化学灌浆技术在隧道衬砌施工缝防水中的应用

化学灌浆技术在隧道衬砌施工缝防水中的应用

李蓉，李伟, 李传富

（中铁西南科学研究院 四川 成都 610031）

摘  要：目前施工缝常用防水方法存在很大的缺陷，渗漏水较为严重。本文对目前施工缝渗漏水机理和化学灌浆技术防水机理进行了仔细分析，同时结合工程说明采用化学灌浆技术对隧道衬砌施工缝进行防水是较为安全的方法。

关键词：施工缝 渗漏水 化学灌浆

引言

隧道渗漏水病害是目前隧道病害最最为常见的病害，而且渗漏水病害常常会导致其它病害的发生，因此隧道防水越来越被隧道工程界所重视。隧道衬砌施工缝是隧道最容易发生渗漏的地方之一，工程界常说“十缝九漏”，而施工缝的渗漏与目前的防水缺陷是分不开的。目前，国内外的一些工程采用化学灌浆的方法预防和治理施工缝的渗漏，本文以某引水隧洞施工缝渗漏的治理来介绍化学灌浆技术在施工缝防水中的应用。

1 施工缝渗漏机理分析

1.1 常用的施工缝防水方法

隧道衬砌施工缝包括环向施工缝和纵向施工缝，主要是由于衬砌施工过程中混凝土不能一次性连续浇筑过长或必须分部施工而设置的施工接缝，这种接缝是结构自防水的薄弱环节，施工缝处理得好坏将会直接影响隧道的防水质量和使用寿命。因此，必须认真做好施工缝的防水处理。

目前，隧道衬砌施工缝防水常用的设施有止水带和膨胀橡胶条等，具体防水措施如图1所示。止水带的放置方式一般分为埋入式和外贴式两种，预埋在衬砌混凝土中可以阻止渗水透过衬砌进入隧道；膨胀橡胶条遇水膨胀可以填塞混凝土之间的缝隙，阻止渗水的作用^[1]。

图1 施工缝防水基本构造

1.2 施工缝渗漏机理

隧道衬砌施工缝的工作环境十分复杂，在隧道运营过程中，受到围岩应力、水压力和隧道变形等因素的影响，因此造成隧道施工缝发生渗漏的原因也非常复杂。

根据已有研究和资料显示，隧道发生渗漏的主要条件：一是有压地下水的渗流；二是衬砌中水流通路的存在。只有两个条件同时具备时，才能使隧道形成渗漏病害^[2]。

1）有压地下水

隧道工作环境十分复杂，通常修建于地下水中，而地下水受重力作用在围岩中渗流，对隧道衬砌和防水层产生一定的水压力。若施工过程中，对地下水没有采取有效的治理措施，地下水会对隧道衬砌和防水层造成巨大的压力。如果防水层由于某种原因产生破损，地下水在压力作用下，在防水层和二次衬砌之间窜流，给隧道二次衬砌形成一定水压力负担。施工缝本身就是施工质量的薄弱环节，在水压力作用下，渗入的地下水不断将防水缺陷扩大，最后形成水流通路产生渗漏。

2）水流通路

隧道衬砌施工缝的水流通路，主要是由于施工方法和防水措施的不足，形成的防水缺陷造成的。这些缺陷主要是指衬砌施工缝新旧混凝土粘接能力差、止水带和止水橡胶条等材料与混凝土的粘接能力差以及施工缝处防水设施的破损。这些缺陷在压力水作用下，很容易形成水流通路，导致隧道发生渗漏水病害。下面对止水带和膨胀橡胶条的失效原因进行分析。

① 止水带

采用止水带进行防水产生渗漏的原因主要两类，一是止水带本身破坏，二是地下水绕过止水带。质量合格的止水带的变形能力和抗刺破能力一般较强，本身破坏造成渗漏的几率较小，而有压地下水绕过止水带形成渗漏是目前隧道渗漏的主要原因。止水带材料多为橡胶等材料或金属材料，与混凝土的粘接能力非常差，而且止水带附近施工时很难进行振捣，故在交接面处容易产生缝隙形成水流通路。即便是隧道建成初期具有良好的防水能力，但是随着隧道运营时间的增长，止水带受隧道变形和有压地下水的长期作用，会在止水带和混凝土的交接面处逐渐形成水流通路。

② 膨胀橡胶条

膨胀橡胶条防水失效的主要原因与其本身遇水膨胀的性质有关，主要原因有两点：

A、遇水膨胀橡胶条施工的难点之一就是在混凝土浇筑和养护期间保证遇水膨胀橡胶条不发生膨胀或发生限制性的膨胀。已有工程资料表明，在混凝土施工中，如果没有做好膨胀橡胶遇水膨胀的早期控制，遇水膨胀橡胶因吸水而膨胀，当混凝土还未达到标号之前，其中膨胀橡胶已达到150%～400%的膨胀倍率，致使混凝土内缝隙过大，对橡胶条的约束作用减小，在混凝土与橡胶止水条之间形成水流通路。

B、橡胶条在遇水膨胀和失水干缩的反复作用下，内部吸水膨胀材料反复流失，影响使用寿命和膨胀效果，逐渐形成水流通路。即便是混凝土施工时做好了橡胶条的遇水膨胀的早期控制，遇水膨胀橡胶条在反复的遇水膨胀和失水干缩的作用下，内部吸水膨胀材料也会逐渐流失，使遇水膨胀橡胶条逐渐降低遇水膨胀倍率，失去防水的作用。

此外，地下水低温结冰体积发生膨胀是寒冷地区隧道衬砌施工缝防水失效的另一个重要原因。地下水渗入施工缝处，温度降低后地下水结冰体积膨胀，冻胀力使混凝土缺陷增大，造成隧道衬砌施工缝处发生渗漏。

2 施工缝处采用化学灌浆技术防水的机理

2.1 施工缝化学灌浆防水技术的机理介绍

施工缝采用化学灌浆技术进行防水的机理就是封闭施工缝处水流渗漏通道，化学灌浆材料在压力作用下，渗入结构缺陷，填塞结构空隙，对渗水通道进行封闭。施工采用化学灌浆防水的优点为：

1）施工缝处的渗水通道一般为微裂隙，普通的悬浮溶液颗粒粒径大较难渗入裂隙，而化学溶液为纯溶液，能够渗入到极小的裂隙内；

2）普通悬浮溶液一般以水为溶剂，凝固后体积会有一定的收缩，形成渗漏隐患，而化学灌浆材料几乎无收缩，有些材料可以遇水膨胀，封堵效果较好；

3）化学灌浆材料的胶凝时间可以较好的控制；

2.2 施工缝化学灌浆防水技术的施工工艺

施工缝化学灌浆防水技术主要是在衬砌施工时预埋注浆管（如图2所示），当二次衬砌达到一定强度后，再通过注浆管对施工缝进行注浆，主要施工步骤如下：

图2 施工缝灌浆防水示意图

1）根据工程情况，选择合适的注浆材料和注浆管类型；

2）根据隧道断面尺寸、形状以及隧道施工情况，设计合理注浆管路系统；

3）在二次衬砌达到一定强度后，拆除挡头板的当天，按照注浆设计要求布设注浆管，采用金属卡件将注浆管路固定在混凝土衬砌端头，并预留注浆接头至混凝土衬砌的外部；

4）浇注下一环二次衬砌；

5）在施工缝两侧的混凝土达到设计强度后，对注浆管进行注浆，注浆参数应随具体工程情况进行设计；

2.3 施工缝化学灌浆防水的注意事项

施工化学灌浆防水的设计和施工应仔细考虑多方面因素，严格按照各规范和标准要求施工，因此设计和施工时应注意：

1）选择合适的注浆材料，否则达不到注浆效果。

2）采用合适的注浆压力，一般采用1.2~1.6MPa的注浆压力，注浆压力过小，浆液扩散不能达到设计范围，不能充分填充空隙；注浆压力过大，可能对衬砌产生破坏。

3）注浆管必须有条理的布设，不能有过分弯折，而且在施工中应尽量保护注浆管，以免注浆造成堵塞。

4）注浆时，应按照一定注浆顺序进行注浆。

3 工程实例

3.1 工程概况

某长大输水隧洞工程总长约85.2km，采用矿山法施工段长度近27km，其中通过六河段为工程的控制性区段。六河段地表为浑江一级支流，常年流水，该段洞室埋深浅（60~70米），地质条件复杂，整个六河施工段大部分处于三条断层破碎带及其影响带，其主要的断层物质为：断层泥、断层角砾岩、碎砾岩、压碎岩、构造透镜体及溶蚀大理岩砂。溶蚀大理岩砂的颗粒呈粉细砂状，土体很致密。由于地下水压较大，衬砌施工缝采用常规防水方法时，造成较大的渗漏，故采用灌浆防水技术。

3.2 施工缝灌浆防水的灌浆材料及灌浆参数

由于本工程起初在灌浆材料上选定进口丙烯酸盐化学灌浆材料和国产水溶性聚氨酯化学灌浆材料两种材料，而且从理论和工程经验上较难比较优劣，故对两种材料都进行灌浆，观察防水效果。灌浆施工时，对两条施工缝分别采用两种材料进行灌浆，灌浆参数见表1。

表1 灌浆材料及参数表

3.3 注浆效果分析

3.3.1 渗漏水量的变化对比

1）A缝在注浆前从预埋注浆管路的6个管口向外流出的水量为600~800 m3/d，注浆后环向施工缝处的渗漏水量基本为零，环向缝的堵水率为100%。

2）B缝在注浆前从预埋注浆管路的6个管口向外流出的水量为800~1000 m3/d，注浆后环向施工缝处的渗漏水量基本为零，环向缝的堵水率为100%。

3.3.2 经济指标对比

1）预埋式接缝防水管路的市场售价为110元/延米（进口产品）、35元/延米（国产产品），注浆材料的价格7.5~30元/延米，使用这种方式防水效果明显好于只使用橡胶止水带的防水效果；

2）橡胶止水带的市场售价为109元/延米，使用这种方式防水效果较差，基本上不能完全止水；

3）橡胶止水带与预埋式接缝防水管路系统结合使用，则增加费用117.5~140元/延米（进口产品）、41.5~75元/延米（国产产品）。这种方法止水效果明显，但成本有所增高。

4 结论

从工程实例的灌浆防水效果和对比分析发现，施工缝的灌浆防水技术可以用于封堵二次衬砌结构施工缝渗漏水，效果明显。虽然成本有所增高，但是其防水效果优良可靠，减少了后期治水费用，提高工程耐久性和可靠度，防止了水资源的流失，经济效益和社会效益显著。适宜在各类隧道及地下工程防水混凝土衬砌裂缝和施工缝的处理中推广应用。

参考文献：

[1] 关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2004，156～159

[2] 周立霞，王昱之，王起才.隧道衬砌施工缝、变形缝防水技术现状.兰州铁道学报，2003，22(4)：101～103

[3] 李伟，杨其新，杨丹. 隧道衬砌施工缝、变形缝防水新方法的研究. 铁道标准设计. 2008（2）

作者简介：李蓉，女，副研究员、高级咨询师，主要从事隧道及地下工程注浆技术及防排水工程的科研、咨询等。