涌水要事先引流，喷射前要保持围岩表面无明水流。

(2)对喷射混凝土背后空隙或内部进行注浆。

初期支护要采用格栅或型钢架，再加上锚杆、钢筋网、纵向连接筋等，使喷射混凝土层内部钢筋密布，加大了喷射难度，不可壁免的在内部及靠围岩侧形成阴影，造成内部不密实。

当围岩开挖面不规则、超挖严重时，还可能在支护背后形成空隙，形成了结构背后的积水空间。

因此，对支护及其背后进行注浆是十分必要的，是提高支护抗渗能力的重要保证。

(3)对突出的钢筋头、锚杆、超前小导管等进行处理。

喷后突出的钢筋头、锚杆端部、超前小导管尾部等，事先进行切割，对其切割后再补喷或用砂浆覆盖，以保证初期支护表面的平整度，避免损坏防水层。

(4)对喷射混凝土裂纹进行处理。

喷射混凝土发生裂纹时，应视裂纹情况，采用补喷混凝土、灌浆等方式将裂缝封闭。

(5)调整混凝土配合比或掺加外加剂等，提高混凝土的抗渗能力。

通过试验确定喷射混凝土的最佳配合比，通过掺加抗渗外加剂来提高混凝土的抗渗能力，当围岩变形大时，可采用纤维喷射混凝土以提高支护层防裂能力。

综上所述，喷射混凝土支护层作为复合式衬砌的最外层支护，其施作质量受围岩开挖、施作工艺及结构形式影响很大，不作任何处理的支护的防水能力是非常有限的。

提高喷射混凝土支护层的防水质量就是要通过采取各种措施，减少或填充支护背后和内部空隙，提高支护层的密实度，同时保持支护与围岩的密贴。

3.2全包防水层3.2.1防水板材料的选择隧道全部敷设封闭式柔性复合防水层，采用ECB塑料防水板+土工布缓冲层，ECB塑料防水板为2mm厚，土工布缓冲层400g/m2。

ECB塑料防水板相对密度0.99，纵向拉伸强度19MPa，横向拉伸强度17.3MPa，纵向断裂延伸率748%，横向断裂延伸率778%，上述指标及抗穿刺能力均强于LDPE膜、EV A 膜及PVC防水板等防水材料，并结合国内其他城市已运营地铁及哈尔滨地质、水文条件，区间隧道选用2mm厚ECB防水板做为全包防水材料。

3.2.2细部节点防水处理施工缝、变形缝等处属于二次衬砌结构的细部构造，这些部位在混凝土在浇筑密实的情况下是没有缝隙的，但是由于施工环境、施工技术等原因，表面清理困难，同时混凝土浇筑时振捣困难，混凝土浇筑完毕后可能会形成缝隙。

变形缝、施工缝部位由于缝两侧混凝土的不同时变形，使该部位防水材料产生一定的应力，最终防水材料断裂或与混凝土脱离而形成渗漏水。

因此在这些部位应采取特殊的防水措施。

（1）施工缝、变形缝施工缝可以分为纵向施工缝和环向施工缝两种，环向从外至内分别设置防水板、外贴式止水带、钢边橡胶止水带（如图2所示），纵向施工缝环向施工缝不同之处为，用中埋式钢板止水带替换钢边橡胶止水带；变形缝设置于车站与区间接口处或结构边界条件和断面有明显改变处，环向设置，设置与环向施工缝类似，区别在于在①外贴式止水带后设置1000mm长防水板加强层，②将环向施工缝中的外贴式止水带和钢边橡胶止水带设为中孔型，③在缝中埋设丁腈软木橡胶板（如图3所示）。

图2 环向施工缝构造详图图3变形缝构造详图（2）穿墙管地铁是一个多种专业密集型的设施，各种管线密集，难免会有各种线路需要穿墙通过，图4 穿墙管防水构造图此时则需要破坏全包防水层，因此在穿墙管处需做细部处理，以保证全包防水层的“全包及完整性”，其具体做法如图4所示。

（3）区间与车站接口处的处理在车站与区间的口处，结构形式发生了变化，防水材料产生变化，两种材料相容性较差，如果处理不好及其容易在此处发生漏水现象，所以需要特殊处理。

其辅助防水层应各自进行收口，并采用与其两边均相容的辅助材料进行过渡连接如图5所示。

图5 接口处防水示意图3.2.3排水措施隧道采取全包式防水，理论上不透水，但是由于施工过程中各种客观原因的存在，使得全包防水的彻底防水，真正的做到滴水不漏在工程中难以实现，所以在隧道内加设了排水措施。

隧道洞内采用环、纵向排水盲管，材质为DN100软式透水管，设于防水板与二次衬砌之间，纵向排水盲管沿两侧边墙全隧道贯通布置；环向排水盲管沿隧道轮廓自上而下环向铺设，两端伸向纵向排水管，并与其相连，纵向间距为15m，集中水流处适当加密。

边沟与纵向排水管之间设横向排水管，材质为DN50硬塑管，纵向排水管汇集的地下水经横向排水管进入边沟。

纵向与横向排水管用塑料三通连接，接头处外缠无纺布，横向排水管尽量紧邻环向排水盲管，以便环向盲管的水能够尽快流入中心水沟。

3.2.4分区防水及后注浆系统地铁隧道浅埋暗挖法施工中的“全包防水”是指在混凝土初期支护与二次衬砌之间用防水板全部封闭，将通过初期支护的渗水阻隔于防水板之外。

但由于目前衬砌施工工艺方面的限制，隧道衬砌结构的拱部混凝土往往不易灌满，在拱部形成一条纵向的积水通道，在此情况下，只要防水板有一处破损，积水将大量进入防水层与二次衬砌之间。

利用设置的外贴式止水带的方式，将防水进行分区（细部构造详见图2、图3），是控制漏入水蔓延的一种好方法。

分区之后漏入的地下水将不能流入隧道的其他区段，防水层一点的渗漏不致使引起多处衬砌薄弱部位的渗漏。

在分区网格中埋设注浆嘴，各注浆嘴由注浆管引致隧道两侧的注浆管汇总盒，并对注浆管进行统一的编号，以对应相应的注浆范围，有利于后期运营期间对隧道的维修与保养（见图6）。

图6 防水分区及后注浆系统图3.3结构自防水及控制国内外地铁的修建经验充分说明无论采用何种防水原则、哪种防水方案，做好混凝土结构自防水是根本，偏离这个防水之本，地铁防水是不可能做好的。

钢筋混凝土结构自防水是地下结构防水的主要防线，也是发展方向，提高混凝土结构自防水质量的核心问题是有效控制混凝土结构的裂缝。

3.3.1 抗渗等级按照《地下工程防水技术规范》GB50108的要求，混凝土抗渗等级不小于S6才能用于地下工程。

地铁工程使用年限要求为100年，哈尔滨地铁混凝土抗渗等级要求不小于S8的做法，之后随着埋深的增加，按照埋深具体划分抗渗等级。

3.3.2 混凝土裂缝控制完整的混凝土本身可以作为刚性防水层，当混凝土出现大于0.2mm的裂缝时，混凝土渗透性大幅增加。

因此确定了混凝土的抗渗等级后，如何控制混凝土裂缝的开展成为关键。

混凝土裂缝主要形成于混凝土成型早期，待混凝土达到标准强度后，除受力裂缝之外，基本不会再产生新的裂缝。

为减少混凝土早期裂缝，国内地铁混凝土一般采用双掺技术、降低水胶比、添加优质膨胀剂、添加优质聚羧酸减水剂、添加纤维等措施。

哈尔滨地铁一号线工程对混凝土裂缝的控制主要采取以下措施：（1）为减少混凝土早期水化热，防水混凝土中可单独或同时掺入一定数量的粉煤灰和磨细矿渣粉，单独掺入磨细矿渣时，掺量为水泥胶凝材料总量的30%~50%，每立方米混凝土中胶凝材料总量应控制在350kg~420kg之间，且需经试配试验优选确定。

（2）为减少早期开裂和温度收缩裂缝，应限制水泥的用量，控制水胶比，即：水/（水泥+掺合料）≤0.45，同时需满足结构专业相关要求。

（3）在保证结构安全、耐久的前提下，在混凝土中添加适量的减水剂（宜采用聚羟酸类减水剂），并应与水泥、掺料等胶凝材料匹配性能良好，混凝土砂浆减水率应不低于18%，使混凝土具有抗裂防渗的效果，又能够满足施工性能。

（4）充分的振捣是混凝土密实的基本条件，因此规定：混凝土搅拌应均匀，入泵塌落度宜控制在14±2cm，出厂塌落度与入模塌落度差值应小于3 cm。

（5）为减少温度应力，严格控制混凝土的入模温度，夏季混凝土入模温度不宜高于25℃；冬季混凝土入模温度不宜低于12℃，并需加强保温保湿措施；混凝土内部温度和外表温差不得大于20 ℃。

（6）由于采用双掺技术，混凝土的水化反应时间延长，因此对混凝土的养护提出了潮湿养护时间不得少于14天的更高要求。

以上为减少混凝土早期裂缝的主要措施，当然也可采用其他如添加纤维等方法，但是采用这些方法可能会受到价格方面的制约。

4．结语哈尔滨地铁一号线土建工程已完工的四段浅埋暗挖法施工的区间，经过了夏季丰雨期的检验，截止撰稿之日止暂未出现渗漏水现象，这说明哈尔滨地铁一号线工程浅埋暗挖区段的防水设计与施工是成功的。

对复合式衬砌结构而言，这个整体包括喷射混凝土支护层、防水层和衬砌层，这三者也都是防水的组成部分，三者缺一不可，相辅相承。

喷射混凝土支护在地铁结构防水中可以起到一定的作用，应充分挖掘和发挥它的防水性能，以给内层防水创造良好的外部条件；防水层能起到隔水作用，问题的重点是怎样保护好防水层，怎样使防水层充分发挥自身功能，从某种程度上讲做好外部支护和内层衬砌对其有重大影响；内层衬砌混凝土的防水是地铁防水的最后一道防线，也是地下工程防水的根本，在提高混凝土抗渗等级的前提下，关键要控制混凝土结构裂缝，特别是贯通性裂缝的产生。