02青島地鐵防水研究報(bào)告1

青島地鐵防水研究報(bào)告1處理坍方和涌水大事的閱歷,通過噴射混凝土和注漿等綜合技術(shù),完全可以在加固圍巖和做好初期支護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的堵水。

至于青島地鐵以硬巖地質(zhì)條件為主的隧道,巖體致密堅(jiān)硬,節(jié)理多以閉合為主,圍巖的滲透力量弱,圍巖裂隙水與地表水及淺層潛水的聯(lián)系極弱,圍巖穩(wěn)定性好。

假如對(duì)于局部帶狀地下水發(fā)育帶采納注漿封堵的方法,則完全可以在加固這些脆弱帶狀地質(zhì)構(gòu)造的同時(shí)進(jìn)行有效的堵水,將隧道的總涌水量掌握在肯定的范圍內(nèi)。

因此,在地鐵運(yùn)營(yíng)排水允許范圍內(nèi)制定排水標(biāo)準(zhǔn),在永久結(jié)構(gòu)施作前將地下水排放掌握在肯定范圍內(nèi),實(shí)行有目的限制的導(dǎo)排措施作為結(jié)構(gòu)防水的幫助方法,對(duì)于隧道防水是可行的,也是合理的。

另外,由于青島地鐵隧道穿越地層以硬巖裂隙水為主,與地表水及淺層潛水的水力聯(lián)系極為微弱,同時(shí)隧道排水是在肯定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)掌握的,其總排水量是有限的,因此隧道內(nèi)的排水是不會(huì)引起地下水資源的流失,也不會(huì)因排水而引起地表沉降等不良環(huán)境問題。

某市地鐵防水的原則是:以防為主,防排結(jié)合。

在開挖和一次支護(hù)施工的同時(shí)即考慮防水,對(duì)于涌水量較大的地段統(tǒng)一采納注漿封堵,將洞室涌水量掌握在肯定范圍內(nèi),進(jìn)行適量的引排,二次襯砌采納防水混凝土,以達(dá)到綜合防水的目的。

ⅠⅡⅠ:塑性破壞區(qū)Ⅱ:彈性區(qū):洞室半徑:,使地下水流向了隧道空間。

由于洞室開挖后應(yīng)力的重新分布將在洞室四周形成塑性破壞區(qū)圖1,由于變形的作用破壞區(qū)內(nèi)圍巖將逐步的松馳變形,節(jié)理裂隙的張開度也隨之進(jìn)一步惡化,這樣又增大了破壞區(qū)圍巖的滲透系數(shù),從而引起圍巖深部的地下水向隧道區(qū)域的匯合,加大隧道的涌水量。

同時(shí)水的徑流又帶動(dòng)裂隙充填物如泥砂的流失,導(dǎo)致裂隙的連通性增加,使地下水的匯流區(qū)域向隧道圍巖的縱深連續(xù)進(jìn)展。

裂隙內(nèi)注漿固結(jié)體巖體內(nèi)注漿固結(jié)體呈劈裂狀或集中狀注漿管噴射混凝土圖2注漿封堵防水原理圖地下水徑流方向錨噴支護(hù)一方面限制洞室塑性區(qū)的進(jìn)一步進(jìn)展,防止圍巖抗?jié)B透力量的惡化,另一方面噴射混凝土形成阻擋地下水向隧道內(nèi)徑流的一道屏障。

對(duì)于稍大的地下涌水噴射混凝土是無能為力的,可采納引排或注漿封堵。

在帶狀地下水發(fā)育帶通過注漿形成固結(jié)體堵塞其與圍巖深處的地下水連接通道見圖2。

若是復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),則設(shè)中間防水層和泄水孔,穿過初支的少許地下水遇防水板受阻擋即沿防水板背后襯墊下行自泄水孔排出,混凝土結(jié)構(gòu)和其結(jié)構(gòu)縫是其防水的最終也是最關(guān)鍵的一道防線。

,主體支護(hù)結(jié)構(gòu)依據(jù)圍巖特點(diǎn)有三種形式,即噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu),邊墻噴錨和拱部復(fù)合襯砌的支護(hù)結(jié)構(gòu),整體復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

依據(jù)設(shè)計(jì)防水標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)段工程車站達(dá)到一級(jí)防水,區(qū)間隧道達(dá)到二級(jí)防水。

⑴.整體噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)整體噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)主要用以區(qū)間Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖及風(fēng)道Ⅰ、Ⅱ類圍巖永久支護(hù)結(jié)構(gòu)中,其防排水型式以區(qū)間為例可參見圖3。

該結(jié)構(gòu)型式以噴射混凝土為結(jié)構(gòu)防水的主體,在噴砼層背后設(shè)排水盲管引排,充分體現(xiàn)了防排結(jié)合的特點(diǎn),同時(shí)在局部帶狀裂隙水發(fā)育區(qū)和對(duì)較大的集中涌水又必需重視混凝土背后的注漿技術(shù)。

圖3⑵.復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖4斷面防水型式圖復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于區(qū)間Ⅲ類以下圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu),風(fēng)道的部分結(jié)構(gòu)、車站出入口通道及車站段面。

復(fù)合式襯砌的防水結(jié)構(gòu)型式為“噴射防水混凝土+中間防水層+模筑防水混凝土”的多道防線參見車站斷面圖4,并在邊墻軌平面四周設(shè)泄水孔將地下水引向地鐵的排水系統(tǒng)。

⑶.邊墻錨噴拱部復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)車站圖5、圖6斷面均為拱部復(fù)合式襯砌邊墻錨噴的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式,即通常所說的“戴帽結(jié)構(gòu)”。

圍巖具有充分的自穩(wěn)力量,拱部二襯結(jié)構(gòu)完全或部分的坐在兩側(cè)的圍巖上,靠?jī)蓚?cè)墻圍巖的自穩(wěn)承載,由于斷面大埋深較淺,拱部二襯結(jié)構(gòu)主要是作為一種平安儲(chǔ)備,同時(shí)由于車站是乘客長(zhǎng)時(shí)間滯留的地方,二襯結(jié)構(gòu)又能給人以平安、美觀、舒適的感覺。

邊墻則充分利用其穩(wěn)定性好的特點(diǎn)采納錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu),主要在于車站是中島式車站,乘客的活動(dòng)空間在中間的站臺(tái)層,且兩邊墻均有廣告牌等裝修層,同時(shí)又可大大降低二襯結(jié)構(gòu)的費(fèi)用。

拱部二襯結(jié)構(gòu)設(shè)泄水管與邊墻排水盲管相連通,并引向車站內(nèi)排水系統(tǒng)。

圖5斷面防水型式圖圖6斷面防水型式圖從現(xiàn)場(chǎng)施工狀況看,車站“戴帽法”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是勝利的,拱部復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)完全達(dá)到了一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn),邊墻錨噴支護(hù)也可達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

但仍舊存在一些問題,如噴射混凝土達(dá)到無滲滴水是完全可以的,至于達(dá)到無濕漬不是不行能,而是代價(jià)太大需要比較系統(tǒng)的注漿措施,邊墻噴錨結(jié)構(gòu)外還有較大的空間可以利用,因此是否考慮可以用邊墻的廣告牌等裝修層作為防水的一部分,這是其一。

其二,斷面與、斷面內(nèi)輪廓明顯存在一臺(tái)階,在外觀上不太美觀,且斷面邊墻錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)有一部分在站廳層之上,噴射混凝土與拱部模筑混凝土的施工縫處理上目前還處在摸索階段,一旦這條縱向施工縫防水失敗則地下水直接滲流到站廳層上,處理起來較為麻煩,因此我們認(rèn)為車站“戴帽法”結(jié)構(gòu)斷面較好于斷面。

⑷.復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)中間防水層雖然說青島地鐵不同于目前國(guó)內(nèi)其它城市地鐵的全封閉防水層,允許部分地下水泄入隧道排水系統(tǒng),但復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)中間防水層仍舊是必要的,它的直接作用是將地下水與二襯結(jié)構(gòu)隔開,是阻擋地下水滲向隧道的一道防線,同時(shí)也為防水混凝土制造無水作業(yè)環(huán)境,另一方面它可將初期支護(hù)與二襯結(jié)構(gòu)隔離,消退對(duì)二襯結(jié)構(gòu)的約束應(yīng)力,防止結(jié)構(gòu)因約束應(yīng)力增加而產(chǎn)生裂縫,從而提高結(jié)構(gòu)的防水力量。

車站1#通道已完成段二襯結(jié)構(gòu)很能說明這個(gè)問題,設(shè)防水層的兩襯砌段Ⅰ0+~+61僅在最終封頂處因澆灌混凝土密實(shí)性差存在一些濕漬,而在其前后的其它五個(gè)襯砌段均無防水層,滲漏水卻特別頻繁。

⑸.關(guān)于底板防水的問題隧道底板防水應(yīng)當(dāng)?shù)玫郊訌?qiáng)。

目前國(guó)內(nèi)隧道病害有很多是隧道底板襯砌破壞滲水或翻漿冒泥,這往往是人們簡(jiǎn)單忽視底板施工所致,熟悉不究竟板在結(jié)構(gòu)中的重要性。

事實(shí)上底板是隧道內(nèi)地勢(shì)最低而地下水壓最高的地方,且底板滲水后積水,不易查找滲水點(diǎn),處理起來相當(dāng)困難。

積水在底板漫流腐蝕軌枕,污染環(huán)境,危害更大。

對(duì)于底板防水,在無仰拱的地段采納防水混凝土鋪底,鋪底厚度我們認(rèn)為應(yīng)不小于20,鋪底施工縫若與排水溝重合可不設(shè)止水條,否則設(shè)止水條封閉防水,鋪底變形縫防水按邊墻拱變形縫處置。

四、防排水材料選擇選擇經(jīng)濟(jì)牢靠的防排水材料是結(jié)構(gòu)防水的根本,也是降低工程費(fèi)用的有效途徑。

我們?cè)谡n題開展始伊就對(duì)有關(guān)防水材料進(jìn)行了較為系統(tǒng)的調(diào)查討論和室內(nèi)試驗(yàn)分析,力求達(dá)到經(jīng)濟(jì)、適用的目的。

如初期對(duì)混凝土防水外加劑、施工縫用止水條、相關(guān)堵漏材料等,在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中依據(jù)應(yīng)用中存在的問題和新技術(shù)的進(jìn)展,又對(duì)止水條的選材和斷面進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化、對(duì)濕噴混凝土的外加劑選材及結(jié)構(gòu)堵漏材料的選擇進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)討論等等,因這些相關(guān)討論在其它章節(jié)都有涉及,在這里就不一一贅述。

五、,并采納鋼筋網(wǎng)和錨桿等幫助加強(qiáng)技術(shù),作為復(fù)合式襯砌的初期支護(hù),是結(jié)構(gòu)防水的第一道防線,作為永久性結(jié)構(gòu)同時(shí)又是結(jié)構(gòu)防水的主體結(jié)構(gòu),在青島地鐵結(jié)構(gòu)防排水中具有重要的地位。

錨噴支護(hù)防排水的關(guān)鍵技術(shù)是充分利用噴射混凝土具有較高的抗?jié)B性的特點(diǎn),以噴射混凝土剛性自防水為主,防止噴砼層起皮脫落和裂紋等缺陷的產(chǎn)生與進(jìn)展,同時(shí)實(shí)行有目的的引排疏導(dǎo)及進(jìn)行局部噴砼背后注漿封堵的綜合技術(shù)措施。

防水目標(biāo)與工程部位和使用功能有關(guān),同時(shí)又直接影響著工程造價(jià),過高的防水目標(biāo)只能片面增加工程費(fèi)用。

依據(jù)施工現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)特點(diǎn),試驗(yàn)段各工程部位錨噴支護(hù)防水目標(biāo)確定為:復(fù)合式襯砌段的初期支護(hù),允許噴射混凝土表面有間隔性滴水和局部偶見的小規(guī)模涌水,但區(qū)域性涌水量應(yīng)掌握在12以內(nèi),集中涌水量不得大于500;車站邊墻錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn),要求噴射混凝土表面無滲漏,允許設(shè)盲管進(jìn)行有效的引排泄壓,但總排水量應(yīng)掌握在每延米車站隧道100以內(nèi);區(qū)間錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到二級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn),要求結(jié)構(gòu)表面無明顯的滲水點(diǎn)而可以有濕漬,允許設(shè)盲管及泄水孔進(jìn)行有效的引排泄壓,但通過泄水孔的總排水量應(yīng)掌握在每延米區(qū)間隧道50的范圍內(nèi)。

⑴.噴射混凝土結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)一般都認(rèn)為噴射混凝土具有較高的抗?jié)B性,據(jù)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)資料,噴射混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)可達(dá)8以上,以此說明噴砼作為防水的主體結(jié)構(gòu)是可行的。

但當(dāng)前國(guó)內(nèi)由于在工藝、配比和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)掌握方面的落后,噴射混凝土存在著起鼓、脫皮及開裂等現(xiàn)象,又成為結(jié)構(gòu)滲漏的主要通道。

因此,我們?cè)趪娚浠炷磷苑浪夹g(shù)討論中主要從材料配比、工藝方面入手,重點(diǎn)放在如何防止噴砼層開裂、起鼓及脫皮現(xiàn)象的產(chǎn)生與進(jìn)展。

噴砼層的開裂主要來自兩方面的因素,其一為混凝土硬化過程中的收縮變形引起的龜裂,龜裂的進(jìn)一步進(jìn)展形成滲水通道的貫穿裂縫,其二為圍巖的大變形或局部不勻稱荷載產(chǎn)生的噴砼層結(jié)構(gòu)開裂。

收縮變形的機(jī)理主要來自混凝土表面濕度變化引起的失水干縮和水泥水化放熱引起的溫度變化產(chǎn)生的熱縮,同時(shí)又與速凝劑的使用、一次噴層厚度及養(yǎng)護(hù)條件有著較大的關(guān)系。

為提高噴射混凝土結(jié)構(gòu)自防水力量,我們主要實(shí)行了以下技術(shù)措施:水灰比:~,可提高混凝土的抗?jié)B性,并削減因失水而引起的干縮。

減水劑:采納奈系高效減水劑~1%,提高拌合物的和易性和可噴射性,并降低水灰比。

混凝土坍落度:采納濕式噴射要求混凝土的坍落度掌握在16~18之間。

防水劑:選用具有膨脹作用的防水劑如-型膨脹劑12%為水泥代用量、高效防水劑摻入量3%,產(chǎn)生相應(yīng)的膨脹以補(bǔ)償混凝土硬化過程中的收縮變形,起到防裂抗?jié)B的作用。

水泥:采納低水化熱的一般硅酸鹽水泥,削減因水泥水化引起的熱縮。

速凝劑:在區(qū)間濕噴時(shí),選用8604型液體速凝劑,該速凝劑值基本呈中性,強(qiáng)度保存率高,且與水泥反應(yīng)產(chǎn)生的水化熱低,有利于結(jié)構(gòu)防水。

混凝土基準(zhǔn)協(xié)作比:水泥:粗骨料:砂=1:2:2,在滿意噴射條件的狀況下盡量降低水泥用量。

⑵.錨桿滲漏水防治技術(shù)錨桿是錨噴支護(hù)的重要內(nèi)容,但又往往是地下水穿過支護(hù)結(jié)構(gòu)的通道。

如青紡醫(yī)院車站拱部初期支護(hù)施作后,很多錨桿端頭有明顯的浸濕、滴水現(xiàn)象,而與四周圍巖形成鮮亮的對(duì)比,就說明白這一點(diǎn)。

防治錨桿滲漏的根本是防止錨固劑干縮裂紋的產(chǎn)生,增加錨固劑的密實(shí)度。

對(duì)于砂漿錨桿我們采納摻有型水泥用量的14%膨脹劑的防水早強(qiáng)砂漿代替一般早強(qiáng)砂漿可較為有效地解決這個(gè)問題。

同時(shí),過長(zhǎng)的錨桿鋼筋出頭侵入噴射混凝土層會(huì)明顯削減混凝土的有效厚度,因此在噴射前進(jìn)行檢查,不得有大于3的鋼筋外露頭侵入噴砼層內(nèi)。

⑶.噴射混凝土背后排水系統(tǒng)在區(qū)間隧道錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)段噴射混凝土背后設(shè)置系統(tǒng)排水盲管,在復(fù)合式襯砌的初期支護(hù)段則設(shè)置了局部排水盲管,并將地下水引向隧道的排水溝,進(jìn)行有效的引排導(dǎo)流。

這樣既降低了噴射混凝土結(jié)構(gòu)背后的地下水壓力,又為噴射作業(yè)制造了較好的作業(yè)條件。

我們選用軟式彈簧透水盲管,管徑φ30,在區(qū)間隧道系統(tǒng)盲管布設(shè)間距5,呈環(huán)向布置。

⑷.其它幫助防排水措施噴射混凝土直接作用于圍巖,在其終凝前是不具防水作用的,假如地下水存在還會(huì)影響噴射混凝土的整體性能。

一般稍大的地下水會(huì)使噴射混凝土滑脫、起鼓或脫皮,并進(jìn)而影響混凝土的抗?jié)B性能及與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度。

因此,實(shí)行有效的封堵和引排措施,是確?；炷临|(zhì)量的必要條件。

對(duì)于集中出水點(diǎn),若出水量較小小于100可設(shè)引水管引排,出水量較大應(yīng)采納注漿封堵。

漿液可選用水泥系漿液或化學(xué)漿液,注漿宜在噴射后施作。

對(duì)于片狀淋水型滲漏水,由于出水點(diǎn)過多或出水點(diǎn)散亂而無法集中封堵和引排,若滲水量較小小于102~2設(shè)置樹枝狀局部排水網(wǎng)絡(luò),最終匯入環(huán)向排水盲管,若滲水量大可設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)的系統(tǒng)注漿管引排,先施噴一層5厚的混凝土止?jié){墻,然后注漿封堵。

,在初期支護(hù)與二次襯砌之間施作防水層。

國(guó)內(nèi)近二十年來,復(fù)合式襯砌防排水技術(shù)在電氣化鐵路隧道和暗挖法城市地鐵隧道得到了廣泛的討論應(yīng)用和長(zhǎng)足的進(jìn)展,并取得了較為滿足的成果,特殊是混凝土的結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)越來越為人們所重視,在城市地鐵中以全封閉式防水層為代表的結(jié)構(gòu)防水技術(shù)也正在日趨完善,并受到更多設(shè)計(jì)者的青睞。

雖然如此,并不是說復(fù)合式襯砌的防水技術(shù)已特別完善,而是仍舊存在這樣那樣的問題。

如表1是我們對(duì)五指山隧道京九線最長(zhǎng)的隧道、北京地鐵西單折返線、廣州地鐵楊體區(qū)間等隧道工程建成后結(jié)構(gòu)滲漏水的統(tǒng)計(jì)狀況。

自表中可以看出,設(shè)全封閉式外防水層能使防水效果明顯提高,但只要地下水位高于隧道拱底,結(jié)構(gòu)滲漏就很難避開。

廣州地鐵的監(jiān)理制度在國(guó)內(nèi)同行可說是嚴(yán)格的,其施工隊(duì)伍的防水混凝土施工和防水層鋪設(shè)在國(guó)內(nèi)也是優(yōu)秀的,該工程的防水層施工被國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者作為典范,獲得好評(píng),但施工結(jié)束后,仍存在著滲漏水現(xiàn)象。

因此,雖說防水層在復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)中具有重要的地位,但全封閉式防水層并不是我們的唯一選擇。

基于這樣的緣由,我們對(duì)青島地鐵復(fù)合式襯砌的防排水依據(jù)它自已的特點(diǎn),提出了以二次襯砌結(jié)構(gòu)自防水為主體,重視結(jié)構(gòu)外防水層、注漿堵水和錨噴支護(hù)防水技術(shù)的綜合作用,不苛求設(shè)置全封閉式防水層,幫助以泄水孔進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊攀鑼?dǎo),達(dá)到綜合防水的目的。

隧道滲漏水統(tǒng)計(jì)表表1隧道名稱長(zhǎng)度滲漏水頻度備注五指山隧道4455214處1處。

水主要為地下裂隙水北京地鐵西單折返線5270處無釘鋪設(shè)防水板全封閉式防水。

地下水在拱底以下廣州地鐵楊體區(qū)間238022處1處。

主要為地表潛水、裂隙水與江河有水力聯(lián)系⑴.防水混凝土結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)從提高混凝土結(jié)構(gòu)的自身抗?jié)B力量著手,將防水與承重結(jié)構(gòu)合二為一,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、永久的防水效果,是國(guó)內(nèi)外隧道工長(zhǎng)期所追求的共同目標(biāo)。

混凝土是非均質(zhì)材料,從微觀上看其內(nèi)部有很多大小不等的微細(xì)孔隙,這些微細(xì)孔隙相互連通是其滲透水的主要通道之一。

理論討論及試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,孔隙的形成及其大小與水灰比、水泥用量和砂率等有著親密的關(guān)系。

混凝土滲水的另一個(gè)主要通道是混凝土裂縫,其產(chǎn)生的緣由主要是由于水泥水化熱、混凝土收縮變形及結(jié)構(gòu)受載變形引起的。

因此提高混凝土的自身密實(shí)性,從材料和施工兩方面抑制和削減混凝土內(nèi)部孔隙和裂縫的生成和進(jìn)展,是提高其抗?jié)B透性能和結(jié)構(gòu)自防水力量的主要手段。

水灰比對(duì)于混凝土的抗?jié)B性和強(qiáng)度的影響起著打算性作用,表2是保持水泥用量為290公斤、砂率41%時(shí),變更水灰比時(shí)對(duì)混凝土滲透系數(shù)和強(qiáng)度的變化值。

由表中可以看出,,,,%以上。

試驗(yàn)段工程襯砌結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為25,抗?jié)B標(biāo)號(hào)為8,配比的理論計(jì)算時(shí),我們?nèi)∈┕挝坏幕炷潦┕?biāo)準(zhǔn)差為5,。

允許現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)依據(jù)實(shí)際狀況對(duì)水灰比進(jìn)行調(diào)整,,以使其能夠滿意設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)。

水灰比對(duì)混凝土性能的影響表2水灰比抗?jié)B標(biāo)號(hào)滲透系數(shù)≡10-1028天強(qiáng)度與水灰比=〉〉〉〉〉偏粗,,砂率在35%~41%之間。

要求在粗、細(xì)集料中具有肯定數(shù)量的粉細(xì)料,%,現(xiàn)場(chǎng)使用集料中粉細(xì)料含量不足時(shí),可以粉煤灰等代替,但應(yīng)在砂中扣除。

粉細(xì)料的作用是填充部分孔隙