CN103306689A - 高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构及其构建方法。高压富水地层条件下盾构法隧道接缝的渗漏水现象比较普遍，对隧道的长期耐久性非常不利，给列车运营带来安全隐患。本发明在衬砌结构的接缝表面自上而下设置四组凹槽：第一组凹槽处设置海绵橡胶材质的挡泥沙条；第二组凹槽处设置三元乙丙橡胶材质的粘接条，粘接条表面粘贴遇水膨胀的聚醚聚氨酯膨胀条；第三组凹槽处设置遇水膨胀的聚醚聚氨酯膨胀条；底部第四组凹槽内嵌填封口密封胶；第三、四组凹槽之间粘贴传力衬垫。本发明设置的多道防水措施能共同作用，有效阻断隧道接缝内外水分的直接联系，实现接缝处的防水密封要求，控制隧道渗漏及其引起的长期变形，延长隧道使用寿命。

Description

高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构及其构建方法

技术领域

    本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构及其构建方法。

背景技术

对于目前国内各大城市的轨道交通工程，盾构法隧道所占的比例越来越大，而盾构法隧道衬砌接缝的防水效果一直是影响工程整体质量的关键因素之一。衬砌接缝的防水效果一方面取决于衬砌的整体拼装质量，另一方面则取决于接缝自身的构造与防水材料的性能。高压富水地层中盾构法隧道衬砌接缝的渗漏现象比较普遍，一方面对列车的正常运营造成了潜在的安全隐患，另一方面也加速了隧道整体质量的下降，难以符合百年工程的设计要求。目前，盾构法隧道衬砌接缝的防水效果主要依靠接缝处密封凹槽内三元乙丙橡胶的弹性抗力来实现，而在隧道衬砌整体拼装质量无法得到切实保障的前提下，衬砌接缝处相邻管片容易出现错台或踏步，导致相邻衬砌结构接缝处本应对齐的密封凹槽与三元乙丙橡胶出现错动，影响衬砌接缝的防水效果，引起隧道的渗漏与长期沉降变形，对周边环境而言，这是一个长期的不稳定因素。对于衬砌接缝下部的嵌缝处理，一般情况下只在隧道拱底左右45°范围内施作，主要是因为在隧道拱顶附近的嵌缝材料容易脱落，实践经验表明，这会对后期列车的正常运营造成潜在的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构及其构建方法，有效阻断隧道接缝内外水分的直接联系，实现接缝处的防水密封要求。

本发明所采用的技术方案是：

高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，在相邻两衬砌结构之间形成衬砌接缝，其特征在于：

衬砌结构的接缝表面自上而下设置有四组凹槽：第一组凹槽处设置有挡泥沙条；第二组凹槽处设置有粘接条和粘接条表面的加贴膨胀条；第三组凹槽处设置有防渗膨胀条；第四组凹槽位于衬砌接缝最底部，设置有封口密封胶。

所述第三组凹槽和第四组凹槽之间的衬砌结构表面粘贴有传力衬垫。

所述挡泥沙条为海绵橡胶条。

所述粘接条为三元乙丙橡胶条。

所述粘接条表面的加贴膨胀条和防渗膨胀条为聚醚聚氨酯遇水膨胀条。

所述传力衬垫为丁腈软木橡胶衬垫。

所述封口密封胶为双组份聚氨酯密封胶。

高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构的构建方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：预制衬砌结构，在接缝表面处自上而下预制四层凹槽；

步骤二：用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将将海绵橡胶材质的挡泥沙条粘贴于衬砌接缝第一层凹槽内；

步骤三：在三元乙丙橡胶材质的粘接条表面粘贴聚醚聚氨酯遇水膨胀材料的加贴膨胀条，然后用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将粘接条粘贴在衬砌接缝第二层凹槽内；

步骤四：用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将聚醚聚氨酯遇水膨胀材料的防渗膨胀条粘贴在衬砌接缝第三层凹槽内；

步骤五：将丁腈软木橡胶材质的传力衬垫粘贴在衬砌接缝第三层凹槽和第四层凹槽之间；

步骤五：在盾构千斤顶顶推力作用下，接缝两侧衬砌结构逐步接近，最终衬砌接缝趋于闭合，挡泥沙条、粘接条与在其表面的粘贴的加贴膨胀条、以及防渗膨胀条在千斤顶挤压力作用下，被压缩并呈密贴状；

步骤六：在隧道贯通衬砌变形相对稳定时，在衬砌接缝底部第四层凹槽内嵌填双组份聚氨酯密封胶材质的封口密封胶。

    本发明具有以下优点：

本发明在盾构法隧道衬砌接缝处从上到下共设置了4道防水装置，涉及的防水材料均为常规材料，防水材料的尺寸均为常规类型，便于加工制造；密封凹槽处设置的三元乙丙橡胶及其表面粘贴的聚醚聚氨酯遇水膨胀条的共同作用，能够有效阻挡较大压力地下水的渗透，而在密封凹槽下部设置的聚醚聚氨酯遇水膨胀条，能够有效切断少量渗透通过三元乙丙橡胶的地下水，进一步向隧道内侧的扩散，能有效降低隧道内部渗漏的风险，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为衬砌接缝构造型式，以及接缝闭合前，衬砌接缝范围内各道防水装置的相对位置关系示意图。

图2为接缝闭合后，衬砌接缝范围内各道防水装置的相对位置关系示意图。

图中，1-衬砌结构，2-衬砌接缝，3-挡泥沙条，4-粘接条，5-加贴膨胀条，6-防渗膨胀条，7-传力衬垫，8-封口密封胶。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

要从理论上找出能有效阻止衬砌接缝渗漏的接缝构造型式或密封材料，在现有的技术水平与施工条件下，仍有相当大的难度，因为实际工程中接缝处相邻管片的错台或踏步在一定程度上是不可避免的，目前的盾构法隧道衬砌接缝防水理念，仍需按照“多道防线”的基本原则进行设计与施工，“多道防线”主要包含海绵橡胶条对接缝外侧泥沙的阻挡作用、三元乙丙橡胶被压缩后的弹性抗力、聚醚聚氨酯遇水膨胀条的膨胀力、以及接缝内侧嵌缝槽内嵌填的双组份聚氨酯密封胶的密封作用。其中，接缝上部海绵橡胶条对接缝外侧泥沙的阻挡作用，能够避免在管片错台或踏步情况下，泥沙进入密封凹槽区域而影响三元乙丙橡胶的密封功能，能够较好地协助三元乙丙橡胶被压缩后，充分发挥其弹性抗力；在三元乙丙橡胶表面粘贴的聚醚聚氨酯加贴膨胀条，能在地下水进入密封凹槽范围时，有效发挥其膨胀压力，并在一定程度上增加三元乙丙橡胶的弹性抗力；随着时间的推移与三元乙丙橡胶弹性抗力的减弱，可能有局部渗漏水通过密封凹槽区域流向隧道接缝内侧，此时粘贴在密封凹槽下部的聚醚聚氨酯防渗膨胀条就能充分发挥其遇水膨胀的特点，有效阻断局部渗漏水向接缝内侧的渗流路径；另外，对于接缝下部的嵌缝凹槽与嵌缝材料，在充分考虑列车运营期间衬砌接缝最大张开量的基础上，对嵌缝凹槽的形状进行针对性设计，能在一定程度上协助嵌缝材料实现其不流坠的抗下垂性，并对嵌缝材料的类型进行论证与比选后，选择能与潮湿混凝土良好结合，且具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、抗老化性的双组份聚氨酯密封胶。

在高压富水高渗透性地层条件下，在接缝上部设置的海绵橡胶条充分发挥其泥沙阻挡作用的前提下，密封凹槽处设置的三元乙丙橡胶及其表面粘贴的聚醚聚氨酯遇水膨胀条的共同作用，能够将一定压力（1.0MPa）的地下水有效地阻挡在密封凹槽上部区域，局部渗透通过密封凹槽区域的地下水，其渗流路径也将被设置于密封凹槽下部的聚醚聚氨酯遇水膨胀条阻断，嵌缝凹槽内嵌填的双组份聚氨酯密封胶，能够有效阻断隧道接缝内外侧水分的直接联系。四道密封防水措施的共同作用，能够将隧道渗漏水的风险降低到最低程度。

本发明所涉及的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，在相邻两衬砌结构1之间形成衬砌接缝2，衬砌结构1的接缝表面自上而下设置有四组凹槽，设置有4道防水结构：第一组凹槽处设置有挡泥沙条3，能起到防止隧道周边地层泥沙浸入衬砌接缝2的作用，并能较好地保护下方粘接条4的弹性密封作用；第二组凹槽处设置有粘接条4，粘接条4表面粘贴有加贴膨胀条5，粘接条4和加贴膨胀条5的共同作用，能够有效阻挡较大压力地下水的渗透；第三组凹槽处设置有防渗膨胀条6，能够有效切断少量渗透通过粘接条4的地下水，进一步向隧道接缝内侧的扩散，能有效降低隧道内部渗漏的风险；第四组凹槽位于衬砌接缝2最底部，凹槽内设置有封口密封胶8。第三组凹槽和第四组凹槽之间的衬砌结构1表面粘贴有传力衬垫7，起到缓冲作用。

其中，挡泥沙条3为海绵橡胶条；粘接条4为三元乙丙橡胶条，为网格状，利于接缝闭合后橡胶条的压缩挤密，如不是网格状空心的，那么将会影响接缝的闭合与防水效果；三元乙丙橡胶条表面的加贴膨胀条5和防渗膨胀条6为聚醚聚氨酯遇水膨胀条；传力衬垫7为丁腈软木橡胶衬垫；封口密封胶8为双组份聚氨酯密封胶。

高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构的构建方法，由以下步骤实现：

步骤一：按照衬砌接缝2型式进行衬砌结构1的预制，在接缝表面处自上而下预制四层凹槽；将衬砌结构1运抵施工现场并按要求存放，衬砌结构的制作、运输、与堆放必须满足相关规范的要求，尤其是管片表面的平整度与清洁度必须满足粘贴密封材料的要求；

步骤二：按照衬砌接缝2型式与衬砌接缝2外侧泥沙的阻挡要求进行海绵橡胶挡泥沙条3的预制，并将挡泥沙条3粘贴于衬砌接缝2上部相应位置，挡泥沙条3的尺寸与形状必须与衬砌接缝2的构造型式对应，起到防止隧道周边地层泥沙浸入衬砌接缝2的作用，能较好地保护三元乙丙橡胶粘接条4的弹性密封作用；

步骤三：按照衬砌接缝2处密封凹槽型式，进行粘接条4及其表面加贴的聚醚聚氨酯遇水膨胀条5的预制，并将加贴膨胀条5按要求粘贴于粘接条4表面，然后将粘接条4采用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂粘贴在预留的密封凹槽内，粘贴面应保持干燥、干净、坚实、平整，粘贴时用刷子将氯丁—酚醛胶均匀涂刷在两个粘贴面上，第一遍涂刷后待表面初干，再涂刷第二遍，约15min左右使溶剂挥发至用手轻触胶膜稍粘而不沾手时，将两个粘贴面合在一起压实即可，同时，还需考虑到衬砌接缝2两侧衬砌结构1在上下错位情况下，利用粘接条4的弹性密封压力与加贴膨胀条5的膨胀压力一起抵抗衬砌接缝2外侧地下水渗入的要求。

步骤四：按照衬砌接缝2型式，进行密封凹槽下部聚醚聚氨酯遇水膨胀的防渗膨胀条6的制造，然后采用单组份阻燃型氯丁-酚醛胶粘剂粘贴在预留位置处，当密封凹槽内粘接条4的弹性密封功能失效时，防渗膨胀条6应具有利用自身膨胀压力，阻止地下水向接缝内侧继续渗入的能力；

步骤五：用丁腈软木橡胶传力衬垫7作为缓冲垫片，将其粘贴在衬砌接缝2相应位置处，分散千斤顶的顶进压力，考虑到盾尾后方隧道上浮趋势的影响，传力衬垫7不必全断面粘结，粘贴面积为接缝面积的1/3～1/2即可，但要求两端部必须粘贴；

步骤六：在盾构千斤顶顶推力作用下，接缝两侧衬砌结构1逐步接近，最终衬砌接缝2趋于闭合，挡泥沙条3、粘接条4及其表面加贴膨胀条5、以及密封凹槽下部的防渗膨胀条6在千斤顶挤压力作用下，被最大程度地压缩、闭合，当盾构千斤顶顶进压力的影响逐步消退后，衬砌接缝2有敞开的趋势，此时应采取措施确保接缝的闭合程度满足接缝防水要求；

步骤七：在隧道贯通衬砌变形相对稳定时，在衬砌接缝2下部嵌缝槽内嵌填双组份聚氨酯密封胶形成封口密封胶8，并进行整环嵌缝，嵌缝材料要求具有良好的不透水性、粘结性、耐久性、抗老化性，要能与潮湿的混凝土良好结合，并且具有不流坠的抗下垂性，在槽内嵌缝密实。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (8)

1.高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，在相邻两衬砌结构（1）之间形成衬砌接缝（2），其特征在于：

衬砌结构（1）的接缝表面自上而下设置有四组凹槽：第一组凹槽处设置有挡泥沙条（3）；第二组凹槽处设置有粘接条（4）和粘接条（4）表面的加贴膨胀条（5）；第三组凹槽处设置有防渗膨胀条（6）；第四组凹槽位于衬砌接缝（2）最底部，设置有封口密封胶（8）。

2.根据权利要求1所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述第三组凹槽和第四组凹槽之间的衬砌结构（1）表面粘贴有传力衬垫（7）。

3.根据权利要求1或2所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述挡泥沙条（3）为海绵橡胶条。

4.根据权利要求3所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述粘接条（4）为三元乙丙橡胶条。

5.根据权利要求4所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述粘接条（4）表面的加贴膨胀条（5）和防渗膨胀条（6）为聚醚聚氨酯遇水膨胀条。

6.根据权利要求5所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述传力衬垫（7）为丁腈软木橡胶衬垫。

7.根据权利要求6所述的高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构，其特征在于：

所述封口密封胶（8）为双组份聚氨酯密封胶。

8.高压富水地层盾构法隧道衬砌接缝防水结构的构建方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：预制衬砌结构（1），在接缝表面处自上而下预制四层凹槽；

步骤二：用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将将海绵橡胶材质的挡泥沙条（3）粘贴于衬砌接缝（2）第一层凹槽内；

步骤三：在三元乙丙橡胶材质的粘接条（4）表面粘贴聚醚聚氨酯遇水膨胀材料的加贴膨胀条（5），然后用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将粘接条（4）粘贴在衬砌接缝（2）第二层凹槽内；

步骤四：用单组份阻燃型氯丁—酚醛胶粘剂将聚醚聚氨酯遇水膨胀材料的防渗膨胀条（6）粘贴在衬砌接缝（2）第三层凹槽内；

步骤五：将丁腈软木橡胶材质的传力衬垫（7）粘贴在衬砌接缝（2）第三层凹槽和第四层凹槽之间；

步骤五：在盾构千斤顶顶推力作用下，接缝两侧衬砌结构（1）逐步接近，最终衬砌接缝（2）趋于闭合，挡泥沙条（3）、粘接条（4）与在其表面的粘贴的加贴膨胀条（5）、以及防渗膨胀条（6）在千斤顶挤压力作用下，被压缩并呈密贴状；

步骤六：在隧道贯通衬砌变形相对稳定时，在衬砌接缝（2）底部第四层凹槽内嵌填双组份聚氨酯密封胶材质的封口密封胶（8）。

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