北京城市鐵路雙連拱隧道防排水綜合施工技術

1、目錄第一章 前言3第二章 工程概況3第三章 防排水系統(tǒng)簡介4第1節(jié) 防水系統(tǒng)5第2節(jié) 排水系統(tǒng)6第3節(jié) 變形縫、施工縫的防水6第四章 防排水系統(tǒng)的施工7第1節(jié) 結構基面的處理8第2節(jié) PE閉孔泡沫塑料襯墊的施工10第3節(jié) ECB高分子合成樹脂防水板的施工11第4節(jié) 隧道排水系統(tǒng)的施工12第5節(jié) 變形縫、施工縫防水層的施工12第6節(jié) 二次襯砌防水混凝土的施工14第7節(jié) 二次襯砌背后回填注漿15第五章 有關輔助施工措施16第1節(jié) 二次襯砌混凝土鋼筋的冷擠壓連接17第2節(jié) 防水砂漿19第3節(jié) 其它保護措施19第一章 前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

2、下區(qū)間隧道。該區(qū)間隧道地質情況復雜,地下水位較高,且由于隧道為雙連拱結構型式,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、鋼筋混凝土結構,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、復合式襯砌。施工步序繁多,主要為中洞分部開挖支護施作中洞防水層、中隔墻襯砌左、右側洞分部開挖支護破除中洞初支、施作側洞防水層和二次襯砌,

3、具體如圖1 所示。本工程地層變化復雜,由地表向下依次為人工堆積層、雜填土層、素填土層、粘質粉土層、粉質粘土層、砂質粉土層、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。圖1 隧道施工步序示意根據(jù)本工程的工程地質和水文地質條件,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

4、取管井降水治理。井位布置在隧道及豎井外側2. 03. 0 m處,井間距6. 0 m 左右,以不侵犯工程結構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“以防為主、防排結合、多道防線、剛柔相濟、因地制宜、綜合治理”的原則,設計防水等級為二級,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)設置見圖2 。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)間隧道采用復合式襯砌結構,防水采用三道防線。第一道防線:初期支護加背后注漿。第二道防線:設置1. 2 mm

5、 厚ECB 高分子合成樹脂防水卷材及4 mm 厚PE 閉孔泡沫塑料襯墊做為夾層防水層。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,即摻適量HEO 單一型混凝土外加劑,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,施工工況復雜,防水層的預留搭接較多,結構的施工縫也較多,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)的具體設置為:在拱頂與邊墻交界處、邊墻與仰拱施工縫處、側洞拱頂與中洞拱頂施工縫處設置三道縱向排水盲管;在邊墻上每6 m 設一道

6、環(huán)向排水盲管,與各縱向盲管相連,并將滲水引出漫流至道床上。第3節(jié) 變形縫、施工縫的防水(1) 變形縫本隧道每隔5060 m 設置一道變形縫,縫寬30mm。在結構內部的中部設置埋入式橡膠止水帶,結構內側(背水面) 預留300 mm ×30 mm 的凹槽,待變形縫兩側的混凝土澆注完并養(yǎng)護完畢,在縫內用雙組份聚硫橡膠密封膏嵌縫,在凹槽內固定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。其具體設置詳見圖3 、圖4 。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,就全雙連拱結構而言,縱向施工縫有:天梁兩側各1 條,條形基礎兩側各1 條,左、右側洞

7、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。施工縫采用在結構斷面中部安放20 mm ×30 mm遇水膨脹膩子條的方法進行止水。第四章 防排水系統(tǒng)的施工圖4 隧道邊墻、頂板變形縫防水示意第1節(jié) 結構基面的處理(1) 基面堵漏由于防水板鋪設前不允許結構初期支護內表面有漏水現(xiàn)象,因此,首先根據(jù)結構的不同部位分別進行了堵漏處理。在中洞、側洞拱部沿隧道縱向每5 m 一排、每排3 根布置<42 注漿管,注水泥2水玻璃雙液漿,注漿壓力為0. 61. 2 MPa ,以填充拱部初期支護背后空隙并止水,特別在中洞拱部(天梁) 位置,加大注漿壓力,增加注漿量,從而確保注漿范圍高出側洞拱頂

8、,避免該部位日后形成積水帶。對于邊墻漏水部位進行重點注漿止水處理。對于基底出水部位根據(jù)出水量大小分別采用注漿止水或暫時引排的方法,以確?；娓稍?。(2) 基面找平檢查基面上有無鋼筋、鐵絲和鋼管等尖銳突出物,若有則從根部予以割除,并在割除部位用水泥砂漿抹成圓曲面。在中洞中線至左、右側洞中線外300 mm 的拱部范圍內,施作剛性防水兼找平層,主要施工工序為:涂刷一道界面劑抹EVA 防水砂漿1015 mm搓毛抹EVA 聚合物灰漿2 mm 二道抹平、壓密、壓實灑水養(yǎng)護。界面劑配合比為:普硅水泥EVA水FS2P 防水劑= 10. 130.370. 08 ;EVA 防水砂漿配合比為:普硅水泥EVA水FS2

9、P 防水劑中砂= 10.120. 50. 08 ;EVA 聚合物灰漿配合比為:普硅水泥EVA水= 10. 130. 37 。對于結構邊墻根據(jù)不同情況分別處理,在滲水明顯部位(如穿越護城河地段和斜穿蓋板河地段)同上第條所述施作剛性防水,在一般地段則局部采用12. 5 的水泥砂漿找平即可。對于隧道底板基面,在有明顯凸凹起伏處采用12. 5 的水泥砂漿找平。隧道斷面變化或轉彎時的陰陽角須采用水泥砂漿抹成R > 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 mm 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

10、面上,固定點之間呈梅花形布設,固定點之間的間距為:拱部500800 mm;邊墻8001 000 mm;底部1 5002 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,不能拉得過緊,以免影響防水卷材的鋪設,并在搭接部位預留不少于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。焊接應平順、無波紋、顏色均勻、無焊焦、燒糊或夾層。進行充氣檢查時

11、,充氣壓力為0. 120. 15MPa ,穩(wěn)定時間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 ,以確保焊接質量和焊機通過順利。鋪設防水板前先在拱頂?shù)囊r墊上標出隧道縱向中心線,卷材由拱頂開始向兩側下垂鋪設,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凈。分段鋪設的卷材邊緣部位預留至少500 mm 的搭接余量。防水板采用無釘孔鋪設固定,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

12、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角部位密貼,以免影響灌注混凝土的厚度或將卷材拉破。固定點呈梅花形布設,間距為:拱頂500800 mm;邊墻8001 000 mm ;底板1 5002 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。排水盲管設在夾層防水卷材上,用盲管生產廠家提供的特制鐵件固定,并采用8 # 鐵線將鐵件與結構鋼筋牢固捆扎。由于盲管為預埋,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

13、的施工(1) 變形縫變形縫是由于考慮結構不均勻受力和混凝土結構脹縮而設置的允許變形的結構縫隙,它是防水處理的難點,也是結構自防水中的關鍵環(huán)節(jié)。本區(qū)間共設置變形縫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,澆筑混凝土,同時另一端應用廂型木板保護,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劑并固定填縫用的聚苯板。把另一端的止水帶端頭固定在

14、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,接頭處選在結構應力較小的部位。(2) 施工縫在施工過程中,水平施工縫與環(huán)向施工縫是結構自防水的薄弱環(huán)節(jié),處理的好壞將會直接影響結構的防水質量,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 ×30 mm) 進行止水。由于止水條釘設過緊容易折斷,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適當厚度及寬度的木條,混凝土灌注后拆模時將木條一

15、起取出,即形成一道凹槽,并配合加密了射釘?shù)尼斣O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

16、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構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,插入點間距小于震搗半徑的1. 5 倍,前后兩次震搗棒的作用范圍應相互重疊,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

17、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,對結構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,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構和腐蝕鋼筋,因此,在二次襯砌結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 即預埋一組注漿管,每組兩根,注漿管垂直于結構表面設置

18、,一根指向側洞拱頂,另一根指向中洞拱頂。根據(jù)結構滲漏水情況,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11.5 ,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。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 有關輔助施工措施由于本工程結構型式復雜、技術難度大、防水要求高,因此我單位多次邀請設計單位和有

19、關專家進行專題探討,還選派技術人員去兄弟單位學習取經(jīng),并在施工過程中不斷總結發(fā)揚,從而在防水板的質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,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,導致洞內空氣污濁、環(huán)境惡劣,而且違背了淺埋暗挖法“快封閉”的施

20、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,該項新技術當時未獲成功。但是,我們也意識到在襯砌施工中,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,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

21、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構主筋( <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 min ,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備,不會產生任何空氣

22、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備重量約為80 斤,在洞內移動使用不便,后來我們利用防水板施工臺架增設了一個鋼管軌道,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構鋼筋連接方面使用,但由于鋼筋加工和安裝工藝落后,經(jīng)

23、常會發(fā)生鋼筋或長或短而導致無法連接的現(xiàn)象,后來通過鋼筋加工安裝質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,導致粘結時效性差,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構鋼筋的洞內運輸和安裝過程中,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

24、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,在鋼筋安裝前,還在防水板上縱向固定若干根5 cm ×5 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