盾构隧道防水分类及措施

盾构法隧道按隧道衬砌结构形式分，有单层衬砌防水与双层衬砌防水；按隧道衬砌的组成分，有衬砌自防水与衬砌接缝防水；按隧道构造分，有隧道衬砌防水与竖井接头防水等。目前，盾构法修建的隧道绝大部分仍然采用由单层钢筋混凝土管片拼装而成的衬砌结构，其防水工作包括：管片防水、管片接缝防水、螺栓孔和注浆孔防水、充填注浆、盾尾密封和渗漏处理等。

1.管片防水

管片防水包括管片本体防水和管片外防水涂层。根据隧道所处的水文地质条件，应对管片本体的抗渗性能做出明确规定，并不得小于P10。对于钢筋混凝土管片来说，制作质量、工艺和外加剂的使用对提高管片本体的抗渗性效果明显。

管片外防水涂层需根据管片材质而定，对钢筋混凝土管片而言，一般要求如下：

（1）涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压摩擦下不损伤、抗渗水。

（2）当管片弧面的混凝土裂缝宽度达到0.3mm时，仍能抗0.8MPa的水压，长期不渗漏。

（3）涂层应具有良好的抗化学腐蚀性能、抗微生物侵蚀性能和耐久性。

（4）涂层应具有防迷流的功能，其体积电阻率、表面电阻率要高。

（5）涂层要有良好的施工季节适应性，施工简便，成本低廉。

衬砌外防水涂层除应涂抹于衬砌背面外，还应涂抹在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土上。当管片制作质量较高，采用抗侵蚀水泥时，可不作外防涂层。

2.管片接缝防水——弹性密封垫防水

盾构管片接缝的密封防水应采取“多道设防，综合治理”的原则。

管片接缝防水包括管片间的弹性密封垫防水、隧道内侧相邻管片间的嵌缝防水。其中弹性密封垫是接缝的首道防线，也是接缝的主要防线。当然，管片制作精度对接缝防水的影响不可忽视，一般要求接缝宽度不应大于1.5cm。

（1）弹性密封垫在管片张开量为6mm时仍能承受0.6MPa的水压。

（2）弹性密封垫的功能要求。一般情况下，要求弹性密封垫能承受实际最大水压的3倍。衬砌环缝的密封垫还应在衬砌产生纵向变形时，保持在规定水压力作用下不透漏水，即密封垫在设计水压下的允许开张值应大于衬砌在产生纵向挠曲时环缝的张开值。同时，还要求密封垫传给密封槽接触面的应力大于设计水压力。接触面应力是由扭紧连接螺栓、盾构千斤顶推力、密封垫膨胀等因素产生的。此外，当密封垫一侧受压力作用时也会产生一定的接触面应力，即所谓“自封作用”。

（3）密封垫材料要求。实践证明，密封垫的材料性能极大地影响接缝防水的短期或长期效果，因此，对它有严格的要求，尤其是对防水功能的耐久性，即要求密封垫能长期保持接触面应力不松弛。有文献建议：接触面应力由0.6MPa降至0.2～0.3MPa的时间即为密封垫的寿命。其他耐久性要求则包括耐水性、耐动力疲劳性、耐干湿疲劳性、耐化学侵蚀性等。对水膨胀橡胶还要求能长期保持其膨胀压力。密封材料之间以及密封材料与管片之间应有足够的黏结性，而且不影响管片的拼装精度，施工便捷。

（4）密封垫材料种类。从密封材料的发展过程来看，密封材料大致可以分为：单一的，如未硫化的异丁烯类、硫化的橡胶类、海绵类、两液型的聚氨酯类等；复合的，如水海绵层异丁烯类加保护层、硫化橡胶加异丁烯类加保护层等；水膨胀的，如水膨胀橡胶，它是在橡胶（天然橡胶或氯丁橡胶）中加入水膨胀剂（如吸水性树脂、水溶性聚氨酯等）而制成的。可以说，水膨胀密封材料的出现，显著地改变了盾构法隧道的防水性，因为它吸水后膨胀产生的膨胀压力可以抵抗水压力，防止渗水，是今后的发展方向。衬砌管片环向密封垫圈可优先选用三元乙丙橡胶，螺栓孔密封垫圈和注浆孔密封垫圈可优先选用缓膨胀遇水膨胀橡胶。

（5）密封垫施工。弹性密封垫一般为预制品，但也可采用现场涂抹。无论采用哪一种形式的密封垫，施工前都必须用钢丝刷将密封槽内的浮灰、油污除去、烘干，并涂刷底层涂料以保证黏结良好。(www.xing528.com)

对预制的密封垫，尤其是管片上有两道以上的密封槽时，一定要“对号入座”不得装错。嵌入槽内的密封垫要用木槌敲击，以提高黏结效果，以免在管片运输和拼装时掉落和错位。拐角处的密封垫在粘贴时尤应注意，必要时应采取加强措施。

3.管片接缝防水——嵌缝密封防水

管片接缝防水的另一措施就是在衬砌管片内弧侧预留嵌缝槽，管片拼装完毕后在预留凹槽内采用密封胶进行嵌缝密封（图19-6）。嵌缝槽的形状要考虑拱顶嵌缝时，不致使填料堕落、流淌，其深度通常为20mm，宽度为12mm。嵌缝材料应具有良好的水密性、耐侵蚀性、伸缩复原性，硬化时间短，收缩小，便于施工等特性。满足上述要求的材料有以环氧类、聚硫橡胶类、尿素树脂类为主的材料。

图19-6 嵌缝密封防水

变形缝的嵌缝槽形状和填料必须满足在变形情况下亦能止水的要求。通过对不定型自黏性丁基橡胶腻子、水膨胀橡胶腻子（用氯丁胶乳水泥加封）、制品型海绵橡胶为芯材外包水膨胀橡胶的圆形嵌条以及内插塑料扩张芯材的特殊齿形嵌条进行试验，结果表明，特殊齿形嵌条和水膨胀橡胶腻子较好。

嵌缝作业应在衬砌变形稳定后，在无千斤顶推力影响的范围内进行，一般距盾尾20～30m。嵌缝前要将嵌缝槽内的油、锈、水清除干净，必要时用喷灯烘干，不得在渗水情况下作业。涂刷底层涂料后再填塞填料，进行捣实。嵌缝时要特别注意仰拱90°范围内的嵌填质量，因为此处在运营后无法补救。

4.接缝注浆

对于重要的盾构隧道工程，可以在接缝面设置供注入密封剂的浅沟槽。在管片的四边端面上设置灌注槽，管片拼装成环后，由隧道内向管片的灌注槽内注入密封剂。要求压注的材料流动性好，具有膨胀性，固结后无收缩，如：弹性聚氨酯类浆液。

但应注意，接缝注浆常易引起衬砌变形，反而降低防水效果，故需对管片的形状和压注方法仔细考虑。也有文献建议，尽管注入密封剂是作为接缝防水线预设的，但实际上往往只有在渗漏水发生后才加以使用，由其做堵水治理。

5.螺栓孔和压浆孔防水

螺栓与螺栓孔或压浆孔之间的装配间隙是渗水的重要通道，所采取的防水措施就是用塑性（合成树脂类、石棉沥青）或弹性（合成橡胶或聚氨酯水膨胀橡胶等）密封圈垫设置在螺栓和螺孔口之间，在拧紧螺栓时，密封圈受挤压变形充填在螺栓与孔壁之间，达到止水效果（图19-7）。对每一个螺栓孔、注浆孔均设置密封垫圈。密封圈应具有良好的伸缩性、水密性、耐螺栓拧紧力、耐老化等。

目前较广泛的应用方法是：在腔肋一侧的螺栓孔口加工成锥形，并设置氯丁橡胶或遇水膨胀橡胶类密封圈，它应与设置的螺孔口的形式相匹配。施工时螺栓位置偏于一边的现象是经常发生的，应充分注意，必要时也可对螺栓孔进行注浆。

盾构施工因其具有高速、安全，对地层和周边建筑物干扰小，造价可控，施工质量高等特性，被地铁等越来越广泛地采用，其构造和防水措施也在不断地优化和完善。

图19-7 螺栓孔和压浆孔防水构造