北京城市鐵路雙連拱隧道防排水綜合施工技術(shù)

1、目錄第一章 前言 2第二章 工程概況 2第三章 防排水系統(tǒng)簡介 3第 1 節(jié) 防水系統(tǒng) 4第 2 節(jié) 排水系統(tǒng) 4第 3 節(jié) 變形縫、施工縫的防水 5第四章 防排水系統(tǒng)的施工 6第 1 節(jié) 結(jié)構(gòu)基面的處理 6第 2 節(jié) PE 閉孔泡沫塑料襯墊的施工 8第 3 節(jié) ECB 高分子合成樹脂防水板的施工 8第 4 節(jié) 隧道排水系統(tǒng)的施工 9第 5 節(jié) 變形縫、施工縫防水層的施工 9第 6 節(jié) 二次襯砌防水混凝土的施工 10第 7 節(jié) 二次襯砌背后回填注漿 11第五章 有關(guān)輔助施工措施 12第 1 節(jié) 二次襯砌混凝土鋼筋的冷擠壓連接 12第 2 節(jié) 防水砂漿 14第 3 節(jié) 其它保護措施 14第一章前

2、言北京城市鐵路為一條城市半環(huán)線,線路主要采用地上高架橋型式,而本工程為全線唯一的地下區(qū)間隧道。 該區(qū)間隧道地質(zhì)情況復(fù)雜 ,地下水位較高 ,且由于隧道為雙連拱結(jié)構(gòu)型式 ,施工工序繁 多,施工縫、沉降縫及天梁等特殊節(jié)點較多,因此 ,如何形成有效的防排水系統(tǒng) ,就成為本工程施工的關(guān)鍵。第二章工程概況北京城市鐵路地下區(qū)間隧道位于北京市二環(huán)路的東北部，全長1 175. 2 m ,埋深812 m ,局部地表有土丘地段的埋深達到 15 m 。斷面型式為雙連拱隧道、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),典型斷面開挖寬度為12. 05 m ， 開挖高度為 7. 397 m ，采用淺埋暗挖中洞法開挖、復(fù)合式襯砌。施工步序繁多 主要為中

3、洞分部開挖支護t施作中洞防水層、中隔墻襯砌t左、右側(cè)洞分部開挖支護t破除中 洞初支、施作側(cè)洞防水層和二次襯砌 ，具體如圖 1 所示。本工程地層變化復(fù)雜 ，由地表向下依次為人工堆積層、雜填土層、素填土層、粘質(zhì)粉土層、粉 質(zhì)粘土層、砂質(zhì)粉土層、粉細砂層、細中砂層、圓礫層等。地下水狀況 :上層滯水水位埋深 2. 56. 5 m ，賦存于雜填土層 ，主要補給來源為大氣降水的垂 直滲透與管道滲漏 ;潛水水位南低北高 ，水位埋深 2.987. 45 m 至 13. 9015. 99 m ， 高出隧 道開挖拱頂 ，主要補給來源為側(cè)向徑流 ;承壓水水頭埋深 18.53 m ，隧道底板局部地段位于承壓 水位以下

4、。丫、卜和fifr也桿血I咽第 L如| 4.：一片：山 I需-曲.眸;Im*舒民蚪階叫訓(xùn)懂憶常I律丄卜刨輜洞科癥h f I和恨弋卄陸存口業(yè)主護-rf j 札壯心&右側(cè)何耐.的那鶯妒圖1隧道施工步序示意根據(jù)本工程的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，在開挖施工過程中受上層滯水和潛水影響嚴重基槽涌水量較大，極易發(fā)生流砂、塌方，因此須采取管井降水治理。井位布置在隧道及豎井外側(cè)2. 03. 0 m處,井間距6. 0 m 左右，以不侵犯工程結(jié)構(gòu)和避開地面建筑和地下管線為準。就本工程防排水系統(tǒng)而言，最不利地段為長120 m的穿越護城河段和長 55 m的斜穿蓋板河段。第三章防排水系統(tǒng)簡介本工程防排水系統(tǒng)的施工遵循“以防

5、為主、防排結(jié)合、多道防線、剛?cè)嵯酀⒁虻刂埔?、綜合治理”的原則，設(shè)計防水等級為二級，即隧道襯砌不允許漏水，可以有少量、偶見的濕漬。地下區(qū)間隧道防排水系統(tǒng)設(shè)置見圖2 。/MT17 fRhi ；.；口祎:如 own ；觀襯 MaaLL世迎毎淚屈r.恤丹p時怙一:.21IIIH 9 FTR創(chuàng)也墮豳壬畫勉 莎岳洞畫滋SI丄 尺加n1. 2削厚ICT 佇質(zhì)何酷忑于蒞村 jftJQ I? |牛.襯門300;血 叨虬心址圖2隧道防排水系統(tǒng)示意第1節(jié)防水系統(tǒng)地下區(qū)間隧道采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，防水采用三道防線。第一道防線：初期支護加背后注漿。厚PE閉孔泡沫塑料襯,即摻適量 HEO單第二道防線：設(shè)置1.2 mm 厚

6、ECB高分子合成樹脂防水卷材及 4 mm 墊做為夾層防水層。第三道防線：二次模筑防水混凝土襯砌，采用微膨脹補償收縮防水混凝土 型混凝土外加劑，抗?jié)B等級不小于 0. 8 MPa 。第2節(jié)排水系統(tǒng) 由于本工程為暗挖法施工，地下水較豐富，施工工況復(fù)雜，防水層的預(yù)留搭接較多，結(jié)構(gòu)的施工縫也較多，在施工階段對防水卷材可能造成破壞，為確保區(qū)間在無滲漏的情況下營運，故在防水層和二次襯砌之間采用MF7隧道專用型塑料盲管作為排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)的具體設(shè)置為：在拱頂與邊墻交界處、邊墻與仰拱施工縫處、側(cè)洞拱頂與中洞拱頂施工縫處設(shè)置三道縱向排水盲管 在邊墻上每6 m設(shè)一道環(huán)向排水盲管，與各縱向盲管相連，并將滲水引出漫流

7、至道床上。第3節(jié)變形縫、施工縫的防水（1）變形縫本隧道每隔5060 m 設(shè)置一道變形縫，縫寬30mm。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的中部設(shè)置埋入式橡膠止水 帶，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)（背水面）預(yù)留300 mm X30 mm的凹槽，待變形縫兩側(cè)的混凝土澆注完并養(yǎng)護完畢，在縫內(nèi)用雙組份聚硫橡膠密封膏嵌縫，在凹槽內(nèi)固定1 mm厚鋼板做成“U”型接水盒然后用聚合物水泥砂漿把凹槽填實抹平。其具體設(shè)置詳見圖3、圖4。I - 、軽冷探驗:構(gòu)寸x j IFbiiii恃D 握凝上倪護1.伽|卅RH lifj爪板1 uni 1閉ft架料迪:欄-1斥拗襯friE療:-圖3隧道底板變形縫防水示意(2) 施工縫隧道施工縫分縱向和環(huán)向，就全雙連拱結(jié)構(gòu)而

8、言，縱向施工縫有：天梁兩側(cè)各1條,條形基礎(chǔ)兩側(cè) 各1條,左、右側(cè)洞的鋪底與邊墻交接處各1條;環(huán)向施工縫在每組襯砌斷面處。施工縫采用在結(jié)構(gòu)斷面中部安放 20 mm X30 mm遇水膨脹膩子條的方法進行止水。第四章防排水系統(tǒng)的施工-/;匚:.-匚二-I-Illi、lnnn J?的忻核水盒圖4 隧道邊墻、頂板變形縫防水示意第1節(jié)結(jié)構(gòu)基面的處理,因此，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同部位分(1)基面堵漏由于防水板鋪設(shè)前不允許結(jié)構(gòu)初期支護內(nèi)表面有漏水現(xiàn)象別進行了堵漏處理。 在中洞、側(cè)洞拱部沿隧道縱向每5 m 一排、每排3根布置 50 mm 的圓弧。第2節(jié)PE閉孔泡沫塑料襯墊的施工隧道在初期支護和防水板之間采用 4 m

9、m 厚 PE 閉孔泡沫塑料襯墊做為防水板的緩沖層。 泡沫襯墊采用水泥釘和塑料圓墊片固定在噴射混凝土的基面上,固定點之間呈梅花形布設(shè) , 固定點之間的間距為：拱部500800 mm;邊墻8001 000 mm;底部 1 500 2 000 mm。襯墊之間的搭接寬度為 50 mm , 搭接部位采用熱風焊槍進行焊接。襯墊必須采用環(huán)向鋪設(shè) ,不能拉得過緊 ,以免影響防水卷材的鋪設(shè) ,并在搭接部位預(yù)留不少于200mm 的搭接余量。第3節(jié)ECB高分子合成樹脂防水板的施工防水板接縫焊接是防水施工最重要的工藝 ,焊縫采用雙焊縫熱合機將相鄰兩幅卷材進行熱熔焊 接,卷材之間的搭接寬度為 100 mm , 接縫為雙

10、焊縫 ,焊縫寬度不小于 2 mm , 中間留出空腔以便 進行充氣檢查。焊接應(yīng)平順、無波紋、顏色均勻、無焊焦、燒糊或夾層。進行充氣檢查時, 充氣壓力為0. 120. 15MPa ,穩(wěn)定時間玄5 min ,允許壓力下降20 %。當縱向焊縫與環(huán)向焊縫成 十字相交時 （十字形焊縫 ） ,事先須對縱向焊縫外的多余搭接部分齊根處削去,將臺階修理成斜面并熔平，削去的長度130 mm ,以確保焊接質(zhì)量和焊機通過順利。鋪設(shè)防水板前先在拱頂?shù)囊r墊上標出隧道縱向中心線,卷材由拱頂開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè) ,邊鋪邊與圓墊片熱溶焊接。防水層在下一階段施工前的連接部分注意加以保護 ，避免弄臟和破損 ，并在搭接前將接頭處擦 拭干

11、凈。分段鋪設(shè)的卷材邊緣部位預(yù)留至少 500 mm 的搭接余量。防水板采用無釘孔鋪設(shè)固定 ,即利用熱風焊槍將裁剪好的卷材熱熔粘貼在塑料圓墊片上, 固定時要注意不得拉得過緊或出現(xiàn)大的鼓包。尤其是陰陽角部位的卷材一定要與轉(zhuǎn)角部位密貼 , 以 免影響灌注混凝土的厚度或?qū)⒕聿睦?。固定點呈梅花形布設(shè)，間距為：拱頂500800 mm;邊墻 800 1 000 mm ;底板 1 500 2 000 mm。第4節(jié)隧道排水系統(tǒng)的施工本工程排水系統(tǒng)采用 MF7 隧道專用型塑料盲管 ，盲管之間的連接使用訂書機狀的釘勾嵌入，釘勾由 3 5 的不銹鋼絲制成。排水盲管設(shè)在夾層防水卷材上 ，用盲管生產(chǎn)廠家提供的特制鐵件固定

12、 ，并采用 8 # 鐵線將鐵件 與結(jié)構(gòu)鋼筋牢固捆扎。由于盲管為預(yù)埋 ，因此在襯砌前要做好標記 ，一旦襯砌臺車脫模 ，立即將盲管管口掏出并清理干 凈。第5節(jié)變形縫、施工縫防水層的施工(1) 變形縫變形縫是由于考慮結(jié)構(gòu)不均勻受力和混凝土結(jié)構(gòu)脹縮而設(shè)置的允許變形的結(jié)構(gòu)縫隙，它是防水處理的難點 ，也是結(jié)構(gòu)自防水中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本區(qū)間共設(shè)置變形縫 12 道，縫寬 30 mm ， 防水材料選用中置橡膠止水帶，聚苯板充填縫隙內(nèi)部而在變形縫口部采用雙組份聚硫橡膠密封膏封填，厚度不小于 20 mm 。橡膠止水帶的施工要求 按照設(shè)計要求確定止水帶的準確位置及尺寸規(guī)格。 橡膠止水帶安裝必須用模板固定。先安裝一端，澆筑

13、混凝土，同時另一端應(yīng)用廂型木板保護 ，待混凝土達到一定強度后拆除模板和另一端止水帶的廂型保護。 在止水帶中央圓孔的上下方混凝土基面上涂刷粘結(jié)劑并固定填縫用的聚苯板。 把另一端的止水帶端頭固定在鋼筋上 ，支模澆筑混凝土。 施工中必須保證止水帶的準確位置和混凝土的澆搗質(zhì)量，保證混凝土與止水帶的緊密貼合。 止水帶的接頭部位采用現(xiàn)場硫化的方法 ，接頭處選在結(jié)構(gòu)應(yīng)力較小的部位。(2) 施工縫在施工過程中 ，水平施工縫與環(huán)向施工縫是結(jié)構(gòu)自防水的薄弱環(huán)節(jié)，處理的好壞將會直接影響結(jié)構(gòu)的防水質(zhì)量 ，因此須認真做好該處的防水處理。本隧道施工縫采用 LJ - 2型遇水膨脹橡膠膩子條(20 mm X30 mm)進行止

14、水。 由于止水條釘設(shè)過緊容易折斷 ，過松則不能保證與混凝土密貼 ，容易造成灌注混凝土鉆入止水 條下部而失去止水效果 ，因此在施工中采用了襯砌堵頭板背面釘設(shè)適當厚度及寬度的木條，混凝土灌注后拆模時將木條一起取出 ，即形成一道凹槽 ，并配合加密了射釘?shù)尼斣O(shè)間距 ，從而保證 了施工縫的防水效果。第6節(jié)二次襯砌防水混凝土的施工本工程二次襯砌混凝土為微膨脹補償收縮防水混凝土，標號 C30P8 ，采用 HEO 單一型外加劑 ，摻量為 10 % 。在施工中我們針對混凝土的防水要求 ，不僅加強管理 ，嚴格施工工藝 ，選好商品混凝土供應(yīng)商 ，對 混凝土施工進行全過程控制 ，而且特別注意了以下幾點 :(1) 嚴格

15、控制水灰比水灰比是對抗?jié)B性起決定作用的因素,增大水灰比 , 混凝土的密實度降低 ,相對滲透系數(shù)就顯著增大,因此須嚴格控制水灰比。本工程所采用的水灰比不大于0. 6 。(2) 防水混凝土的運輸本工程由于地處二環(huán)主路 , 按照北京市規(guī)定必須采用商品混凝土,因此我們優(yōu)先選擇了就近的攪拌站 ,并安排專人負責統(tǒng)一調(diào)度安排 ,以縮短運輸距離和等待時間 ,避免出現(xiàn)混凝土離析 ;還根 據(jù)不同氣候、不同時間計算出運輸過程中坍落度的損失,提前予以考慮 ,從而保證了混凝土澆注時有良好的和易性。(3) 混凝土震搗本工程結(jié)構(gòu)防水混凝土震搗采用插入式震搗棒,震搗時 ,震搗棒等距離地插入、均勻地搗實全部混凝土 ,插入點間距

16、小于震搗半徑的 1. 5 倍 ,前后兩次震搗棒的作用范圍應(yīng)相互重疊,避免漏搗和過搗。震搗時不得觸及鋼筋和模板 ,尤其是嚴禁觸及防水板。(4) 混凝土的養(yǎng)護根據(jù)防水混凝土的特性 ,本工程規(guī)定混凝土的裂縫寬度不得大于0. 2 mm , 而得當?shù)酿B(yǎng)護措施能最大限度減少混凝土的開裂 ,因此在防水混凝土灌注完畢及終凝后及時采用噴、灑水養(yǎng)護,待拆模后 ,對結(jié)構(gòu)表面及時進行灑水養(yǎng)護 ,保持混凝土表面濕潤 ,養(yǎng)護期確保不少于 14 天。第7節(jié)二次襯砌背后回填注漿由于混凝土的凝固收縮特性，在二次襯砌混凝土與防水板之間一般會存在510 mm的縫隙,再加上泵送混凝土、模板臺車灌注的襯砌施工特點,在拱頂處無法震搗密實

17、 ,這樣縫隙肯定會進一步加大 ，還可能在局部地段出現(xiàn)一定的空洞，容易造成地下水到處流竄侵蝕結(jié)構(gòu)和腐蝕鋼筋 ，因此，在二次襯砌結(jié)束后進行背后回填注漿是必不可少的一道工序。本隧道在施作二次襯砌防水混凝土時,沿隧道縱向每間距 10 m 即預(yù)埋一組注漿管 ,每組兩根 ,注漿管垂直于結(jié)構(gòu)表面設(shè)置 ,一根指向側(cè)洞拱頂 ,另一根指向中洞拱頂。根據(jù)結(jié)構(gòu)滲漏水情況 ,本工程采取了先全面注漿后重點注漿的施工方案。在全面注漿階段,采用摻加XPM外加劑的普通水泥漿液，施工水灰比為1 ：1.5 ,XPM 外加劑摻量按水泥用量的10 %控制 ,該漿液具有流速快、流動性好、抗?jié)B指標高的特點 ,最大優(yōu)點是漿液凝固后基本無收縮

18、。 注漿順序為由低處向高處、由無水段向有水段、跳躍間隔式注漿。在重點注漿階段,針對仍然存在滲水的地段進行再次注漿 ,并在個別較嚴重的出水點周圍增補注漿管和采用摻加XPM 外加劑的超細水泥漿液進行注漿。第五章有關(guān)輔助施工措施由于本工程結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜、技術(shù)難度大、防水要求高,因此我單位多次邀請設(shè)計單位和有關(guān)專家進行專題探討 ,還選派技術(shù)人員去兄弟單位學習取經(jīng),并在施工過程中不斷總結(jié)發(fā)揚 ,從而在防水板的質(zhì)量保證和保護方面形成一些值得推廣的輔助施工措施。第1節(jié)二次襯砌混凝土鋼筋的冷擠壓連接鋼筋連接采用鋼套筒冷擠壓的技術(shù) ,僅是在房建施工中個別采用 ,這是因為該工藝對鋼筋加工 安裝尺寸要求較高 ,鋼套筒

19、長 180 mm ,鋼筋對接時若過長則需現(xiàn)場截斷 ,若過短則不能保證連 接強度 ,甚至無法對接 ;另外鋼筋擠壓連接設(shè)備重達 80 多斤 ,移動不便 ,所以從未在隧道工程中 得以使用。在本隧道尚處于中洞開挖期間 ,由于開挖分部較多 ,鋼格柵連接部位很多 ,造成電焊時 間過長 ,導(dǎo)致洞內(nèi)空氣污濁、 環(huán)境惡劣 ,而且違背了淺埋暗挖法“快封閉”的施工原則 ,因此,為了保 護職工的身體健康和形成隧道快速支護能力 ,我單位就嘗試使用了鋼筋冷擠壓連接工藝。眾所周知 ,鋼格柵需要盡量緊貼圍巖輪廓 ,而由于開挖斷面的不確定性,造成鋼筋基本上無法實現(xiàn)順利對接 ,該項新技術(shù)當時未獲成功。 但是 ,我們也意識到在襯砌

20、施工中 ,由于二次襯砌鋼筋加工安 裝尺寸比較精確 ,完全可以采用這種辦法來避免電焊火工操作,從而有效的保護防水板不會損壞,因此及時進行了摸索總結(jié) ,并最終在襯砌中獲得成功?，F(xiàn)將兩種方法的優(yōu)劣予以比較。(1) 鋼筋冷擠壓連接與電焊連接相比較的優(yōu)勢 鋼筋采用冷擠壓連接 ,從根本上避免了電焊火工操作方式 ,不會出現(xiàn)防水板、排水盲管等塑料、 橡膠制品被電焊火花燒壞的現(xiàn)象 ,是對隧道防排水系統(tǒng)的極大保護。 鋼筋冷擠壓連接速度較快 ,熟練情況下可保證平均1. 5 min 完成一個接頭 ,而以本隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)主筋 ( 28 鋼筋) 為例 ,單面搭接滿焊的長度為 280 mm ,基本上一個接頭需耗時 5 m

21、in ,明顯可以看出冷擠壓連接可以大幅度提高工效。 在鋼筋被冷擠壓前 ,均可用紅漆先做上標記 ,如果標記在擠壓后仍然顯露在外面,即說明擠壓長度不足 , 而且鋼筋擠壓壓力可以在氣壓表上予以清楚顯示,還可以通過擠壓痕跡的深度進行尺量判斷。而電焊連接質(zhì)量基本依賴于作業(yè)人員的操作水平和工作責任心 ,這說明鋼筋冷擠壓 在質(zhì)量可靠度和便于檢查驗收方面均遠勝一籌。 鋼筋冷擠壓連接采用液壓設(shè)備 ,不會產(chǎn)生任何空氣污染 ,極大的保護了職工的身體健康 , 對于 提高職工勞動積極性極為有利。 在經(jīng)濟效益方面 ,一個鋼筋套筒為 12 元 ,而焊接一個 28 鋼筋接頭 ,所用電焊條和鋼筋搭接 的材料費約為 9 元 ,雖

22、然冷擠壓連接費用稍高 ,但如果考慮到它有效保護了防水層 ,節(jié)省了通風 費用 ,提高了工效 ,再加上保護了職工的身體健康 ,鋼筋擠壓的總體費用肯定遠低于電焊連接費 用。(2) 鋼筋冷擠壓連接工藝的操作困難及對策鋼筋冷擠壓設(shè)備重量約為 80 斤 ,在洞內(nèi)移動使用不便 ,后來我們利用防水板施工臺架增設(shè)了 一個鋼管軌道 , 使其懸吊在上面 ,并可以前后滑動 ,即較好的解決了這個問題。雖然僅在二次襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋連接方面使用,但由于鋼筋加工和安裝工藝落后,經(jīng)常會發(fā)生鋼筋或長或短而導(dǎo)致無法連接的現(xiàn)象 ,后來通過鋼筋加工安裝質(zhì)量的加強管理和職工操作水平的 提高 ,還選購采用了手持式鋼筋切割機,從而使這個困難得以

23、克服。第2節(jié)防水砂漿由于本隧道需穿越護城河及蓋板河,大部分地段地面又無降水條件,造成地下水位較高 ,雖然經(jīng)初期支護背后注漿處理 ,但仍有較多部位出現(xiàn)滲水,使防水板焊接時達不到規(guī)定溫度要求, 導(dǎo)致粘結(jié)時效性差 ,易出現(xiàn)假焊現(xiàn)象。因此 ,我單位主動投入 ,在滲水地段增加了涂抹防水砂漿工序 使防水板焊接時巖面處于干燥狀態(tài),從而保證了防水板的防水效果。第3節(jié)其它保護措施在襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋的洞內(nèi)運輸和安裝過程中,由于隧道狹窄 ,施工人員經(jīng)常無意中使鋼筋頭擊穿或刮爛防水板 ,還不易發(fā)現(xiàn) , 從而影響防水板的整體防水效果。后來我們在市場上定購了一批易 安易卸的小橡膠帽 ,安裝在已加工好的鋼筋兩頭再將鋼筋運至洞內(nèi)

24、,在鋼筋安裝前 ,還在防水板上縱向固定若干根5 cm拓cm的木條，使鋼筋安裝距防水板有一定距離,從而得以妥善保護防水板不被破壞。6 施工體會(1) 由于地下隧道施工環(huán)境惡劣 ，防水板的整體封閉質(zhì)量很難保證，難免會由于防水板的破損而出現(xiàn)漏水點 ，而且在注漿堵水處理過程中，經(jīng)常出現(xiàn)這邊堵水、那邊漏水的現(xiàn)象，顧此失彼 ，無法找準出水點進行集中治水。筆者認為，如果在地下工程的防水系統(tǒng)中增加分段封閉的措施，雖然會增加一部分投資 ，但不會出現(xiàn)防水系統(tǒng)“一點破損、全面失效”的后果 ，另外對以后的注漿堵漏也便于集中處理。(2) 在本工程防水專題研討過程中 ,曾有些人提出可以取消排水系統(tǒng) ,僅依靠防水系統(tǒng)完全實現(xiàn) 堵水目的。但是根據(jù)長期一線施工實踐,由于目前從隧道施工工藝、防水材料可靠性、作業(yè)人員的實際操作水平來說 ,均還處于較低水平 ,筆者認為在以后相當長的時間內(nèi) ,還是要以“防排結(jié) 合,多層設(shè)防、以防為主 ,適量排放”為原則來指導(dǎo)地下工程防排水