地铁区间盾构隧道管片嵌缝防水技术

地铁区间盾构隧道管片嵌缝防水技术摘

要：回顾了盾构隧道管片嵌缝防水在轨道交通区间隧道工程技术发展各阶段的应用情况，通过分析其在工程施工与运营实践中的利弊，论述了嵌缝止水与嵌缝导水等技术演变的过程，并结合地铁运营特点，指出了嵌缝技术当前的发展趋势。关键词：轨道交通；盾构隧道；嵌缝防水；受电弓；接触网

盾构法隧道防水的重点是衬砌接缝防水，而衬砌接缝防水的关键是接缝面防水密封材料及其设置。

盾构隧道管片防水技术已有百余年的发展史，自20世纪70年代始，管片接缝密封垫被确认为是接缝防水的主要防线，甚至被逐渐认知为唯一的防线。辅助防水中的嵌缝防水则逐渐被弱化，或用以发挥疏排水功效，或有取消的趋势，这是由于嵌缝要求发挥功效发生衍变的结果。

对于盾构隧道结构，在研讨嵌缝防水的功效时，首先必须确定嵌缝设计的理念。设计要明确嵌缝究竟应起到防水止水还是疏排水的功效，显然，只有嵌缝使所有环、纵向接缝全封闭，才能发挥防水止水功效，否则，局部、有限的嵌填只能发挥泄压、疏排的功效。其次，嵌缝防水应分清是迎水面防水还是背水面防水。例如，对于输水隧道构筑物而言，结构内面嵌缝主要是承受输水水压，而在施工阶段作为背水面材料也要承受地层中的水压，因而有双向防水的要求。但对于地铁区间盾构隧道的嵌缝而言，只要防止地层中的地下水渗入、漏入，因此总是进行背水面防水。

此外，地铁区间盾构隧道的嵌缝还有其结构构造和运营使用上的特点：仰拱管片上有道床混凝土及轨枕；拱顶位置悬有供电接触网，这就对它的嵌缝材料与工艺有特殊的要求。

现着重阐述地铁区间盾构隧道管片嵌缝密封防水的衍变过程，并试析其原因。1早期的地铁砌块嵌缝密封防水

20世纪上半叶，尤其是20世纪30年代前，地铁区间盾构隧道预制衬砌主要是钢、铸铁等金属砌块，大多仅在预制衬砌内侧留设的嵌缝槽采用填缝材料密封防水，而不依靠管片环、纵面设密封材料防水。这一时期，由于化学建材尤其高分子化工建材尚未诞生，故嵌缝密封材料多为与钢、铸铁管片对应的铅条、铝粉、铁粉；用混凝土砌块或金属混凝土复合砌块时，则采用相应的石棉水泥、膨胀水泥等无机材料，利用捣、压、击等方法嵌实，并适当借助材料的微胀机理密封止水。这在英国与西欧早期地铁建设中有不少工程实例。

此后，管片接缝防水进入粘结防水、塑性防水时期，因其防水效果有限，故还借助嵌缝防水作为重要的辅助防线，例如采用低黏度的聚氨酯化合物浸渍麻丝或黄麻嵌入嵌缝槽，其方式是对全部接缝充实密封。2中期的地铁管片嵌缝密封防水本文把

20世纪50年代至90年代看作为“中期”。这时期地铁盾构隧道衬砌越来越多地采用了钢筋混凝土管片，并逐步发展为高精度钢模制作的高精度管片，管片接缝防水的理念也从粘结防水、塑性防水发展为采用密封垫（弹性密封垫与遇水膨胀密封垫）压密防水，从环、纵面全断面防水方式转变到线状方式防水。与之对应的管片接缝嵌缝防水也有了较大的发展（尤其是日本、韩国、中国大陆、港、台等国家和地区的都市地铁），显现出多样性。其前后变化总结如下。2.1管片嵌缝功效、嵌缝范围

随着管片接缝密封垫防水功效的提高，考虑到地铁盾构隧道的特点，管片嵌缝需针对隧道进出洞口、连接通道等隧道变形、管片接缝张开变化较大的位置起重点防范。至于其他位置，管片嵌缝仅要求起排水功效，以满足拱顶无渗漏水滴落在供电接触网、仰拱道床铁轨上，且仰拱处管片接缝也无冒水的要求。换言之，进出洞口20～25环、连接通道钢管片及前后数环需要重点防范，全封闭嵌填；其他范围只需在拱顶43°位置防止滴漏，仰拱86°位置防止冒水进行局部封闭，使渗漏水引排至排水沟中。图1为管片嵌缝作业示意图。稀驻尚从上述可知，潜密封材料应具会有下列特性：秋能长期保持不鸟透水性；能长穷期保持粘结力兴或压缩应力；肌在嵌填作业与微运营中拱顶材喘料不易坠落；佣仰拱材料适应刑基面潮湿，并谁均能适应结构这接缝少量的张惊、缩变形。盖因此，这时期勿的地铁盾构隧绒道管片嵌缝密摊封材料，通过偶嵌填密封，首酬先利用密封材万料与嵌缝槽面领粘合的原理，艘同时靠弹性挤梨密或膨胀致密准的机理，达到吉防水与控制疏丙排水的目的。授这时期以日本立为代表的东亚评地区地铁往往镜采用这类方式铃。狐2.厚2射管片嵌缝密封拉材料运伐盖这时期的嵌缝匠密封材料可分捞为未定型与定厕型两类，在工灯程使用时，根获据不同的衬砌勉材质、嵌缝材欢料进行嵌缝沟咐槽设计。新冒付未定型嵌缝密螺封材料后仰愧顾名思义，未诵定型嵌缝密封哪材料是指非预诱制的、不成型远的密封材料，扑多为建筑密封宏胶。旗县1哲）聚硫橡胶密势封胶辩灭台聚硫密封胶系陵双组分制品，婚主剂为液态多袖硫聚合物，固爸化剂为金属氧脏化物，使用时嗓将主剂和固化喇剂按规定比例蚕混匀，固化反把应后形成类似耽橡胶的高弹性去密封体。由于葛是双组分反应催型材料，又较汁黏稠，嵌填作烈业前需双组分白混合，相对而笋言施工不太方折便，也有搅拌斩不均之虞。因税此，虽然固结区体性能较好，芳但是施工性稍幼差。厕仁2闻）聚氨酯密封谢胶盈呼邻聚氨酯密封胶楚分双组分制品撕和单组分制品挤，前者是双组季分反应固化，虑后者则在封闭秧条件下储存，劈用嵌缝枪注入宗嵌缝槽后，带插有游离异氰酸拆根的密封胶受德潮气反应固化爽。地铁区间隧幅道管片嵌缝则幕以单组分罐装鄙聚氨酯密封胶疲为好，它放以西“狡枪也”恋式嵌注，具有饥作业简便、质敌量稳定的优点秀。嫂听3凤）瓜凭聚氨酯遇水膨刮胀腻子或聚氨竟酯遇水膨胀密境封胶隆来郊利用材料遇水贯膨胀达到密封移原理的嵌缝材络料获得开发，奏体现了有限膨绢胀、控制膨胀系的思想。见言铅聚氨酯遇水膨并胀腻子由水溶皇性聚氨酯预聚链体和丁基橡胶组聚异丁烯等经母橡胶炼胶机混嫂炼，再经挤出尿制成，系一种法具有遇水膨胀杰性能的橡胶腻江子。它常与工寿字形塑料条组嘴合使用以控制华膨胀，变三向源膨胀为单向膨沿胀，并借助环燃氧胶泥或聚合斥物砂浆封闭构凶成密封体系（台图革2惊搭左）。上海地保铁肚1案投号线及其试验瞎段就采用了这悟类方式，即嵌败填于工字形断来面塑料条中，祥为遇水膨胀橡稀胶腻子类未定蹄型材料（利用拴工字形条作为撇控膨材料歇，艳妖限制膨胀应力最单向发挥），唱外封氯丁胶乳办水泥抗裂防水赖，容易操作，差效果尚好。谨术4挂）单组分遇水氧膨胀密封胶旨师框近嚼20牵材年来，嵌缝材闪料中的遇水膨礼胀橡胶腻子条昂多为遇水膨胀稻密封胶所替代滨，并摈弃了工咽字条，在利用罢有限膨胀密封三原理的基础上弃，用少量单组及分、挤出型遇牵水膨胀密封胶桥止水，再用氯拒丁胶乳水泥密情封。这样的施烈工方式，减少敌了膨胀密封材皮料的用量，简婚化了施工工艺作（劈图庸2抄绩右）。撇浪型定型嵌缝密封旦材料跑式纱嵌缝件由三元兼乙丙合成橡胶煌制成（傲图泻箭3园），可以加工门成各种尺寸，麻用于管片环纵塌缝、导水沟密谈封件的十字连调接。施工时，拆将制件切姨成垂U绳林形接口，用聚暖氨酯胶粘结在箱一起，使用掺娘有树脂的丁基怠水系粘合剂封纵涂粘结到混凝饶土管片嵌缝槽封内。这种嵌缝融件，经过试验冲室管片接缝嵌伴缝一字缝试验律，证明可以承追受加0.1M浩Pa祝出的水压而不渗浑漏。但从机图驻3系坡也可看出，十危字缝处稍有错贝位，这种密封坑就会不可靠，抢故只能起疏导季水的作用，即我发挥疏导时的勒、不承受水压牢的密封，所以莫称鼻为辰“歼导水沟密封撤件轨”很。金蜓遣德国地下交通拾规划研究协会走试验过另一类换合成橡胶嵌缝巧件（弯图翻4层），它仅能承灭受很低的水压诱力，且要求管窄片的拼装精度队要精确兽到呜1m抽m炕，同样在十字朗缝位置非常难痕以处理。在盾族构隧道嵌缝工湾程中也只能起骨疏导水的作用镇。宝骆夺图蛇4基柿中的嵌缝件采印用社“培退织拨怎”秒型硬橡胶芯材聚和带箭翼的密厉封件组合加强展密封，试图对志不同位置、大尺小有异的沟槽跨，通过硬质芯唯材击入深度的仿差别来调整、座适应。但事实岩上，这种芯材冒虽可制成片状吵、且为弧形，荣但仍难适应接探缝宽窄的变化叮，遇及十字、具丁字缝等节点群就更难解决，痕因此在实际工恶程中用得不多爸。上海地腊铁司2催号线区间隧道戚曾做过这方面肾的尝试（陶图出5视），利用预制斩密封件的齿形磁与芯材适应接腹缝的大小来满桨足密封性，与扎图信4胀止水原理一致工、外形相近（路但两边齿牙为封遇水膨胀橡胶士类的），而击碗入的楔形芯材室有差异（片状乒塑料的）。因趋为如上所述的张原因，实际效但果也不够理想卸。炼延惹总体而言，预分制成型密封件辅对地铁盾构区颗间隧道管片嵌施缝不够成功，派对于拱顶、仰含拱局部接缝使汪用更欠合适。伏此后，都采用林了未定型材料涌。医2.3累州管片嵌缝槽形闲式仓吗解管片嵌缝槽是茂设在管片内沿阳的槽口，通常筋分别设在管片不的两侧，偶尔过也有设在一侧笑的。征讨浩管片嵌缝槽的误外形大致如愚图轮6致腿所示，其跟中亦2#毁霜槽深而窄，适请宜于承受背水嗓压挠；蛮1烦#乓、明3#陈真槽两侧平行，男适宜于定型密诸封材料张；常4#君伴槽内大外小，算适合未定型密抗封胶，施工与达运营中不易坠希落。现今，作下为背水面的管要片嵌缝槽的构晌造，嵌缝洽槽小H/斥D茶（深宽比）惊宜摧≥亡3.乒0角，槽深宜移为垫25~55拒m则m吗，单面槽宽勒以雄3~9m翅m孩羡为妥。应该指辩出的是，其外撤形、尺寸除了摔要满足嵌填作奶业的需要外，液还要有利于管魔片生产制作，息尤其是管片钢何模脱模板时不缺会损伤。茫3灶然当前地铁管片疫的嵌缝密封防妻水柔递乔新世纪以来，陕随着地铁区间模盾构隧道防水取技术的发展，取隧道渗漏水量伯减少，又因有付拱部嵌缝材料丝下落的隐患，昨故北美、西欧滴的地铁率先取涨消了嵌缝作业素。目前，东亚希地区的大多数铸城市也取消了殊管片拱部嵌缝姥的做法。而管患片环、纵缝，挽通过整体嵌缝艺作业止水的功丹效也受质疑，光通常只在有限独的部位发挥疏鼓引作用，将渗舅漏水引排，以替创造其他作业振环境。于朴诸国内有关技术遥也开始有所变亿化，上述嵌缝缺的基本理念、停嵌缝防水材料井、施工作业方算法，既有存用事，也有改进。伟如种：科1果）底部仅在道姓床混凝薪土奏86来°农的范围内，用导快硬水泥及时啄嵌填，便于道爪床混凝土在干泡燥、无污泥的衔环境下浇筑等室（仅起防止嵌肢缝槽内留存杂淹物的作用）应；喷2催）进出洞及连现接通道邻近范摄围按变形缝处亚理，整条环添缝星360剩°翻直接嵌填高模绢量聚氨酯密封兵胶，利用粘结导与弹（柔）性暖密封原理防水洞，故未用膨胀棚类材料，更无束需再用水泥封输堵。4结语身性团结合以上国内寺技术发展趋势括，笔者认为下义述盾构隧道管注片嵌缝技术将篇成为今后的主的流。杨苦1仅）这丑接触网制式的涉地铁区间隧道的拱顶部悬有机页车供电接触网结，机车有受电握弓，一旦拱部箭柔性条状嵌缝默材料下挂、下梳坠衰到吵“扛网斧”开与时“飞弓才”绣上，会造成供装电短路，危害断行车安全等风就险，在权衡利吃弊后，通常不卫再嵌缝。披朴2锣）管片环、纵婆面接缝仍必须竞留有嵌缝槽，烤除了作为渗漏鞭水疏导、引流贼的备用槽外，仅也是接缝注浆导堵水必需的封米缝槽。由于现饼今极少采用定川型嵌缝密封材胃料，嵌缝槽构苏造宜为未定型嫩材料不易落出弃的外窄内宽形魂式，细部构造蹦应同时满足管却片制作时的脱棍模要求。朵吹3掌）进出洞口附投近括20俩副环左右的管片误、连接通道前付后数环管片等购局部区段，因傻管片接缝变形库量大，渗漏概哥率相对较高，顷可继续考虑采咱用环、纵缝全升封闭嵌缝防水梨。剂阴4肺）环、纵缝全晃封闭嵌缝防水盛时，宜采用适钢当模量的单组潮分聚氨酯密封需胶嵌填。注意民过高拉伸模量码（请>0.40梅MP待a独）江节不利于适应变叠形，过低拉伸戏模量仰（活<0.15M房P丈a肢）不利于抵御炮水压。此外，哀嵌缝前应在基耻面涂刷密封胶葛底涂料，提高咸粘合性；也可据采用单组分遇伍水膨胀密封胶飞，但应施工限齐制膨胀材料予包以约束。染广5陵）管片嵌缝作鸣疏导、引流用鬼时，因其嵌缝惧密封胶不承受术水压，