地铁新型分区防水技术探讨

1地铁新型分区防水技术探讨摘要: 分析了目前地铁分区防水技术存在的隐患, 阐述了新型分区防水技术的设计和施工要点, 并提出了三点探讨意见。关键词: 地铁; 分区防水; 注浆; 动态排水系统; 止水1 目前地铁分区防水技术分析地铁隧道矿山法施工中的“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, 将通过隧道初期支护的渗水阻隔于防水板之外1。由于目前衬砌工艺方面的原因, 隧道衬砌结构的拱部混凝土往往不能灌满, 容易在拱部形成一道纵向积水通道, 在此情况下, 只要防水层有一个地方破损, 最终将导致地下水在隧道二次衬砌与防水层之间连通, 使防水层不能真正发挥全部作用, 防水总体效果并不如人意。目前地铁分区防水设计是基于上述前提, 在防水层与二次衬砌之间进行了分区, 其目的是希望防水层某一点出现破损的情况下, 不让渗入的地下水窜到隧道的其他区段, 而是将其限制在某个较小的区域里面, 其防水设计见图 1 所示。但防水层的损坏不会是在隧道全长范围内只有一点, 很多情况下是存在多处破损。而初期支护喷射混凝土表面的渗漏也是不固定的, 有的地段渗漏严重, 有的地段可能滴水不漏, 这不但与初期支护质量有关, 更与该段的水文地质条件有很大关系。同时, 防水板背后的土工缓冲材料又具有排水的功能, 地下水可在防水层背后自由流窜。因此, 隧道初期支护喷射混凝土层一点的渗漏, 可能导致所有2防水层破损处渗漏, 进而使相应地段衬砌处于水害威胁之下; 当渗漏发生在隧道纵坡坡顶时, 渗漏会影响隧道全长。2 新型分区防水技术探讨基于上述考虑, 笔者认为目前地铁设计中的分区防水是有一定局限性的, 是不全面、不彻底的分区; 而应在初期支护与防水层之间、防水层与二次衬砌之间都进行分区, 从源头上杜绝渗漏源对其他衬砌段的侵害, 本文暂且将此分区防水做法叫做 “新型分区防水”。通常防水做法、目前地铁分区防水做法和新型分区防水做法的对比见图 2 所示。2.1 新型分区防水的设计1)分区方法为增强防水效果和使其背后的排水系统易于维修, 新型分区长度以 2030 m 为宜, 也就是以每 23 个模筑衬砌为一个分区, 分区部位设在环向施工缝位置, 设置方式如图 3 所示。在区段中间的施工缝部位只进行防水层与二次衬砌间的分区, 设置方式可参考图 1。为便于施工和保证质量, 也可将分区部位设于衬砌环的中间位置, 这样在新型分区边缘环向施工缝部位, 外贴止水带将防水板内外侧相邻区段彻底隔开; 分区内部的环、纵向施工缝部位, 外贴止水带将防水板内侧分隔成一个个小的“分区”。区间隧道防水分区纵剖面如图 4 所示。在暗挖法施工的地铁车站及其他重要区段, 由于防水等级高, 分区可进一步细化, 达到方格网状分区,来进一步提高分区防水效果。具体做法是: 在车站纵断面方向每 10 m 左右( 一次模筑衬砌段的长度), 进行一次分区; 在每个分区内部, 在防3水板与二次衬砌之间再进行方格网状分区, 如图 5 所示。根据工程部位、防水的重要程度及具体工程要求, 确定每个分区方格的面积, 一般可控制在 210 m2 之间。这样, 防水板某点的渗漏反映到衬砌上也只能是其所在分区方格内衬砌的渗水, 从而更有效控制了衬砌背后渗水的乱窜, 同时也使注浆堵水、查找渗漏源更具有针对性。2)止水带设计新型分区部位的止水带应进行特殊设计, 首先要保证此种情况下二次衬砌自由变形或二次衬砌与初期支护间的内力不致使止水带破损; 其次要保证止水带边缘与防水板的焊接长度。 3)预埋注浆设施设计在每个分区内埋设注浆嘴和注浆软管, 在背贴式止水带齿槽内埋设注浆软管, 如图 4 所示。根据“重点加强、系统布置”的原则, 对外贴止水带沿全长预埋注浆软管, 对拱顶衬砌灌不满区域要重点加强, 其他部位进行系统布设注浆设施; 并对注浆管就近集中引出, 逐根编号。二衬完毕后, 若局部地段渗漏, 则可通过对预埋在相应部位的注浆管进行注浆堵水, 达到有目的主动防水。4)动态排水系统设计对可限量排水的区间隧道而言, 每个彻底分区是一个独立的防水单元, 防水层后的排水系统也是独立的, 其环、纵、横向排水盲管连成排水网络系统, 与邻区互不连接, 这样有利于排水系统的检查与维修。具体设计时, 根据对透过初支混凝土水量大小的预测,确定环向盲管的间距, 在隧道底部设纵向盲管与环向盲管连接, 再用横向盲管穿过防水层、二衬与洞内侧沟或中央排水沟相连。其排水的动态性可通过设在横向盲管出露口的闸阀来实现, 闸阀可采用水压控制式, 当结构外水位升高对衬砌不利时闸阀自动开启泄压, 当水位回落到设定位置时则自动关闭以4便允许衬背存水。当某个分区发生渗漏时, 可人工开启该分区的闸阀, 排干衬背积水再行处理, 这样既减少了水资源浪费, 又对衬砌渗漏的处理有利。2.2 新型分区防水的施工1)初期支护后注浆初期支护施作完毕后, 难免有不密实区域或支护钢筋阴影区的存在, 很容易形成水囊, 必须及时对支护进行后注浆, 填充支护空隙, 提高支护混凝土的密实性, 增强其抗渗能力, 消除地下水在支护后及内部空隙的乱窜现象。目前, 在初期支护混凝土中预埋注浆管已广泛应用于地铁隧道防水设计中。2)分区部位处理首先应做好分区带范围内初期支护喷射混凝土的补喷、整修工作, 确保基面线型顺直; 然后在基面上抹一层防水砂浆找平; 铺设止水带前在防水砂浆层表面上涂抹胶粘剂, 将止水带直接粘贴在防水砂浆上;防水板与止水带之间连接部分用焊枪满焊。3)注浆施工由于分区部位通常设在施工缝处, 其防水施工与细部构造的施工缝相同。在分区止水带部位预埋注浆管(见图 6 所示), 在每个分区的四周及中间位置预设注浆嘴, 注浆嘴采用点焊固定在防水板上, 并用胶带将注浆嘴四周封住, 以防浇筑混凝土时砂浆堵塞注浆嘴, 注浆设施安装见图 7 所示。2.3 新型分区防水应与其他防水措施结合应用1)新型分区防水应与注浆防水相结合在防水层铺设前要检查初期支护的渗漏水情况, 对支护背后有空隙或喷射混凝5土不密实及渗漏水部位要进行注浆处理; 在衬砌完工后也要通过预埋注浆设施对分区部位、拱顶部位和施工缝等容易产生混凝土不密实的部位进行注浆, 保证防水质量。2) 对透水性小的地层或经围岩注浆处理后渗水量小的区间隧道地段, 经施作初期支护后, 渗入的地下水水量非常小的情况下, 宜在防水层背后设置排水网络, 这样与分区防水结合, 不但不会给运营后的排水带来大的费用, 也消除了作用在衬砌结构上的外水压力, 减轻了防水系统的负担, 增加了防水的持久性、可靠性。并可通过闸阀的自动开关, 实现对衬背地下水的动态控制。2.4 几点探讨1) 在“全包防水”的情况下新型分区防水的意义何在?理论上, 当结构位于地下潜水位以下时, 在“全包防水”的条件下防水层外的空隙早晚会被地下水所充满, 新型分区防水中防水层外每个分区都充满有压地下水, 这与不分区的情形完全相同, 是否彻底分区在“全包防水”的情形下就毫无意义了呢? 笔者认为, 新型分区即使在“全包防水”的前提下也是有必要的, 理由有三: 由于地质水文条件、围岩注浆程度、支护参数及隧道纵向断面承受的水头压力在隧道全长范围内存在差异, 使得地下水透过支护层渗入防水层背后的水量是不同的, 也就是新型分区后防水层背后的不同分区最终被水充满的时间长短不同, 有的分区可能在短期内被水充满, 有的甚至长期干燥无水。如果无水的分区防水层发生破裂, 其他分区的地下水也不会对该分区产生影响。如果在隧道纵坡坡顶围岩渗水比较严重, 而其他区段渗水较少时, 此种分区更为必要。如果衬砌某处发生渗漏, 其渗漏量最多是分区内的全部地下水, 也就是说渗漏量与不分区对比将大为减少。新型分区防水还有利于缩小查找渗漏源的范围, 对防水系统的6维护很重要。2) 新型分区防水时由于分区部位造成了支护与衬砌的连接, 使衬砌的自由变形受到约束, 这个问题该怎么解决?新型分区时分区部位的处理是设计的难点, 由于衬砌与支护之间直接通过止水带连接, 衬砌的变形受到约束, 因此要使衬砌自由变形, 必须对止水带进行异型设计, 使止水带在隧道纵向和环向均能进行一定程度的自由变形, 满足衬砌变形的需要。3)分区部位的施工如何处理?分区部位的施工流程为: 喷射混凝土层的整修刮抹防水砂浆涂刷胶粘剂止水带的粘结防水板与止水带的焊接预埋注浆设施衬砌后注浆。其中任一步施工做得不到位都可能导致分区的失败,因此分区部位的施工是新型分区防水的难点和关键点。3 结语综上所述, 新型分区防水是对被防水层隔开的两层空隙分区, 实现地下水渗漏的隔绝。控制防水区域、防止渗漏水的扩散和空隙水的乱窜是分区防水的初衷, 即初期支护的一个地方渗漏水不致引起其他区段有水, 防水层一点的破损不会导致其他防水区段的失效。当然, 新型分区防水是针对复合式衬砌而言的, 防水分区的基础是初期支护要有良好的抗渗能力, 保证与围岩密贴, 保证内部密实, 分区的关键是分区部位混凝土的密实, 后注浆是分区防水效果的保证, 设置排水系统有利于发挥分区防水的优势, 实现动态防水。参考文献1黎庆.全包式分区及预注浆防水技术在区间隧道中的应用.中国建筑防水, 2004(5)