1 前言
1.1 工艺工法概况
盾构隧道防水采取以结构（管片）自防水为主，外防水（附加防水）为辅的防水原则。关键是处理好管片的接缝的防水，以及螺栓孔、壁后注浆孔、管片背后注浆等的防水作业。 1.2 工艺原理
盾构隧道防水施工主要是管片砼采用高抗渗高强度等级的混凝土，管片拼装成封闭的圆型隧道，达到自防水效果；首先在管片外侧设置弹性密封垫，构成接缝的主要防水措施；再辅以在盾构千斤顶顶力影响范围外进行，综合考虑隧道稳定性，掘进等作业的影响，在管片衬砌内侧缝隙之间以高模量聚氨酯胶或氯丁胶乳水泥嵌填,以达到辅助防水目的。 2 工艺工法特点
2.1 施工可操作性强，集中作业，适应性强。 2.2 操作简单，安全可靠。 2.3标准化作业、施工周期快。 2.4防水效果好。 3 适用范围
适用于盾构隧道防水施工。 4 主要引用标准
4.1《地下工程防水技术规范》（GB50108）； 4.2《地下防水工程质量验收规范》（GB50208）； 4.3《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）； 4.4《地铁设计规范》（GB50157）；
4.5《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）； 4.6《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008） 4.7《混凝土耐久性设计与施工指南》（CCES01）。 5 施工方法
5.1管片砼采用高抗渗高强度等级的混凝土，管片拼装成封闭的圆型隧道，
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达到自防水效果。
5.2在管片外侧设置弹性密封垫，构成接缝的主要防水措施。采用多孔型三元乙丙弹性橡胶弹性密封垫并在表面采用复合遇水膨胀橡胶，在千斤顶推力和螺栓拧紧力的作用下，管片间的三元乙丙弹性橡胶密封垫的缝隙被压缩，起到防水的作用。
5.3嵌缝作业应在盾构千斤顶顶力影响范围外进行，综合考虑隧道稳定性，掘进等作业的影响，安排在工作面后100米左右范围内进行。隧道嵌缝除变形缝、盾构进出洞以及联络通道两侧各25环做环纵缝整环嵌缝,其余段落嵌缝范围为拱顶45度、拱底90度范围。变形缝、管片衬砌与混凝土衬砌以高模量聚氨酯胶嵌填,其它(除衬砌变形缝外的环纵缝)采用氯丁胶乳水泥嵌填。 6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工艺流程
施工工艺流程图如下。
施工准备 管片清理 止水条和衬垫安装 管片拼装 盾构掘进与管片背后注浆 管片嵌缝 图1 施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1施工准备
1技术准备：图纸、规范、安全技术交底资料； 2物资、材料准备：管片、水泥、止水条、橡胶板等；
3设备、机具准备：盾构机、管模、起吊运输设备、橡皮锤、榔头等； 4人员准备：技术人员、技术工人以及普工等若干。 6.2.2 止水条和衬垫安装
1进行管片质量检查，按照管片类别分类堆放管片；
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2将管片环纵接触面及预留粘贴止水条的沟槽清理干净；
3用刷子在管片环纵接触面、预留粘贴止水条的沟槽及止水条上涂抹粘贴剂；
4涂完粘贴剂后凉置一段时间（一般10－15分钟，随气温、湿度而异），待手指接触不粘时，再将加工好的框形止水条套入密封沟槽内；
5将止水条套入管片预留沟槽中时，统一将止水条的外边缘与管片预留沟槽的外弧边靠紧，套入止水条时先将角部固定好，再向角部两边推压。止水条待凸肋的环边安装在管片背千斤顶侧；
6用木榔头依次敲紧止水条，使止水条在管片上，注意不要敲破止水条，粘贴后的止水条应牢固、平整、严密、位置准确，不得有鼓起、超长与缺口等现象；
7以类似的方法粘贴环纵缝衬垫（环缝为软木衬垫，纵缝为丁腈软木橡胶衬垫），环缝的软木衬垫粘贴在管片背千斤顶侧环面，纵缝的丁腈软木橡胶衬垫粘贴在邻接块（B、C块）和封顶块（F块）的两侧。粘贴衬垫时应注意预留螺栓孔。粘贴好的衬垫不得出现脱胶、翘边、歪斜等现象；
8止水条及软木衬垫粘贴好后，按设计再管片角部粘贴自粘性橡胶薄板，加强角部防水。粘贴时，仅需覆盖一半止水条表面。
掘进方向7335073350210(环缝传力衬垫贴于背千斤顶面）3.0密封垫密封垫3.523.019.07.05.5三元乙丙橡胶210(纵缝传力衬垫）5.53.26.07.0252525嵌缝嵌缝5.512.633.036.06.07.03.525环 缝纵 缝环、纵缝密封垫尺寸构造（单位：mm）4.57.016.03.23503507.07.7 图2 三元乙丙弹性密封垫示意图
图3 管片粘土弹性密封垫 图4 管片粘土弹性密封垫
6.2.3 管片拼装 管片拼装采用错缝拼装。
管片在拼装前仍要进行一次检查，在确认管片种类正确、质量完好无缺和密
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封垫粘结无脱落，管片的吊装孔预埋位置正确，逆止阀、封堵盖完好无损，以及其它主要预埋件和混凝土的握裹牢固，管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓和防水用密封垫等附件准备齐全后，才允许安装。每环管片安装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓，且在该环脱出盾尾后再次拧紧。
对掘进过程中出现的管片裂缝和其它破损，要及时观察记录并提醒盾构机操作手注意，并要选择合适时间对管片进行修补。
1管片安装采取自下而上的原则，由下部开始，先装底部标准块，再对称安装标准块和邻接块，最后安装封顶块，封顶块安装时，先径向搭接2/3，径向推上，然后纵向插入。
拼好的一环管片从盾尾脱出时，受到自重和压力的作用产生变形，当变形量过大，既成环和拼装环高低不平，影响到安装纵向螺栓时，用真圆保持器对管片进行临时整圆。
2管片在安装前先检查管片与盾尾间隙，结合上一环状态，决定本环拼装时的纠偏量及纠偏措施。安装过程中彻底清除盾壳安装部位的垃圾和积水，同时必须注意管片的定位精确，尤其第一环要做到居中安放。
3用管片拼装机将管片吊起，沿吊机梁移动到盾尾位置。安装时千斤顶交替收回，即安装哪段管片收回哪段相对应的千斤顶，其余千斤顶仍顶紧。安装管片时要保持盾构不后退、不变坡、不变向。管片安装把握好管片环面的平整度，环面的超前量以及椭圆度，还有用水平尺将第一块管片与上一环管片精确找平。
第二块管片与上一环管片和第一环管片大致对准后，先纵向压紧环向止水条，再环向压紧纵向止水条，并微调对准螺栓孔。边拼装管片边拧紧纵、环向联接螺栓。
在整环管片脱出盾尾后，再次拧紧全部联接螺栓。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，应对相临已成环的3环范围内的连接螺栓进行全面检查并再次紧固。连接螺栓弹性密封垫圈按数量随管片螺栓配套下井，井下进行管片安装时套装在连接螺栓垫圈下。
4曲线段管片拼装
平面曲线采用左转弯、右转弯衬砌环进行调整，竖曲线及蛇形修正等可采用转弯环管片进行调整。施工中注意标准管片和左右转弯管片的衔接，拼装工艺与
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标准管片相同。
5管片拼装的质量要求
管片拼装允许偏差：高程和平面±50mm；每环相邻管片平整度10mm；纵向相邻环环面平整度10mm；衬砌环直径椭圆度5%。
1)成环环面控制：环面不平整度应小于10mm。相邻环高差控制在10mm以内。 2)安装成环后，在纵向螺栓拧紧前，进行衬砌环椭圆度测量。当椭圆度测量，当椭圆度大于20mm时，应做调整。
管片拼装允许误差见表1。
表1 管片拼装允许误差
项目 相邻环的环面间隙 纵缝相邻块间隙 对应的环向螺栓孔的不同轴度 允许偏差 ≤1.0mm 1mm+2, 1mm-0 ≤1.0mm 备注 内表面测定 其中1mm为衬垫 6.2.4 盾构掘进与姿态控制
由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，甚至造成隧道渗漏水等。因此，盾构施工中采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。
6.2.4.1盾构掘进方向控制
1采用隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。 2采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。
根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态的信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。
在上坡段掘进时，适当增大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时，适当增大盾构机上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，适当增大盾构机右部油缸的推力和速度；在右转弯曲线段掘进时，适当增大盾构机左部油缸的推力和速度；在直线段掘进时，尽量使所有的推力和速度保持一致。
在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力和速度一致，在软硬不均的地层掘
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进时，根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧推进油缸的推力和速度适当减小的原则。
6.2.4.2盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值，在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差，在线路变坡段掘进，有可能产生较大的偏差。因此及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
1采用分区操作盾构机推进油缸调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围。
2在变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。 3在变坡段，必要时可利用盾构机的中盾和尾盾的铰接油缸进行调整盾构机的姿态，纠正偏差。
4由于特殊原因造成盾构偏离设计轴线过大,需要长距离纠偏时,要根据实际情况,制定纠偏方案,逐步进行纠偏,盾构一次纠偏量不宜过大,以减少对地层的扰动。
6.2.5 管片背后注浆
盾构推进后,盾尾空隙在围岩坍落前及时进行注浆,不但可防止地面沉降,而且有利于隧道衬砌的防水,根据地层情况选择合适的浆液、注浆参数、可形成稳定的管片外围防水层，将管片包围起来，形成一个保护圈，有利于隧道防水。壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4处8根(4根A液，4根B液浆管)同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆。在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。
注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。具体注浆浆液选择、注浆参数以及工艺等根据不同的地质条件进行调整。
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6.2.6 嵌缝密封防水 6.2.6.1嵌缝的型式
嵌缝作业应在盾构千斤顶顶力影响范围外进行，综合考虑隧道稳定性，掘进等作业的影响，安排在工作面后100米左右范围内进行。一般设计要求隧道嵌缝除变形缝、盾构进出洞各25环以及联络通道两侧各8～10m处要求作整环嵌缝，其余仅在拱顶45o、拱底90o范围内进行嵌缝。嵌缝材料采用氯丁胶乳水泥砂浆，嵌缝材料与混凝土结合面用界面处理剂进行处理。
图5 嵌缝形式图
6.2.6.2嵌缝施工
1先检查嵌缝槽有无冒水、滴漏、慢渗现象。若管片接缝有渗漏水，先进行注浆堵漏处理。在无明显渗漏基础上，再进行嵌缝施工。
2清理嵌缝内泥污等。
3粘贴牛皮纸防污条，防污条在密封材料刮平后立即揭去。
牛皮纸纸离槽边太远纸伸入槽内正确不正确不正确
图6 牛皮纸防污条粘贴位置示意图
4刷涂底料，如刷涂后24小时没有填密封材料，需再刷一次。 5现场拌合密封材料，每次拌合最多2-3kg，混合时间约为10min。 6用嵌缝枪进行嵌缝处理。
7用密封膏嵌填后，在密封膏未干前，用腻子刀将多余的密封材料刮去，并对有厚薄的部位进行调整，刮平时，顺一个方向刮，不能来回多次抹压，刮刀要倾斜，使刀的背面轻轻在密封膏表面滑动，形成光滑表面。
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8嵌填完毕后养护2-3次，施工现场需清扫时，必须待密封材料表面干燥后进行，以防止污染或碰损。
图7 管片嵌缝防水 图8 管片嵌缝防水
6.2.7 接缝螺栓孔防水
管片螺孔位于接缝面，密封防水也是重要环节。采用遇水膨胀橡胶密封垫圈加强防水。并对螺栓涂刷防锈油漆。施工中应避免螺栓位置偏于一边的现象。由于螺栓垫圈会发生蠕变而松弛，在施工中需要对螺栓进行二次拧紧。
图9 纵环向螺栓孔防水结构图 6.2.8 吊装孔的防水措施 由于管片接缝漏水或土体加固要通过吊装孔进行二次注浆时，要做好二次注浆的收尾工作。等双液浆凝固后将活动端头部分拆除，清理吊装孔内残余物，填入腻子型膨胀止水密封材料，然后用防水砂浆封固孔口，盖上螺旋盖，预防从吊装孔漏水。
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图10 吊装孔防水
7 劳动力组织
人员按照两班配备，见表2。
表2 防水施工所需劳动力
序号 1 2 3 4 作业组 技术组 试验组 主要作业内容 施工、技术指导 各种材料试验 人 数 技术员 技工 普工 3 2 2 2 3 1 10 管片接缝防水组 接缝止水条粘贴 嵌缝密封防水组 嵌缝密封防水施工 20 5 8 主要机具设备
主要机具设备见表3。
表3 主要机具设备配置表
序号 1 2 3 4 5 6 设备名称 汽车吊 龙门吊 管模 木榔头 刷子 嵌缝枪 规格型号 30t ZL40 数量 1台 1台 2套 4把 6把 6台 用 途 协助吊运管片 管片吊运 管片生产 敲击接缝止水条 涂刷胶水 密封膏嵌填 9 质量控制 9.1质量控制标准
防水质量控制标准见表4。
表4 防水质量控制标准
防水 等级
渗漏标准 工程部位 9
A B C 不允许渗漏，结构表面无湿渍 不允许渗漏，结构表面偶见湿渍 有少量漏水点，不得有线流和漏泥砂、实际渗水量＜0.1L/m2.d 管片、始发井 隧道上半部、风井 隧道下半部、联络通道 9.2 易出现的质量问题
9.2.1 管片接缝漏水
在软弱地层和松散砂层中，掉块、塌落、地层下沉，很快就会发生。这些现象产生的偏压，作用在隧道上，使管片接缝张开，是产生漏水的重要原因；拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大；拼装管片时损坏弹性密封垫；管片在运输、拼装中受挤压、碰撞，缺边掉角；三元乙丙橡胶条粘贴不牢，或安装时损坏等也是产生漏水的原因。
9.2.2 螺栓孔部位漏水
螺栓孔部位渗漏主要是由于未加防水垫圈、螺栓未拧紧、防水垫片与管片接触面之间有杂物等原因引起。
9.2.3 注浆孔漏水
注浆孔漏水主要是由于管片上注浆孔兼作吊装孔，所以注浆孔周围的混凝土被剥蚀，形成水通道而漏水。
9.2.4 管片裂缝漏水
管片裂缝漏水的主要原因有：管片在制作时养护不合理，表面出现气孔和龟缩裂缝；盾构掘进过程中，千斤顶推力超过管片的抗压强度，管片出现通缝；盾构掘进过程中，盾构机的姿态控制不好，造成管片裂缝。 9.3 保证措施
9.3.1 坚持设计文件图纸分级会审和技术交底制度。
9.3.2 工程施工中做到每个施工环节都处于受控状态，每个过程都有《质量记录》，施工全过程有可追溯性。
9.3.3 编写施工作业指导书，下发到相关部门及作业班组，并组织全部施工人员进行工序施工前培训，领会交底书、作业指导书内容及相关规范要求，做到工作有依据可查。
9.3.4 技术人员必须在每道工序施工前交底，过程中检查，完成后根据规范验收，并填写检查记录。
9.3.5 技术交底书、作业指导书、施工组织设计文件必须进行复核、审核、
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批准手续才可签发。
9.3.6针对螺栓孔部位漏水主要采取二次拧紧螺栓、更换垫圈等方法进行处理。
9.3.7针对管片接缝漏水采取的主要措施有：一是二次拧紧螺栓后，清理嵌缝基面，用低模量聚氨脂密封膏进行嵌缝防水；二是加强二次注浆；三是密封、嵌缝施工后若还漏水，则在漏水处设置注入槽，注浆密封；四是在渗漏严重处先打一小孔，插入塑料细管引排渗漏水，同时插入另一注浆管压注入环氧树脂材料堵渗水通道。当确认不渗漏水时剪断注浆管，在埋管处用快凝水泥进行封缝。
9.3.8针对注浆孔漏水采取措施：对于注浆孔漏水处查出漏水位置后，先清理基面再进行开孔注浆，注浆方法与管片接缝漏水开孔注浆方法相同。
9.3.9针对管片裂缝漏水采取的方法：埋设注浆管注浆；打孔注环氧树脂，表面开一细缝，环氧树脂等材料粘结；表面处理平整光洁、颜色一致；管片表面刷涂一层水泥基渗透结晶型防水涂料。 10 安全措施
10.1 主要安全风险分析
管片生产和吊装主要使用大型吊装设备，吊装难度较大；接缝防水材料易于燃烧，造成火灾；嵌缝施工存在高处作业，存在高处坠落风险。作业人员施工过程中必须切实做好安全防护工作，进场前必须经专业培训，达到要求后方能进场作业。 10.2 保证措施
10.2.1 对所有进场的作业人员进行安全教育培训，考试合格后方能进场作业。
10.2.2 用于吊装用的吊车、龙门吊以及钢绳等必须是国内大厂的产品，必须带有合格证及检验报告。用于临时吊装的吊篮、工作平台等必须经过安全质量部门验收通过后方可使用。
10.2.3 作业前必须进行安全技术交底，并签字确认。
10.2.4在管片吊运和翻动中以及防水材料粘贴时要做好安全防护，以防止物体打击。
10.2.5吊运及吊装管片时，应由专人对吊装设备进行指挥，要求上下各设
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一人，必要时可采取信号旗、对讲机辅助，确保吊装过程安全。吊装过程中，严禁起重臂下站人。大雨天、雾天、雷电天气严禁高空吊装作业。
10.2.6在施工现场以及防水材料库房禁止吸烟和使用明火，在施工现场以及防水材料库房应配置灭火器材。
10.2.7 嵌缝作业时应搭设作业平台，作业平台经验收合格后方可使用，在高处作业必须系好安全带。 11 环保措施
11.1 防水作业余料禁止焚烧；
11.2 禁止将密封膏、胶水以及混凝土残渣等废料胡乱丢弃，应集中堆放，定期清运至垃圾处理场。 12 应用实例 12.1 工程简介
西安地铁二号线试验段【行～凤】盾构区间为两条分离式地下区间隧道，总长2092m，采用盾构法施工。是我国首次在黄土地区修建的地铁盾构隧道。 12.2 施工情况
试验段区间右线隧道于2007年11月28日始发，在2008年4月9日顺利贯通；左线隧道于2008年5月6日始发， 2008年7月6日顺利贯通，安全、质量均处于受控状态，隧道内无一处渗漏。 12.3 工程结果评价
安全、质量均处于受控状态，防水效果良好。获西安市“安全文明工地”、陕西省“省级文明工地”以及国家“AAA级安全文明标准化诚信工地”称号；获集团公司“优质工程”以及中铁股份公司“优质工程”称号。 12.4 建设效果及施工图片
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图11 管片生产 图12 生产成型管片
图13 管片试拼试验 图14 管片接缝防水粘贴
图15 管片拼装 图16 成型隧道
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