上海軌道交通9號線盾構區間隧道搶險修復工程介紹摘要: 介紹了上海軌道交通 9 號線盾構區間隧道出現的較大滲漏水險情, 闡述了搶險經過與詳細的修復方案, 以期為今后盾構隧道出現類似情況時制定方案提供參考依據。關鍵詞: 區間隧道; 襯砌; 管片; 注漿; 密封膠; 圓環鋼板1 工程概況 上海軌道交通 9 號線一期工程起自松江新城, 經大學城、佘山國家級旅游度假區、泗涇、九亭、七寶、大上海國際花園至宜山路, 終點凱旋路口為宜山路站,是一條市域快速軌道交通線。整條線路全長約 31km, 設車站 12 座, 其中地下車站為 7 座。 外環路站—合川路站為穿越徐匯區的地下盾構區間隧道, 單線全長約 1689.6 m。襯砌環由六塊管片組成, 襯砌外徑為 6.2 m, 內徑為 5.5 m, 管片環寬為1.2 m。另根據通風要求, 隧道線路中間設風井一座,風井為地上一層、地下五層的混凝土結構, 基坑深度達 32 m 左右, 風井圍護結構為地下連續墻。盾構穿越風井時采用襯砌拼裝過井的方法完成進洞與出洞環節。據地質報告顯示, 隧道與風井相接的洞圈埋深位置已相當接近粉砂層。2 發生險情與搶險經過 在盾構即將到達終點車站時, 施工單位開始拆除上行線中間風井進洞處的進洞防水裝置(該區域已完成壁后注漿近兩個月), 此時襯砌與洞圈之間出現滲漏水, 雖然施工單位及時采取了堵漏措施, 但未能完全堵住漏點, 且在短時間內形成了較大的滲水與流砂, 造成上行線進洞處約 20 環襯砌的變形、不均勻沉降, 襯砌環縱縫的滲漏水, 拱底塊接縫較大的涌砂及管片的破損等險情, 并進一步牽連到了下行線進洞處20 環襯砌的受損。 通過調查與分析, 各單位一致認為承壓水狀態下隧道進洞加固體與風井圍護結構之間、隧道進洞加固體與隧道襯砌之間存在滲水通道(此滲水通道已與粉砂層串通), 水和流砂在高壓水頭的作用下, 從滲水通道涌出, 遂在短時間內形成了較大的險情。鑒于事態的急迫性, 由地鐵建設公司牽頭, 迅速組成了由業主、設計單位、施工單位共同參與的搶險小組, 采取了在隧道內壓置水泥袋或黃砂袋(起到阻止拱底塊接縫處流砂涌入隧道的作用)、地面與隧道內壓注雙液漿和聚氨酯漿液、隧道內設置支撐(結合地面沉降監測)等措施, 使險情得到了控制。根據估算, 地面與隧道內總注漿量與險情發生造成的流砂流失量十分接近, 流失量與注漿量基本保持了平衡。同時, 沿隧道周邊增設12 口降水井, 逐步開啟抽水, 水位維持在絕對標高-28 m 左右, 以便為中間風井和隧道的堵漏工作提供有利的作業環境。通過上述搶險措施, 風井內與隧道內未再發現新的滲漏點。3 襯砌的修復 在搶險工作結束后, 設計單位針對目前的隧道工況, 專門提出了隧道的整體修復方案。3.1 修復原則 在襯砌堵漏與管片結構補強工作完成后, 隧道應達到原設計文件中規定的防水等級與耐久性要求。具體修復原則為: 以襯砌壁后注漿為前提, 將襯砌接縫與管片裂縫滲水堵漏、管片裂縫補強相結合。通過壓注不同的漿液堵漏補強、采用環氧砂漿( 或快速修補砂漿)修補破碎管片以及采用碳纖維補強層和鋼圈來改善襯砌的受力狀態。3.2 具體堵漏措施 雖然在搶險過程中, 施工單位已對隧道周圍的地層壓注了大量充填材料, 但考慮到此處的地質條件以及為保證后續堵漏、修復措施的質量, 必須在充分灌注超細水泥漿于隧道周圍空穴的基礎上, 再對碎裂、滲漏的管片做防水堵漏處理, 且注漿時不允許在已受損的管片上鉆眼打孔, 以免更加降低破損管片的整體強度。 另外, 在修復堵漏工作開始前, 應將搶險期間設置的 12 口降水井全部關閉, 以避免注漿液流入降水井, 造成降水井的堵塞。具體措施包括以下幾個方面: 1)首先應通過管片注漿孔以低壓、慢漿向襯砌外壓注丙烯酸鹽漿液, 力求沿管片壁后形成凝膠防水帷幕。通過管片注漿孔壓漿前, 應設置防噴裝置以確保安全(見圖 1 所示)。
選擇丙烯酸鹽漿液作為壁后防水帷幕的材料主要有以下原因: ①低粘度、穿透性好、防滲性能佳; ②漿液凝膠時間可以控制、調整; ③可與流砂形成固結體, 達到良好的固砂效果; ④相對于類似注漿液如丙烯酰胺等具有低毒、環保的特性。 具體注漿要求如下: ①注漿范圍: 上、下行線與中間風井相接的進洞處各 20 環范圍。②注漿順序: 先底部、后兩側, 逐漸向上。③注漿控制標準: a.襯砌收斂變形達 2 mm 或軸線偏差達 10 mm; b.注漿總量相當于在襯砌外圍達到 15 mm 厚的凝膠體 ( 均值); c.注漿壓力達到 0.4 MPa。上述標準達到任何一條即認為達到注漿終止要求。 2)壁后注漿結束后, 應對仍有滲漏的襯砌環、縱縫, 在嵌縫槽處埋設注漿管, 壓注丙烯酸鹽漿液。 ①對無滲漏的嵌縫槽應采用嵌填水膨脹密封膠(擠出型)加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理, 處理范圍為上、下行線與中間風井相接的進洞處各 20 環。若襯砌接縫存在錯縫, 嵌填密封的密封膠厚度可做相應變化, 但高模量密封膠的厚度應≥10 mm。此舉的目的在于防止地下水因襯砌內側進行局部注漿時, 從原先無漏點的接縫中產生滲水。 ②漏點的封縫材料應采用超早強、快硬水泥, 快硬水泥抗壓強度應達到 14 MPa(4 h 之內), 封縫范圍以半環為宜, 注漿壓力控制在 0.05￣0.3 MPa。 3)在干燥或基面僅有濕漬條件下, 對管片內表面裂縫做騎縫壓注親水性低粘度環氧漿液的補強堵漏處理, 具體注漿方法為采用粘貼式注漿嘴粘合于縫上或鑿小槽封埋于騎縫位置, 為了對準縫隙可用針插入縫隙 ( 也稱針眼法注漿)。注漿孔間距為 200￣250mm, 注漿壓力控制在 0.1￣0.5 MPa, 注漿前先采用環氧膠泥( 或專用密封膠) 刮涂密封裂縫, 環氧膠泥( 或專用密封膠)應為可粘合于潮濕基面的材料。上述補強堵漏措施同時為后續的碳纖維加固工作提供了必要的前提條件。 4)鑒于中間風井與隧道上、下行線各接頭處存在風險, 且接頭處的襯砌負環與正環間的環縫以及負環縱縫之間無彈性橡膠密封墊防水, 因此需做相應的處理: ①中間風井與隧道接頭處所設置的進出洞防水裝置予以保留, 洞圈現澆混凝土將防水裝置包裹于其中, 以增加接頭處的防水安全性。 ②采用嵌填水膨脹密封膠( 擠出型) 加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理(嵌縫范圍為負環與正環間環縫以及負環的縱縫)。 ③保留一個襯砌拱底塊縱向手孔(進漿處)、一個襯砌拱頂塊縱向手孔(排氣出漿處)外, 其余負環手孔均做封堵, 封堵材料為硫鋁酸鹽超早強 (微膨脹)水泥。 ④對拱底塊未封堵手孔向負環與正環間環縫壓注親水性低粘度環氧漿液, 以充填整條環縫間隙, 注漿壓力控制在≤0.3 MPa(見圖 2 所示)。 整個隧道堵漏修復過程中, 注漿壓力千萬不能過大, 以免造成管片本體產生新的裂縫, 破壞管片強度。親水性低粘度環氧漿液因牽涉到材料的強度問題, 選用時應慎重。我國即將出臺環氧漿液的行業標準, 這為廣大工程技術人員選用此材料提供了依據。本工程所列出的環氧漿液性能指標要求就是在將要出臺的環氧漿液行業標準討論稿的基礎上, 結合本工程實際工況提出的(見表 1 所示)。3.3 管片碎裂修補措施 在襯砌接縫和管片裂縫堵漏處理無滲漏的基礎上, 進行管片碎裂修補。 1)對于管片表面缺損、松動、起殼部分, 應首先鑿除松動、起殼混凝土, 將基面清洗干凈。 2)在基面上涂布界面處理劑, 采用快速修補砂漿修補管片。根據工程的實際情況, 此類砂漿應具備兩項必需的指標, 即在短時間內就能達到較高的強度、砂漿達到的最終強度應與混凝土管片的強度相差無幾(見表 2 所示)。 3)管片修補完畢后, 在修補面鋪設碳纖維布做加固處理, 以提高管片修復處的整體強度。加固粘貼的碳纖維布層數按照足夠的安全系數考慮, 粘貼 3 層。碳纖維布應符合如下性能指標要求(見表 3 所示)。3.4 鋼圈布置措施 在襯砌注漿堵漏、管片碎裂修補工作結束后, 考慮到隧道的整體耐久性要求, 設計人員針對上、下行線進洞處約 20 環襯砌內局部破損嚴重處以及襯砌負環與正環間的接頭薄弱處, 提出了增設圓環鋼板的方案(見圖 2 所示)。 設置的圓環鋼板既要達到增加襯砌整體性、可靠性的目的, 又要盡量減輕鋼板的重量, 以利于安裝使用。因此我們選擇了厚度為 20 mm 的鋼板, 采用化學錨栓環向固定于襯砌內表面的方式; 鋼環通過現場測量放樣后加工, 以保證它與襯砌內壁的貼合。 為使鋼圈與襯砌之間形成一個整體結構, 故在兩者之間壓注親水性低粘度環氧漿液。每個鋼圈兩端在壓漿前應先用專用密封膠作封堵密閉處理, 鋼圈頂部及底部應預設壓注環氧樹脂的進漿孔、出漿孔( 包括觀察孔、備用注入孔)。 鋼圈暴露面涂布環氧富鋅底漆(20 μm 厚) 和無溶劑超厚膜型環氧涂料(1 100 μm 厚) 以保證其耐久性要求。4 結語 本工程堵漏修復工作現已全部結束, 根據現場檢查情況來看, 基本達到了設計方提出的修復要求。該工程中的堵漏、修復方案, 可為今后盾構隧道遇到的類似工況, 提供制定方案的參考依據。
選擇丙烯酸鹽漿液作為壁后防水帷幕的材料主要有以下原因: ①低粘度、穿透性好、防滲性能佳; ②漿液凝膠時間可以控制、調整; ③可與流砂形成固結體, 達到良好的固砂效果; ④相對于類似注漿液如丙烯酰胺等具有低毒、環保的特性。 具體注漿要求如下: ①注漿范圍: 上、下行線與中間風井相接的進洞處各 20 環范圍。②注漿順序: 先底部、后兩側, 逐漸向上。③注漿控制標準: a.襯砌收斂變形達 2 mm 或軸線偏差達 10 mm; b.注漿總量相當于在襯砌外圍達到 15 mm 厚的凝膠體 ( 均值); c.注漿壓力達到 0.4 MPa。上述標準達到任何一條即認為達到注漿終止要求。 2)壁后注漿結束后, 應對仍有滲漏的襯砌環、縱縫, 在嵌縫槽處埋設注漿管, 壓注丙烯酸鹽漿液。 ①對無滲漏的嵌縫槽應采用嵌填水膨脹密封膠(擠出型)加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理, 處理范圍為上、下行線與中間風井相接的進洞處各 20 環。若襯砌接縫存在錯縫, 嵌填密封的密封膠厚度可做相應變化, 但高模量密封膠的厚度應≥10 mm。此舉的目的在于防止地下水因襯砌內側進行局部注漿時, 從原先無漏點的接縫中產生滲水。 ②漏點的封縫材料應采用超早強、快硬水泥, 快硬水泥抗壓強度應達到 14 MPa(4 h 之內), 封縫范圍以半環為宜, 注漿壓力控制在 0.05￣0.3 MPa。 3)在干燥或基面僅有濕漬條件下, 對管片內表面裂縫做騎縫壓注親水性低粘度環氧漿液的補強堵漏處理, 具體注漿方法為采用粘貼式注漿嘴粘合于縫上或鑿小槽封埋于騎縫位置, 為了對準縫隙可用針插入縫隙 ( 也稱針眼法注漿)。注漿孔間距為 200￣250mm, 注漿壓力控制在 0.1￣0.5 MPa, 注漿前先采用環氧膠泥( 或專用密封膠) 刮涂密封裂縫, 環氧膠泥( 或專用密封膠)應為可粘合于潮濕基面的材料。上述補強堵漏措施同時為后續的碳纖維加固工作提供了必要的前提條件。 4)鑒于中間風井與隧道上、下行線各接頭處存在風險, 且接頭處的襯砌負環與正環間的環縫以及負環縱縫之間無彈性橡膠密封墊防水, 因此需做相應的處理: ①中間風井與隧道接頭處所設置的進出洞防水裝置予以保留, 洞圈現澆混凝土將防水裝置包裹于其中, 以增加接頭處的防水安全性。 ②采用嵌填水膨脹密封膠( 擠出型) 加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理(嵌縫范圍為負環與正環間環縫以及負環的縱縫)。 ③保留一個襯砌拱底塊縱向手孔(進漿處)、一個襯砌拱頂塊縱向手孔(排氣出漿處)外, 其余負環手孔均做封堵, 封堵材料為硫鋁酸鹽超早強 (微膨脹)水泥。 ④對拱底塊未封堵手孔向負環與正環間環縫壓注親水性低粘度環氧漿液, 以充填整條環縫間隙, 注漿壓力控制在≤0.3 MPa(見圖 2 所示)。 整個隧道堵漏修復過程中, 注漿壓力千萬不能過大, 以免造成管片本體產生新的裂縫, 破壞管片強度。親水性低粘度環氧漿液因牽涉到材料的強度問題, 選用時應慎重。我國即將出臺環氧漿液的行業標準, 這為廣大工程技術人員選用此材料提供了依據。本工程所列出的環氧漿液性能指標要求就是在將要出臺的環氧漿液行業標準討論稿的基礎上, 結合本工程實際工況提出的(見表 1 所示)。3.3 管片碎裂修補措施 在襯砌接縫和管片裂縫堵漏處理無滲漏的基礎上, 進行管片碎裂修補。 1)對于管片表面缺損、松動、起殼部分, 應首先鑿除松動、起殼混凝土, 將基面清洗干凈。 2)在基面上涂布界面處理劑, 采用快速修補砂漿修補管片。根據工程的實際情況, 此類砂漿應具備兩項必需的指標, 即在短時間內就能達到較高的強度、砂漿達到的最終強度應與混凝土管片的強度相差無幾(見表 2 所示)。 3)管片修補完畢后, 在修補面鋪設碳纖維布做加固處理, 以提高管片修復處的整體強度。加固粘貼的碳纖維布層數按照足夠的安全系數考慮, 粘貼 3 層。碳纖維布應符合如下性能指標要求(見表 3 所示)。3.4 鋼圈布置措施 在襯砌注漿堵漏、管片碎裂修補工作結束后, 考慮到隧道的整體耐久性要求, 設計人員針對上、下行線進洞處約 20 環襯砌內局部破損嚴重處以及襯砌負環與正環間的接頭薄弱處, 提出了增設圓環鋼板的方案(見圖 2 所示)。 設置的圓環鋼板既要達到增加襯砌整體性、可靠性的目的, 又要盡量減輕鋼板的重量, 以利于安裝使用。因此我們選擇了厚度為 20 mm 的鋼板, 采用化學錨栓環向固定于襯砌內表面的方式; 鋼環通過現場測量放樣后加工, 以保證它與襯砌內壁的貼合。 為使鋼圈與襯砌之間形成一個整體結構, 故在兩者之間壓注親水性低粘度環氧漿液。每個鋼圈兩端在壓漿前應先用專用密封膠作封堵密閉處理, 鋼圈頂部及底部應預設壓注環氧樹脂的進漿孔、出漿孔( 包括觀察孔、備用注入孔)。 鋼圈暴露面涂布環氧富鋅底漆(20 μm 厚) 和無溶劑超厚膜型環氧涂料(1 100 μm 厚) 以保證其耐久性要求。4 結語 本工程堵漏修復工作現已全部結束, 根據現場檢查情況來看, 基本達到了設計方提出的修復要求。該工程中的堵漏、修復方案, 可為今后盾構隧道遇到的類似工況, 提供制定方案的參考依據。
