地鐵暗挖工程全封閉防水施工技術
摘 要:以東單地鐵為依托,從防水混凝土、柔性防水層、特殊部位處理幾方面闡述了在初期支護與二次襯砌之間設全封閉柔性防水層施工方法。
關鍵詞:地鐵暗挖;全封閉防水;
施工一般鐵路隧道防水設計的原則是“防、截、排、堵相結合,因地制宜,綜合治理”,地鐵工程一般采用暗挖法施工。采用暗挖施工的地鐵工程其防水設計等級較高,車站為一級,區間為二級。地下車站中的乘客流量大,金屬設備繁多,要求達到絕對不滲不漏, 其防水是以“ 防”和“ 堵”為主,與其他措施相結合的指導原則。“防”是以加強二次襯砌的自身防水性能和在與初期支護間設置柔性防水層,以阻止車站與地下水的聯系;“堵”是在隧道施工過程有滲漏時在地層中和襯砌中注漿填充,阻止地下水的流徑而起到防水作用。
地鐵東單車站設計襯砌為復合式襯砌,在初期支護與二次襯砌之間設全封閉柔性防水層,初期支護為C20 早強噴射混凝土,二次襯砌為C30 防水混凝土,抗滲等級為S8 。柔性防水層采用兩種防水板,車站主體采用1. 2mm 厚的ECB 防水板,出入口、風道工程采用0. 8mm 厚的EVA 防水板,緩沖墊層均為4mm 厚的聚乙烯(PE) 泡沫塑料板。
1 防水混凝土
襯砌結構包括初期支護和二次襯砌,初期支護一般采用噴射混凝土,二次襯砌一般采用模注混凝土。噴射混凝土的防水性能較低,在滲水量不大的地段一般不考慮其防水性能,把防水的重點放在二次襯砌上。二次襯砌一般設計為抗滲混凝土,是結構自防水的重要部分,應從材料的檢驗、配合比設計、運輸與灌注、拆模及養護等各方面嚴格控制把關,才能確保混凝土的防水性能。
1. 1 材料要求
(1) 水泥為≥425 號的普通硅酸鹽水泥, 含堿量( Na2 O) ≤0. 6 % ;
(2) 砂宜采用中砂,含泥量≤3 % ;
(3) 石子最大粒徑≤40mm , 并滿足泵送和鋼筋凈間距要求, 含泥量≤1 % , 吸水率≤1. 5 % ;
(4) 外加劑為U EA 膨脹劑,摻量由限制膨脹μ= 0. 5 % 來確定;
(5) 水為無侵蝕性潔凈水。
1. 2 配合比設計
(1) 防水混凝土配合比必須經試驗確定,其抗滲等級應比設計要求提高0. 2MPa ;
(2) 每立方混凝土的水泥用量≥320kg(包括U EA 膨脹劑); 水灰比宜為0. 55 ; 2)
(3) 砂率為35 %～40 % , 灰砂比為(1∶2. 5) ;
(4) 坍落度為180～210mm ;
(5) 為提高混凝土的和易性,減少水灰比,適當摻入高效減水劑,摻量控制在水泥用量的0. 8 % ; 為了降低混凝土水化熱可適當慘入粉煤灰。
1. 3 運輸
地鐵隧道結構混凝土采用商品混凝土,混凝土輸送車運輸, 泵送灌注。由于受到交通管制的影響,地鐵混凝土澆注施工一般在夜間進行,而且一次性澆注方量較大,泵管通過豎井垂直運輸, 彎頭較多,運輸距離一般較遠,因此混凝土輸送泵管應采用高壓管,其接頭應嚴密不漏氣。在泵送前應先打一盤與灌注混凝土灰砂比相同的砂漿,一者濕潤管路,二者檢驗管接頭是否漏氣。
攪拌站至工地一般距離較遠,運輸時間較長,混凝土的和易性將發生很大變化,從罐車向泵的料倉卸料前,應將罐車反轉3～5min , 使罐內混凝土再次攪拌均勻。如果和易性仍不能滿足泵送要求,可以適量摻入同品種的高效減水劑溶液,但應嚴禁加水。
1. 4 灌注
當邊墻混凝土灌注高度> 2m 時,應采用串筒、溜槽,采用插入式振搗器,振搗時間為10～20s , 并以混凝土開始泛漿或不冒氣泡為準。每層澆注厚度≤300mm , 振搗器插入下層混凝土≥50mm , 移距不大于作用半徑1 倍。當澆注拱部混凝土時,應在兩側模板上預留澆注窗口,兩側水平均勻灌注。采用表面振動器,每次澆注厚度為200mm , 移距應與已澆注混凝土搭接100mm 。
1. 5 拆模和養護
防水混凝土應嚴格控制拆模時間,不僅應保證混凝土的強度,而且拆時混凝土的表面溫度與周圍氣溫的溫差應≤20 ℃ 。這一點非常重要,經常由于搶工期往往忽視這一點,過早拆模使混凝土過早暴露在大氣中,由于與周邊溫差過大而產生內部應力使混凝土開裂。拆模后應及時灑水養護,并保持表面濕潤,養護期≥14 天。
2 柔性防水層
柔性防水層分兩層,緩沖墊層鋪底與初期支護表面接觸,對防水板與初期支護接觸的一側形成保護,其表面再鋪掛防水板。柔性防水層不僅起到防水的作用,由于防水板光滑將初期支護與二次襯砌隔開,它們之間基本不傳遞剪力,只傳遞壓力,使二襯均勻受壓受彎,減少由于局部應力使二襯出現裂紋。所以防水層對基面的要求很高,不能有突出物和明水,在施工防水層之前先對基面進行處理。
2 . 1 基面處理
初期支護完成后對基面進行處理,割除鋼筋頭、錨桿頭,在割除部位、斷面變化處或轉彎處的陰角應抹成R ≥10mm 的圓弧。明顯凹凸不平的應分層噴射找平。基面如有明水,應采取措施注漿封堵或引排,方便防水層施工。
2 . 2 鋪掛緩沖墊層
用75 熱塑性塑料圓墊片和射釘將聚乙烯(PE) 固定在初期支護上,釘距拱部50cm , 邊墻100cm , 呈梅花形布置,位于變化斷面和轉角部位的釘距應適當加密。從拱頂向兩側依次鋪貼平順, 長短邊搭接長度≥50mm , 做到平順、無隆起、焊縫牢固。
2 . 3 鋪設防水板
將ECB 、EVA 板由拱頂開始向兩側環向鋪設,邊鋪邊與圓墊片熱熔焊接。防水板鋪設時不得拉得太緊,應留出適當搭接余量。防水板與圓墊片之間用電壓焊器或熱風塑料焊槍焊接。防水板之間用雙焊縫自爬式熱合焊機焊接, 長、短邊搭接寬度10cm , 焊縫寬度≥10mm , 且均勻連續,不得有假焊、漏焊、焊焦焊穿等現象。
2 . 4 質量檢驗
用5# 注射針與壓力表相接,用打氣筒在雙焊縫間充氣。當壓力達到0. 1～0. 15MPa , 保持時間≥1min , 說明焊縫合格。如壓力下降,證明有未焊好之處,應實施補焊。ECB 防水板質量檢查見表1 。
表1 ECB 防水板質量檢查表
3 特殊部位防水
特殊部位包括施工縫、變形縫、伸縮縫及穿墻管等處是結構防水的薄弱環節,在施工中應嚴格按施工工藝操作。如果操作不當往往引起滲漏水,整治起來非常麻煩。
3 . 1 施工縫
在兩次澆筑混凝土之間設施工縫,灌注前應對施工縫進行處理,首先清除表面的水泥漿薄膜、松動石子或軟弱混凝土,然后在二襯中部設置遇水膨脹橡膠條。施工縫的基面必須進行鑿毛,使兩次混凝土澆注接觸良好,減小可能出現的裂縫。見圖1 所示。
圖1 施工縫防水圖
3 . 2 變形縫
在車站結構主體全長范圍不設變形縫,只在車站與區間、出入口、風道相接處等主體與附屬結構相接處和明暗挖相接處設置。在變形縫的襯砌中部設置橡膠止水帶,縫間填塞聚苯板,口部用雙組分聚硫橡膠和防水砂漿封堵(見圖2) 。
止水帶采用橋式橡膠止水帶,厚10mm , 埋置于距二襯內緣200mm 的襯砌中部。止水帶采用搭接式,壓茬方向順水流方向, 即上段止水帶靠近初期支護,下段止水帶靠近襯砌內緣。止水帶的搭接接頭表面必須清刷和用銼刀打毛,搭接接頭長度10cm 并用粘結劑滿粘。
3 . 3 伸縮縫
地鐵運營時基本恒溫,受溫度變化影響較小,只在洞口和易受凍害地段設置伸縮縫。
3 . 4 穿墻管
在穿墻管的表面涂刷R1 料,外涂聚胺脂涂料,通過SBS 卷材與ECB 防水板粘接,或者在穿墻管上焊接止水鋼板環,表面做防腐處理,采用穿墻套管時在兩管間嵌入防水填料,內側用法蘭壓緊,外側鋪貼防水層。詳見圖3 、圖4 。
4 填充壓漿
采用泵送混凝土灌注隧道拱部,往往混凝土灌注不滿,與初
圖2 變形縫防水圖
① 初期支護; ② 防水板; ③ 二次襯砌; ④ 聚苯板;
⑤ 橋式橡膠止水帶; ⑥ 砂漿層; ⑦ 牛皮紙;
⑧ 雙組分聚硫橡膠; ⑨881 涂料; ⑩R1 砂漿填料
圖3 穿墻管圖
1 、鋼管;2 、止水環;3 、主體結構
圖4 套管式穿墻管構造圖
1 、螺栓;2 、壓緊法蘭;3 、膠圈;4 、止水環; 5 、擋圈;6 、主管;7 、嵌填料;8 、翼環;9 、主體結構期支護之間會形成較大的空隙。如果防水板有漏洞,地下水會滲入二次襯砌內,混凝土本身不密實,水會滲至二襯表面。通過在隧道背后進行填充壓漿不僅可以填充由于混凝土澆注不飽滿形成的剩余空間,使初期支護和二次襯砌密貼而共同受力,而且可以填塞由于混凝土不密實或開裂而形成的縫隙,封堵地下水的流徑而起到防水的作用。在隧道背后填充壓漿可以避免在混凝土內表面處理時形成的外觀缺陷。壓漿管在拱部混凝土澆筑之前預埋在拱頂處。壓漿管采用42 無縫鋼管,上端距初期支護下的防水板2cm , 下端穿過模板10cm 。鋼管為直線形,不需在管上鉆孔,在每襯砌循環的隧道拱部中間設置和可能出現滲水處設置。當混凝土強度達70 % 后并形成完全封閉圈后即可進行。
壓漿的漿液可以為水泥砂漿、水泥漿,必要時可摻入一定比例的防水劑和粉煤灰。一般應先壓注水泥砂漿,稠度先稠后稀, 配合比和水灰比根據注漿速度進行調整,控制其擴散在一定范圍。如果漿液擴散速度很快,可以增加漿液的稠度,或在壓注一段時間后停止8～12h 后再進行。如果空隙比較小,可以直接壓注水泥漿,但水泥漿的結石率比水泥砂漿低,注漿量很大但效果不明顯。如只在襯砌的表面有裂隙,在隧道背后壓漿仍不能解決滲漏時,可直接在滲水處的襯砌表面鉆孔壓注化學漿液。但化學漿液的時效性不如水泥漿,不建議在襯砌中大量使用。壓漿順序應由下向上,先無水、少水地段向有水或多水處,從下坡方向上坡方向,從兩端向中間壓漿。每段壓漿長度一般≤20m 。
填充壓漿在防水板和二次襯砌有缺陷時可以起到補救作用,在東單地鐵車站大面積使用,收到了很好的效果,是全封閉防水施工不可缺少的一個步驟。
5 地鐵工程防滲漏技術要點
(1) 基面是保證防水板質量的基礎和關鍵,不能有明水、突出物。
(2) 施工縫中平接橡膠止水帶在實際操作中很難與混凝土密貼,在澆注和振搗時容易形成空隙。建議在澆注前的端頭模板上安裝比止水帶稍寬的普通不膨脹橡膠條,拆模后將橡膠帶從混凝土中扯出,在形成凹槽內安裝膨脹型止水條。
(3) 緩沖墊層應加強其抗拉強度和伸長率,宜選用無紡或復合土工布,不僅具有反濾、隔離、排水、耐酸堿等功能,還可以形成對防水板的有效保護。
(4) 防水板除了滿足強度指標外,應重點檢驗其耐酸堿性和耐紫外線性,并加強對成品的保護,特別是防止電焊焊渣對防水板的破壞。噴射混凝土由于受到地下水的侵蝕以及在其中摻入了呈堿性的速凝劑,在其表面經常有堿性水滲出形成結晶體,對人體皮膚具有很強的腐蝕性,防水板施工時經常預留接頭,有一部分暴露在地下潮濕的空氣中,結晶水對其形成腐蝕,過一段時間再焊接,其可焊性大大降低。另外暴露在空氣中的防水板應避免陽光照曬,在未封閉前應覆蓋遮光。
(5) 混凝土灌注應盡量飽滿密實,填充壓漿是不可缺少的堵水補救措施,不能省略和忽視。
(6) 防水混凝土應嚴格執行拆模的前提條件,應考慮溫度因素對混凝土裂紋的影響。
6 結束語
在東單地鐵工程中由二次襯砌、柔性防水板、特殊部位和填充壓漿形成綜合防水系統,對地下水重點采取“ 防”“ 堵”相結合的治理辦法取得了滿意的效果,在由建設單位組織的多次檢查和驗收中均未發現有滲漏現象。地鐵暗挖工程防水施工技術對其他地下暗挖工程的全封閉防水施工有一定的參考價值。
