隧道管片渗水如何处理？南水北调穿黄隧洞渗漏治理

1.概述

1.1工程概括

穿黄隧洞是南水北调中线干线工程的“咽喉工程”，穿黄隧洞长4.25km，双洞平行布置，成型隧洞内径7m。穿黄隧洞管片外径为8.7m，成型后内径为7.9m，管片宽1.6m，厚度为40cm，每环管片由7片组成，单片管片最重达6.5t。穿黄隧洞施工采用直径为φ9000mm泥水平衡盾构进行施工。穿黄隧洞穿越地层主要为饱水中砂层、透水砂层、壤土层、古土壤层，并有砂砾、孤石和枯树等，穿黄隧洞最大埋深35m，最小埋深23m。断面最大水土压为450kPa。坡度由北向南由2‰变为‰。邙山隧洞由北向南设计坡度为49.107‰，用半径为800m的竖曲线将过黄河隧洞与邙山隧洞相连，对隧道的防水提出了更高的要求。

1.2穿黄隧洞防水施工原则和标准

盾构隧洞防水施工遵循“以防为主、多道防线、防排结合”的综合治理措施，结合盾构区间的工程特点、施工方法、使用要求和地质条件等因素采取以结构自防水为主，外防水为辅的施工原则，关键处理好管片本体的自防水、管片接缝防水及螺栓孔、壁后注浆孔、管片背后等的防水。穿黄工程防水除满足国家规范外，还应满足质量验收合格标准；不应有线流、滴漏和漏泥砂，任意100m2防水面积上滴水点数不应超过7处，单个漏水点的最大漏水量不大于2.5L/d，单个湿渍的最大面积不超过0.3m2；并对渗漏点查明原因后，均应及时进行处理，处理后不应发生渗漏。

2.管片渗水处理施工2.1管片渗水原因分析

在穿黄隧洞施工中，地下水压高达450kPa，地下水、涌砂、土层变化等地质条件的制约造成吊装孔、螺栓孔、管片崩缺渗水，同时造成管片环纵缝渗水；遇水膨胀止水条还未完全遇水膨胀，或者已成环管片的止水条遇水后提早膨胀，不能和新拼装管片的止水条形成有效的止水圈.造成管片环、纵缝渗水，可见泥水盾构隧道渗漏水的原因是多方面的。依据工程经验，将导致隧道渗漏水的原因具体分为以下几类。

（1）盾构姿态因素

盾构姿态的好坏直接影响到管片拼装质量，导致管片间错位、有台阶差，减少了止水橡胶条的有效止水面积，在高水压下易出现外围水透过止水条形成管片拼缝渗漏。

（2）膨胀橡胶密封止水条的因素

因雨季等原因过早遇水使膨胀橡胶止水条效果降低。管片脱出盾构盾尾后相对位置不好，常会使管片发生局部碎裂，发生止水带掉落现象，相邻止水条不能吻合压紧，从而引起漏水。

（3）管片拼装质量的因素

拼装质量差、螺栓未拧紧，造成接缝张开过大，手孔、注浆孔等薄弱部位封孔质量差，螺栓孔未加防水密封垫圈等。管片脱出盾构后管片间的纵向螺栓在拼装后没及时复紧，在一定程度上引起环缝的扩张，使管片间呈松弛状态。管片拼装过程中，拼装部位由于清理不及时，拼装过程中挤（压）破止水条或止水条之间夹杂异物，从而产生渗水现象。

（4）同步注浆质量的因素

注浆量不足，充填不密实，使围岩和衬砌整体未同时受力，造成受力不均，局部变形过大，首道防水层失去作用而引起渗漏水，同时注浆量不足易引起隧道后期产生较大沉降变形而渗漏。同步注浆浆液质量差，浆液注入管片后，很快被水稀释，没有起到及时固定管片的作用，局部未能密实，导致外围水渗漏至管片表面。

（5）盾尾漏浆因素

泥水盾构由于长距离掘进等原因，导致盾尾钢丝刷局部损坏，在盾尾漏浆一般出现在隧道轴线下坡时，盾构机盾尾钢板与隧道管片存在建筑间隙，盾尾空隙内存在大量泥水与地下水，壁后注浆没有很好地把这部分泥水截流，使隧道周围的泥水顺流，造成极大的压力，如果这部分压力超过盾尾密封装置的承载力，将导致盾尾大面积漏浆。

（6）防水垫圈或垫圈未压紧

在同步注浆和补压浆结束后，吊装孔无法清理干净、吊装孔拧不紧造成注浆孔渗水，管片在拼装过程中，吊装孔受集中冲击动载，容易造成损坏，使二次注浆孔渗漏水。

2.2管片防渗堵漏施工参数

根据穿黄隧洞管片设计结构，止水橡胶条布置在距管片外弧面5~10cm处，为了能使堵漏浆液凝固后与膨胀止水条结合成一个整体形成一道防线，确定钻孔深度为35cm，止水针头长度为10cm，注浆压力控制在300~500kPa，注浆压力过小不能使浆液通过0.1mm以下空隙进行密封，压力过大浆液遇水膨胀后容易破坏混凝土结构，压力的控制必须满足浆液能有效地平衡外界水压，又不至于破坏混凝土结构。

2.3管片防渗堵漏材料设备选择

（1）灌浆材料选择

①水溶性聚氨酯

本工程针对渗漏形式及工程特点，在渗漏原因分析的基础上，选用了化学灌浆技术进行渗漏治理，主要采用了水溶性聚氨酯堵漏材料。水溶性聚氨酯堵漏材料易分散于水中，遇水自乳化、能立即聚合，初始膨胀率能够达到100%，成为稳定的类似止水橡胶的弹性体，固结物具有良好的弹性、抗渗性、耐低温性，具备弹性止水和膨胀止水的双重作用，对岩石、混凝土等具有良好的粘结性能。水溶性聚氨酯堵漏材料的主要优点为；与水反应，固化后形成不透水的固结物，起封堵水的作用；低粘度浆液能压进细小裂缝深处或疏松地层的孔隙中，使之充填密实；在堵漏处理中，选择快速固化的浆液，不会被水冲稀或流失；形成的弹性固结体，能充分适应裂缝和地基的变形。水溶性聚氨酯化学灌浆材料是堵漏材料中性能最好的一种，用一般材料不能彻底根治渗漏，而使用高压灌浆堵漏技术则达到了一次堵漏成功。

②环氧胶泥

环氧胶泥是由环氧树脂、改性液及固化剂、填充剂组成，具有极强的粘结力和杭压强度，适用于玻璃、石料、陶瓷，金属等的粘结和各种结构缺陷补强填充和粘贴钢板加固之用，各项强度应达到以下要求，即抗压强度4MPa，抗拉强度2MPa，抗剪强度1.8MPa，粘结强度10MPa。

③泥基渗透结晶型防水材料

由活性化学物质与水泥基无机材料混合而成，以水为载体，随着水对混凝土结构的毛孔渗透作用，活性化学物质渗透至毛孔内部，析出Ca（OH）2，它在孔缝中吸水膨胀使环氧树脂胶泥对混凝土进行外封闭处理。

（2）灌浆设备的选取

灌浆设备采用微型电动高压注浆机1台、冲击钻1台，另外根据隧道内高处渗漏水位置，还需使用门式脚手架1套。

2.4管片防渗堵漏防渗施工方案

（1）高压灌浆堵漏原理

高压灌浆堵漏就是利用机械的高压动力，将水溶性聚氨酯化学灌浆材料注入混凝土裂缝中，当浆液遇到混凝土裂缝中的水分会迅速分散、乳化、膨胀、固结，使固结的弹性体填充混凝土所有裂缝，将水流全部阻挡在混凝土外部，以达到止水堵漏的目的。水溶性聚氨酯化学灌浆材料是由过量的多元异氰酸酯，以及多羟基化合物预先制成含有游离异氰酸基团的低聚的氨基甲酸预聚体。

水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种低粘度、单组份合成高分子聚氨酯材料，形态为浆体，它有遇水产生交联反映，发泡生成多元网状封闭弹性体的特征。当它被高压注入到混凝土裂缝布局延展直至将所有漏洞（包括肉眼难于觉察的）充塞，遇水后交联反映，开释大量二氧化碳气体，产生二次渗压，高压推力与二次渗压将弹性体压入并充满所有裂缝，达到防止渗漏的目的。

（2）高压灌浆堵漏施工工艺

①寻找裂缝

首先应对裂缝进行分析并按裂缝宽度、长度的不同分别取芯以确定裂缝深度的发展规律。对于裂缝表面潮湿的地方先清扫积水，表面不易干燥的地方，用喷灯烘干。除去裂缝表面的污染物和碎片，确认裂缝的类型是结构缝还是非结构缝，是移动缝还是非移动缝。如果裂缝的宽度大于3mm，则需要用快干水泥对裂缝加以密封。

②钻孔

适宜的灌浆孔应该交错布置在裂缝两边，确保所钻的灌浆孔切割裂缝。按混凝土结构厚度、距离裂缝为50~150mm，沿裂缝方向两侧交叉钻孔，孔径采用14mm钻头，孔与裂缝断面应成45°~70°交叉，并交叉在管片中部的1/2范围内。

③埋设止水针头

止水针头是浆液注入裂缝内的连接件，埋设时用专用工具紧固，并保证针头的橡胶部分及孔壁在未使用前干燥，否则在紧固时容易引起打滑。

④裂缝修补

灌注浆液从第一针开始，当浆液从裂缝处冒出，应立即停止灌注，移入下个针头，以此类推，直至全部灌注满为止。为使裂缝完全灌满聚氨酯浆液，应进行二次注入，第二次注入与第一次注入间隔一段时间，但必须在聚氨酯浆液完全凝固前完成。

⑤表面清理

待聚氨酯浆液凝固后，管片表面应及时清理，保证隧道外观良好。

（3）管片拼缝渗水防水施工

管片接缝出现渗水时，管片密封止水条未损坏，仍然起到一定的防水作用，采用在渗水部位打入止水针头的方法，不会破坏密封止水条，然后进行勾缝、注入聚氨酯的方法进行止水。首先采用钢丝刷清出拼缝内的浮泥、泥垢，查清渗漏的部位，沿渗水拼缝按35cm的距离钻孔，孔径1.4cm，孔深35cm，打入注浆止水针头，采用速凝水泥嵌缝理管，然后对渗水部位用速凝水泥浆进行勾缝，最后在止水针头内注入水溶性聚氨酯浆液，注入压力300~500kPa。观察1~2小时，如果仍有渗水，则继续注入聚氨酯浆液直至不再渗水。

（4）裂缝渗防水

暂片裂缝出现渗水时，采用以下措施进行防水；首先查消裂缝的延伸部位，在裂缝的两端钻终止孔，沿缝两侧错开钻孔，孔径１.4cm，孔深３5cm，间距为20cm，采用速凝水泥嵌缝、埋昏，要求压贴紧密；然后过入水溶性聚氨酯，待凝2小时后，检查孔口泡管，也可以进行二次或多次近复注浆，至浆液泡暂饱满；最后进行拆、槽口填补及裂缝修饰。

（5）对螺栓孔渗漏

螺栓孔出现渗漏时，防水处理施工工艺；首先拆卸管片螺栓孔的螺帽并清除螺栓孔中的浮泥、泥垢、锈迹。然后采用阻塞球堵塞螺栓孔的一端出口，并从另一端出口插入止水针头，采用早强水泥封密，要求压贴紧密，在相应的拼缝处对拉螺拴两边；钻终止孔，孔径1.4cm，孔深10cm；最后注入水溶性聚氨酯，待凝1小时后检查孔口泡管，不饱满时进行二次或多次重复注入聚氨酯，直至泡管饱满；完全堵住不再渗漏后拆管和拔出塞球，清除螺栓孔中的早强水泥，安装对拉螺栓帽，更换胶圈。

（6）管片线流防水施工

如果管片接缝出现漏水较大时，应首先对管片通过二次注浆孔加注等强度同步注浆双液浆液，待浆液初凝后漏水量减少后，再采用高压压住水溶性聚氨酯堵漏。

3.堵漏施工效果

穿黄隧洞全长4250m，拼装管片2636环，整条隧洞大约存在15个点位渗漏，经过一段时间的施工，彻底消除了隧洞管片渗漏水现象，达到了设计防水要求，可以说做到了全长4250m隧洞滴水不漏，原本滴漏的管片经过二次注双液浆后加注聚氨酯从源头上解决了渗漏的病害。

4.结束语

根据穿黄隧洞现场实际情况总结出的渗漏水原因，同样存在于各种地铁隧洞中。根据几种原因分析，在盾构施工中可以加以控制，能够有效地预防拼装后的管片渗漏情况。穿黄隧洞地质复杂多变，最大埋深为35m，地下水位高达4.5kPa，渗水量虽小，如不及时处理将会造成隐患。传统的堵漏方法通常采用速效水泥勾嵌引水，但是效果总不能令人满意，属于治标不治本，返修率高。我们采用的二次补浆和高压灌浆堵漏方法在整个隧洞处理中起到很好的效果，对于点位渗漏的直接灌注水溶性聚氨酯就可以直接将渗漏的水源阻挡在外部。采用了高压灌浆堵漏的简单施工方案，取得了良好社会效益和经济效益。随着盾构、地铁市场的不断发展，隧洞渗水病害已引起人们的注意，本文介绍的管片渗水处理技术对类似的施工和渗漏处理具有一定的借鉴作用。

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来源：防水堵漏技术