地铁矿山法区间隧道防水技术探讨

摘 要：矿山法区间隧道的防水问题一直是地铁工程设计与施工的难题，本文从设计原则与标准、防水形式、防水措施等方面分析了当前地铁矿山法区间隧道防水设计中存在的问题，探讨了矿山法区间隧道防水效果较差的主要原因，并对该问题的解决提出了建议。 关键词：区间隧道；防水；矿山法；地铁

随着我国城市地铁建设速度的不断加快，矿山法施工技术在地铁区间隧道的建设中得到了广泛应用。该工法开挖断面灵活，占地面积小，可解决盾构法无法施工区间渡线、交叉渡线、折返线、停车线、联络线及区间范围内无法避让地下障碍物等问题，与明挖法相比，可避免城市房屋拆迁、交通改道、市政管线迁改等方面的问题。然而，从目前已完成的地铁区间隧道来看，矿山法施工的隧道结构渗漏水现象较其他两种工法更为严重。

1矿山法区间隧道的防水设计 1.1设计原则与标准

按照 GB 50157—2003《地铁设计规范》的要求，隧道防水设计应采用“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，即：以钢筋混凝土结构自防水为根本，以变形缝、施工缝等接缝防水为重点，加强各种结构断面接口的防水措施。标准要求：区间隧道防水等级为二级，结构不允许出现漏水，结构表面可有少量湿渍，总湿渍面积不大于总防水面积的2/1 000，任意 100 m2防水面积上的湿渍不超过 3 处，单个湿渍的最大面积不大于 0.2 m2；平均渗水量不大于0.05 L/（m2·d），任意 100 m2防水面积上的渗水量不大于 0.15 L（/m2·d）。 1.2防水形式

地铁区间防水有全包与半包两种形式。全包防水是指采用全封闭的防水层将地下水封堵在二衬结构外层；半包防水则是采用“防排结合”的理念对地下水进行限排，从而达到防水的目的。早期修建的矿山法区间隧道出于经济性考虑，采用的是“防排结合”的半包防水形式。然而，由于地铁区间一般建于人口相对稠密的城市和地区，地下水的排放会对城市地下水资源、生态环境及周边环境造成不良影响，且会增加运营期间费用，因此，目前大多采用全包防水。

理论上讲，采用全封闭式的防水板可达到良好的全包防水效果，但在实际施工过程中，防水板易被破坏，从而导致全包防水失效。基于上述原因，部分城市采用了全包式分区防水的设计理念，即：用分舱的方法将整个隧道的防水分成若干个小区，采用外贴式止水带与防水板热风密实焊接进行分区，如图1所示。分区一般设在施工缝的位置，不仅可防水，而且可保护施工缝的防水板，增强施工缝的防水能力。

1.3防水措施

矿山法区间隧道全包式防水措施主要由以下三道防线组成。 1）初期支护+背后填充注浆

初期支护主要由防渗喷射混凝土、钢筋网及钢拱架组成。喷射混凝土防水等级通常要求不低于 P6，内置的钢筋网和钢拱架在与喷射混凝土共同承受围岩压力的同时，能抑制喷射混凝土抗拉区的裂缝发展，增强整体抗渗效果。

初支背后填充注浆一方面能使注浆浆液填充围岩裂隙，提高围岩的抗渗与自承能力；另一方面，能填充喷射混凝土与围岩之间的空隙以弥补初喷工艺的不足。注浆浆液一般采用水泥浆，地下水压力大的地段可采用水泥水玻璃双液浆。 2）全包柔性防水层

初期支护与二次衬砌间设置的柔性防水层，不仅起着防水作用，而且能够改变初期支护与二次衬砌间的传递特性，减少喷射混凝土与二次模注混凝土之间的约束应力，防止二次衬砌产生裂缝。

当前国内矿山法隧道柔性防水层主要采用 PVC（聚氯乙烯）和 EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）两种类型的防水板，通常采用无钉铺设和热熔焊接。为保证防水板在施工过程中不受损伤，需在防水层与初期支护之间铺设一道无纺布缓冲层。 3）二次衬砌结构自防水

二次衬砌结构自防水是整个防水体系的最后一道防线，也是最重要的一道防线。衬砌结构为防水钢筋混凝土。对于结构的特殊部位（如施工缝和变形缝等），主要采用以下两种防水方案：中埋式止水带方案与“止水条+注浆管+止水条”方案，如图 2 和图 3 所示。此外，二次衬砌拱部混凝土会出现灌不满等现象，设计在衬砌背后预埋注浆管，对其背后空洞进行注浆回填。

2 矿山法区间隧道的防水问题分析

理论上讲，上述的三道防线足以将地下水拒于隧道结构之外。然而，从目前已建成的地铁矿山法区间隧道来看，该措施的防水效果并不尽如人意。据观察和统计，矿山法区间隧道渗漏水主要位于施工缝与变形缝处，因结构裂缝引起的渗漏水，则以边墙与拱部交接的起拱线部位居多。 2.1喷射混凝土抗渗性差引起渗漏 喷射混凝土抗渗性差的主要原因有：

1） 喷射工艺落后。尽管当前都在大力提倡先进的湿喷工艺，但是由于进口湿喷机价格高，而国产湿喷机技术不过关，施工速度慢、效果差，加之湿喷机械清洗和故障处理较麻烦，因此，国内大多采用较为落后的干喷机进行喷射混凝土作业，导致喷射混凝土粉尘、回弹量大，水灰比控制难度大，混凝土的密实度和抗渗性难以保证。

2） 喷射混凝土接缝防水薄弱。为了迅速形成具有一定强度的承压支护结构，矿山法隧道通常采用边开挖边喷射的工艺，因此，后期喷射的混凝土与先期喷射的混凝土之间的接缝就成了防水薄弱区。 3） 喷射操作人员的水平参差不齐。与模筑混凝土不同，喷射混凝土的密实度主要靠喷射射流完成，其抗渗性能的好坏很大程度上依赖于操作人员的经验，而操作人员的水平如何直接决定了喷射混凝土密实度的优劣。

4）施工环境差，地下水影响大。众所周知，矿山法与明挖法和盾构法相比，作业环境差，当开挖面有滴水时，水会增大混凝土局部的水灰比，待混凝土凝固之后，多余的水分蒸发之后就会形成渗水通道。 2.2初期支护背后填充注浆问题引起渗漏

出于经济性考虑，施工方往往只在初期支护表面有渗水的地方进行局部注浆，这种方式虽然治理了初期支护最薄弱部位，但没有解决根本问题，地下水仍有可能沿发育的围岩裂隙从初期支护其他薄弱部位渗出，出现“堵这漏那”的现象。 2.3 柔性防水层全包防水效果差

所谓全包防水层，即：要求柔性防水板完整而无一破损。这在实际施工中往往难以实现，其原因在于： 1）由于为全包防水，二次衬砌采用模筑钢筋混凝土，洞内的钢筋绑扎或焊接都有可能刺破或烧穿防水板；另外，洞内光线较暗，防水板破损检测困难，即使发现破损，但由于二衬钢筋已经绑扎或焊接完毕，修补较困难。

2）在断面变化或联络通道处，防水板需进行预留甩茬处理，导致其焊接与保护难度大。先期铺设的防水层由于受隧道开挖和爆破的影响，易被损坏。

3）防水层外侧的无纺布缓冲层容易吸水导流，在防水层外侧形成一道透水通路。在高水头的静水压作用下，只要防水板有一处破损，地下水就会通过破损处渗入到防水板与二次衬砌混凝土之间，使防水板失去整体防水效果。 2.4二次衬砌结构抗渗性差

根据目前的混凝土施工工艺，防水混凝土的配合比及养护均能满足设计要求，但在实际施工过程中，混凝土浇筑及养护却对混凝土的抗渗性能影响很大，其原因在于：

1） 二次衬砌拱墙均采用封闭式液压衬砌台车施工，混凝土进料窗口距其底部有一定的高度，在灌注过程中，受结构钢筋对粗骨料的影响，进料窗口下方混凝土的粗细骨料配合比发生了变化，满足不了混凝土的抗渗要求。

2）二衬混凝土振捣主要采用外部振捣器，这种振捣方式能确保边墙混凝土振捣密实，但对于拱部以上混凝土，密实度很难保证。

3） 受纵向连接钢筋与施工缝中埋式止水带的影响，挡头模板容易跑模，导致模缝较大，水泥浆漏失现象严重，施工缝周边混凝土浇筑不密实。

4）部分隧道受工期影响，二次衬砌结构在没达到设计强度时就已拆模，加之混凝土养护不当，混凝土裂缝远大于设计允许值。 2.5 二次衬砌接缝防水薄弱

与二次衬砌结构相比，结构之间接缝的防水能力极为薄弱，这也是地下水在接缝部位渗出的主要原因。接缝防水效果差的原因有：

1）受衬砌台车挡头模板的影响，中埋式止水带往往与施工缝周边混凝土粘结不密实，地下水易绕过止水带进入结构内侧。

2）中埋式止水带接头处理困难，特别是水平与纵向施工缝垂直交叉部位的十字接缝处。

3）“止水条+注浆管+止水条”的施工缝防水方案，大部分采用成品止水条，由于其硬度大，难以与施工缝表面密贴，在振捣混凝土的冲力下，极易局部脱离施工缝表面而被后浇混凝土包裹。 4）施工缝表面基层未进行凿毛与清理。 2.6二次衬砌背后注浆问题引起渗漏

1） 尽管设计中对二次衬砌背后注浆有明确规定和要求，但现场的封闭台车使得注浆管的预留较为麻烦，很多施工方干脆省去了这一重要的施工环节。

2）有些虽然预留了注浆管，但由于注浆管出浆口保护不当，被已浇筑的混凝土堵塞，导致出现浆液注不进去的现象。

3矿山法区间隧道防水建议

矿山法区间隧道防水问题的解决，应从以下几方面进行改进。

1） 从工艺上解决喷射混凝土的密实度与抗渗性能差的问题，大力推广湿喷工艺。尽管干喷便宜、省事，但与后期隧道防渗堵漏的费用相比，前期紧缩投入并不是最可行的方案，应采取符合技术要求的经济方案。

2）加大初期支护背后的注浆范围，改善围岩的渗透性，尽量减少渗水量，同时注浆要因地制宜，根据地质条件（如围岩裂隙与地下水发育程度等）设定注浆参数和注浆范围。

3） 为防止已铺设的防水板在二次衬砌结构钢筋作业时烧穿或引燃，结构内钢筋连接应首选机械连接；对于仰拱与边墙的钢筋焊接，应在防水板与钢筋之间设置可移动的防火保护板。

4）防水层的铺设要精细，队伍要专业，同时应配备专人进行防水板的检测与检查工作。

5）加强二次衬砌的施工工艺。对于混凝土进料，应采用软管从边墙底部逐渐向上提升的方式进行；对于振捣，应采用插入式和附着式的联合振捣方式，同时在衬砌台车上合理安设附着式振捣器的窗口；对于端头，应设置能承受一定挤压力的挡头模板，并采用结构纵向钢筋作为拉杆加固挡头板，钢筋与模板体连接采用楔形螺杆或锚支结构支顶；此外，混凝土拆模及养护应按照规范要求进行。

6）应从防水材料和防水设计的角度出发，研究并制定适用于矿山法隧道结构接缝防水的新方案，从根本上解决接缝防水的薄弱特性。

7）应重视二次衬砌背后的注浆工艺，注重预留注浆管与注浆口的保护，以防止衬砌背后地下水乱窜，同时为后续结构渗漏水的防治明确治理目标。

参考文献：

[1] 北京城建设计研究总院.GB 50157—2003 地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003. [2] 宋仪. 广州地铁矿山法施工区间隧道防水问题的探讨[J].现代隧道技术，2002（5）：23-26. [3] 黎庆. 全包式分区及预注浆防水技术在区间隧道中的应用[J].中国建筑防水，2004（5）：23-24