摘 要 文章以廣州地鐵二號線“赤崗—鷺江區間隧道”工程為例,對EPDM彈性止水條和遇水膨脹止水條兩種材料的各項性能指標進行了對比分析,闡述了EPDM彈性止水條的綜合性能和施工技術要點。在實際工程中采用EPDM彈性止水條,較好地解決了當前國內盾構隧道的滲漏質量通病———管片襯砌接縫的防水問題。
關鍵詞 盾構隧道 管片接縫 防水 彈性止水條 膨脹止水條1 工程概況及地質結構 廣州地鐵二號線“赤崗—鷺江區間隧道”盾構工程,其主體結構為內徑5.4m的圓形鋼筋混凝土管片襯砌結構,全長為4122.606m,分兩個區間隧道。兩個區間均為“V”字坡,赤崗至客村最大坡度為9.636‰,隧道上覆土厚度最大約14m、最小約8m;客村至鷺江最大坡度為4.14‰,隧道上覆土厚度最大約13m、最小約10m。地下水賦存方式包括第四系孔隙水和基巖裂隙水兩種,混合水位一般埋深0.80~4.0m,平均埋深1.75m,隧道處最大靜水壓力約為1.83kg/cm2。隧道穿越地層主要是粉質粘土、全風化帶、強風化帶、中風化帶,有七段穿過微風化帶。隧道通過微風化巖層時,巖體均有夾層存在及斜面產生,施工難度極大。該項目在實施中進行了一系列的新嘗試和技術革新。2 管片襯砌結構防水施工質量控制 地下隧道工程難免遇到接縫問題,因此尋找安全、快速、經濟的隧道接縫防水方法、防水材料等施工技術顯得非常重要。目前國內地鐵盾構隧道結構一般為采用單層預制混凝土管片拼裝襯砌的圓形斷面結構,其防水施工主要包括:管片襯砌結構自防水、襯砌外防水涂層、襯砌接縫防水(彈性密封墊防水、嵌縫防水)、螺栓孔防水、滲漏處理(盾尾充填注漿等)。而其中控制隧道滲漏水質量的主要施工工藝有:管片襯砌結構自防水、襯砌接縫防水、盾尾充填注漿。2.1 管片結構防水施工要點 (1)管片混凝土自防水:防水材料采用高抗滲等級(S12)的混凝土。 (2)普遍采用的一種防水材料是彈性止水條,其耐久性和防水效果都已得到證實(圖1)。
(3)管片接縫按設計要求進行嵌縫,螺栓孔采用遇水膨脹橡膠墊防水。 (4)注漿孔的防水:原則上不通過管片吊裝孔注漿,以避免注漿孔漏水。2.2 管片止水條粘貼 (1)管片表面要平滑,側面不能有孔洞和缺邊;管片和止水條應干燥,沒有灰塵和油脂?！ ?2)將止水條套在管片上,檢查型號及位置是否正確,并將其懸掛于管片上。 (3)用稀釋液清洗止水條和管片,側面和底面一定要清洗干凈。 (4)待稀釋液揮發后,開始涂膠水,膠水要100%覆蓋止水條和管片的底部和側面。先涂止水條,后涂管片,膠水用量要適宜。 (5)膠水溶劑揮發以后,將止水條裝入槽內,粘結順序為先短邊后長邊、從中間到角邊。 (6)最后用錘擊打止水條,使其與管片粘結牢固。2.3 管片成品檢漏試驗 引起隧道滲漏水的原因主要是防水材質不良或違反操作規程造成的,從施工工藝看,具體可分為以下幾類:①管片在制作時養護不合理,表面出現氣孔和龜縮裂縫;管片在運輸、拼裝中受擠壓、碰撞,缺邊掉角;②水膨脹橡膠粘貼不牢,或下坡時過早浸水使膨脹止水效果降低;③管片拼裝質量差,螺栓未擰緊,接縫張開過大;④手孔、螺栓孔、注漿孔等薄弱部位未加防水墊片,封孔施工質量差。 管片接縫防水包括彈性密封墊防水、嵌縫防水和向接縫內注入聚氨酯藥液等。下面介紹可靠性高的彈性密封墊防水的各種要求。 (1)功能要求 ①短期防水要求密封材料因壓縮產生的接觸面應力大于設計水壓力;長期防水要求接觸面應力不小于設計水壓力。 ②密封墊在設計水壓力下允許張開值應滿足下式:δ≤BD/(ρmin-0.5D)+δ0+δs式中 δ———環縫中彈性防水密封墊在設計水壓力下允許的縫張開值(mm); ρmin———隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm); D———襯砌外徑(mm); B———管片寬度(mm); δ0———生產、施工中可能產生的環縫間隙(mm); δs———鄰近建筑物引起的接縫張開值(mm)。 本工程設計最大水頭為18.3m,按規范要求錯縫寬度小于或等于10mm。取錯縫寬度應為10mm,由止水條耐水試驗結果得知:δ≈7.2mm。已知ρmin=350m,B=1.5m,D=6.0m,δ0=1mm,δs=0mm。代入上述公式計算求得:δ=26.94mm。δ≈7.2mm<26.94mm,證明完全滿足功能要求。 (2)耐久性要求 包括防水功能耐久性、耐水性、耐動力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學腐蝕性等。 (3)密封材料種類 一般可分為單一的、合成的及水膨脹性的材料?，F多采用水膨脹橡膠,它可大大改善盾構隧道的防水性,是今后的發展方向。在設計時必須根據實際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時間及環境可能造成的影響。3 管片接縫防水材料的選型3.1 管片接縫防水材料的現狀 管片接縫防水材料主要有兩種:一種是以日本為代表的遇水膨脹橡膠,另一種是多孔彈性橡膠(EPDM)。遇水膨脹橡膠止水條這種材料之所以在日本應用非常廣泛,主要是因這種材料首先由日本開發、價格低;另一個原因是日本盾構隧道通常采用雙層襯砌,即在管片襯砌內再現澆一道混凝土襯砌,對第一道襯砌的防水質量要求并不象國內這樣高。但遇水膨脹材料主要是用于日本而并不為歐美國家所接受,其主要原因是擔心其耐久性。國內,廣州地鐵一號線及二號線其它區間隧道管片接縫防水采用了EPDM彈性止水條,上海地鐵一號線采用了彈性密封墊,未見采用進口的EPDM彈性止水條做隧道管片接縫防水。兩種管片接縫材料對比見表1。
3.2 管片接縫防水材料的選定 隧道工程的管片襯砌接縫的防水質量一直是個難題,根據管片設計對止水條的要求,并經過多方比選,本工程采用了德國PHOENIX公司生產的EPDM彈性止水條,其主要產品成份為三元乙丙橡膠(EP-DM),設計成截面尺寸為33mm×16mm的多孔橡膠密封圈結構形式(圖2)。
4 EPDM材料試驗分析 根據管片設計對止水條的要求,短期、長期防水密封材料因壓縮產生的接觸面壓應力應大于設計水壓力。通過EPDM彈性止水條材料的試驗分析,反映出該止水材料防水和抗變形能力的優越性能指標如下: (1)性能試驗 通過試驗,EPDM彈性止水條的各項性能見表2。
(2)耐水壓試驗 從EPDM材料分析的試驗曲線(圖3)可以看出,在兩條橡膠沒有錯開的情況下,當橡膠僅壓縮7mm時,也就是接縫寬度為5mm時,能夠抵抗6MPa的水壓,相當于600m水頭;在兩條橡膠錯開20mm的情況下,當橡膠壓縮10mm時,也就是接縫寬度為2mm時,同樣能夠抵抗6MPa的水壓,相當于600m水頭,防水能力非常高。
5 結 語 從廣州地鐵二號線“赤-鷺區間盾構隧道”工程的防水質量評定(表3)可看出,盾構隧道防水工程質量合格率為100%,優良率為93.1%。管片接縫防水設計采用了性能優越的進口EPDM彈性止水條,較好地解決了地鐵隧道滲漏問題,竣工實測隧道殘余滲水量赤-客段僅為0.0203L/m2.d,客-鷺段僅為0.0331L/m2.d,遠低于標準允許值(0.1L/m2.d)。
總體上看,EPDM彈性止水條防水效果是好的,但也存在有待解決的一些問題: (1)襯砌管片K安裝時,由于摩擦力過大,容易將止水條撕開帶出,造成防水效果不佳,因此管片K滲漏水問題有待改進。 (2)管片密封槽被破壞,止水條防水失效,因此施工過程中如何確保密封槽完好,也是有待進一步研究的問題。
標簽： 管片
