上海軌道交通9號線盾構(gòu)區(qū)間隧道搶險修復(fù)工程介紹摘要: 介紹了上海軌道交通 9 號線盾構(gòu)區(qū)間隧道出現(xiàn)的較大滲漏水險情, 闡述了搶險經(jīng)過與詳細(xì)的修復(fù)方案, 以期為今后盾構(gòu)隧道出現(xiàn)類似情況時制定方案提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞: 區(qū)間隧道; 襯砌; 管片; 注漿; 密封膠; 圓環(huán)鋼板1 工程概況 上海軌道交通 9 號線一期工程起自松江新城, 經(jīng)大學(xué)城、佘山國家級旅游度假區(qū)、泗涇、九亭、七寶、大上海國際花園至宜山路, 終點(diǎn)凱旋路口為宜山路站,是一條市域快速軌道交通線。整條線路全長約 31km, 設(shè)車站 12 座, 其中地下車站為 7 座。 外環(huán)路站—合川路站為穿越徐匯區(qū)的地下盾構(gòu)區(qū)間隧道, 單線全長約 1689.6 m。襯砌環(huán)由六塊管片組成, 襯砌外徑為 6.2 m, 內(nèi)徑為 5.5 m, 管片環(huán)寬為1.2 m。另根據(jù)通風(fēng)要求, 隧道線路中間設(shè)風(fēng)井一座,風(fēng)井為地上一層、地下五層的混凝土結(jié)構(gòu), 基坑深度達(dá) 32 m 左右, 風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻。盾構(gòu)穿越風(fēng)井時采用襯砌拼裝過井的方法完成進(jìn)洞與出洞環(huán)節(jié)。據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示, 隧道與風(fēng)井相接的洞圈埋深位置已相當(dāng)接近粉砂層。2 發(fā)生險情與搶險經(jīng)過 在盾構(gòu)即將到達(dá)終點(diǎn)車站時, 施工單位開始拆除上行線中間風(fēng)井進(jìn)洞處的進(jìn)洞防水裝置(該區(qū)域已完成壁后注漿近兩個月), 此時襯砌與洞圈之間出現(xiàn)滲漏水, 雖然施工單位及時采取了堵漏措施, 但未能完全堵住漏點(diǎn), 且在短時間內(nèi)形成了較大的滲水與流砂, 造成上行線進(jìn)洞處約 20 環(huán)襯砌的變形、不均勻沉降, 襯砌環(huán)縱縫的滲漏水, 拱底塊接縫較大的涌砂及管片的破損等險情, 并進(jìn)一步牽連到了下行線進(jìn)洞處20 環(huán)襯砌的受損。 通過調(diào)查與分析, 各單位一致認(rèn)為承壓水狀態(tài)下隧道進(jìn)洞加固體與風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間、隧道進(jìn)洞加固體與隧道襯砌之間存在滲水通道(此滲水通道已與粉砂層串通), 水和流砂在高壓水頭的作用下, 從滲水通道涌出, 遂在短時間內(nèi)形成了較大的險情。鑒于事態(tài)的急迫性, 由地鐵建設(shè)公司牽頭, 迅速組成了由業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工單位共同參與的搶險小組, 采取了在隧道內(nèi)壓置水泥袋或黃砂袋(起到阻止拱底塊接縫處流砂涌入隧道的作用)、地面與隧道內(nèi)壓注雙液漿和聚氨酯漿液、隧道內(nèi)設(shè)置支撐(結(jié)合地面沉降監(jiān)測)等措施, 使險情得到了控制。根據(jù)估算, 地面與隧道內(nèi)總注漿量與險情發(fā)生造成的流砂流失量十分接近, 流失量與注漿量基本保持了平衡。同時, 沿隧道周邊增設(shè)12 口降水井, 逐步開啟抽水, 水位維持在絕對標(biāo)高-28 m 左右, 以便為中間風(fēng)井和隧道的堵漏工作提供有利的作業(yè)環(huán)境。通過上述搶險措施, 風(fēng)井內(nèi)與隧道內(nèi)未再發(fā)現(xiàn)新的滲漏點(diǎn)。3 襯砌的修復(fù) 在搶險工作結(jié)束后, 設(shè)計(jì)單位針對目前的隧道工況, 專門提出了隧道的整體修復(fù)方案。3.1 修復(fù)原則 在襯砌堵漏與管片結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)工作完成后, 隧道應(yīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的防水等級與耐久性要求。具體修復(fù)原則為: 以襯砌壁后注漿為前提, 將襯砌接縫與管片裂縫滲水堵漏、管片裂縫補(bǔ)強(qiáng)相結(jié)合。通過壓注不同的漿液堵漏補(bǔ)強(qiáng)、采用環(huán)氧砂漿( 或快速修補(bǔ)砂漿)修補(bǔ)破碎管片以及采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)層和鋼圈來改善襯砌的受力狀態(tài)。3.2 具體堵漏措施 雖然在搶險過程中, 施工單位已對隧道周圍的地層壓注了大量充填材料, 但考慮到此處的地質(zhì)條件以及為保證后續(xù)堵漏、修復(fù)措施的質(zhì)量, 必須在充分灌注超細(xì)水泥漿于隧道周圍空穴的基礎(chǔ)上, 再對碎裂、滲漏的管片做防水堵漏處理, 且注漿時不允許在已受損的管片上鉆眼打孔, 以免更加降低破損管片的整體強(qiáng)度。 另外, 在修復(fù)堵漏工作開始前, 應(yīng)將搶險期間設(shè)置的 12 口降水井全部關(guān)閉, 以避免注漿液流入降水井, 造成降水井的堵塞。具體措施包括以下幾個方面: 1)首先應(yīng)通過管片注漿孔以低壓、慢漿向襯砌外壓注丙烯酸鹽漿液, 力求沿管片壁后形成凝膠防水帷幕。通過管片注漿孔壓漿前, 應(yīng)設(shè)置防噴裝置以確保安全(見圖 1 所示)。
選擇丙烯酸鹽漿液作為壁后防水帷幕的材料主要有以下原因: ①低粘度、穿透性好、防滲性能佳; ②漿液凝膠時間可以控制、調(diào)整; ③可與流砂形成固結(jié)體, 達(dá)到良好的固砂效果; ④相對于類似注漿液如丙烯酰胺等具有低毒、環(huán)保的特性。 具體注漿要求如下: ①注漿范圍: 上、下行線與中間風(fēng)井相接的進(jìn)洞處各 20 環(huán)范圍。②注漿順序: 先底部、后兩側(cè), 逐漸向上。③注漿控制標(biāo)準(zhǔn): a.襯砌收斂變形達(dá) 2 mm 或軸線偏差達(dá) 10 mm; b.注漿總量相當(dāng)于在襯砌外圍達(dá)到 15 mm 厚的凝膠體 ( 均值); c.注漿壓力達(dá)到 0.4 MPa。上述標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到任何一條即認(rèn)為達(dá)到注漿終止要求。 2)壁后注漿結(jié)束后, 應(yīng)對仍有滲漏的襯砌環(huán)、縱縫, 在嵌縫槽處埋設(shè)注漿管, 壓注丙烯酸鹽漿液。 ①對無滲漏的嵌縫槽應(yīng)采用嵌填水膨脹密封膠(擠出型)加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理, 處理范圍為上、下行線與中間風(fēng)井相接的進(jìn)洞處各 20 環(huán)。若襯砌接縫存在錯縫, 嵌填密封的密封膠厚度可做相應(yīng)變化, 但高模量密封膠的厚度應(yīng)≥10 mm。此舉的目的在于防止地下水因襯砌內(nèi)側(cè)進(jìn)行局部注漿時, 從原先無漏點(diǎn)的接縫中產(chǎn)生滲水。 ②漏點(diǎn)的封縫材料應(yīng)采用超早強(qiáng)、快硬水泥, 快硬水泥抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到 14 MPa(4 h 之內(nèi)), 封縫范圍以半環(huán)為宜, 注漿壓力控制在 0.05￣0.3 MPa。 3)在干燥或基面僅有濕漬條件下, 對管片內(nèi)表面裂縫做騎縫壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液的補(bǔ)強(qiáng)堵漏處理, 具體注漿方法為采用粘貼式注漿嘴粘合于縫上或鑿小槽封埋于騎縫位置, 為了對準(zhǔn)縫隙可用針插入縫隙 ( 也稱針眼法注漿)。注漿孔間距為 200￣250mm, 注漿壓力控制在 0.1￣0.5 MPa, 注漿前先采用環(huán)氧膠泥( 或?qū)Ｓ妹芊饽z) 刮涂密封裂縫, 環(huán)氧膠泥( 或?qū)Ｓ妹芊饽z)應(yīng)為可粘合于潮濕基面的材料。上述補(bǔ)強(qiáng)堵漏措施同時為后續(xù)的碳纖維加固工作提供了必要的前提條件。 4)鑒于中間風(fēng)井與隧道上、下行線各接頭處存在風(fēng)險, 且接頭處的襯砌負(fù)環(huán)與正環(huán)間的環(huán)縫以及負(fù)環(huán)縱縫之間無彈性橡膠密封墊防水, 因此需做相應(yīng)的處理: ①中間風(fēng)井與隧道接頭處所設(shè)置的進(jìn)出洞防水裝置予以保留, 洞圈現(xiàn)澆混凝土將防水裝置包裹于其中, 以增加接頭處的防水安全性。 ②采用嵌填水膨脹密封膠( 擠出型) 加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理(嵌縫范圍為負(fù)環(huán)與正環(huán)間環(huán)縫以及負(fù)環(huán)的縱縫)。 ③保留一個襯砌拱底塊縱向手孔(進(jìn)漿處)、一個襯砌拱頂塊縱向手孔(排氣出漿處)外, 其余負(fù)環(huán)手孔均做封堵, 封堵材料為硫鋁酸鹽超早強(qiáng) (微膨脹)水泥。 ④對拱底塊未封堵手孔向負(fù)環(huán)與正環(huán)間環(huán)縫壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液, 以充填整條環(huán)縫間隙, 注漿壓力控制在≤0.3 MPa(見圖 2 所示)。 整個隧道堵漏修復(fù)過程中, 注漿壓力千萬不能過大, 以免造成管片本體產(chǎn)生新的裂縫, 破壞管片強(qiáng)度。親水性低粘度環(huán)氧漿液因牽涉到材料的強(qiáng)度問題, 選用時應(yīng)慎重。我國即將出臺環(huán)氧漿液的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 這為廣大工程技術(shù)人員選用此材料提供了依據(jù)。本工程所列出的環(huán)氧漿液性能指標(biāo)要求就是在將要出臺的環(huán)氧漿液行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)討論稿的基礎(chǔ)上, 結(jié)合本工程實(shí)際工況提出的(見表 1 所示)。3.3 管片碎裂修補(bǔ)措施 在襯砌接縫和管片裂縫堵漏處理無滲漏的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行管片碎裂修補(bǔ)。 1)對于管片表面缺損、松動、起殼部分, 應(yīng)首先鑿除松動、起殼混凝土, 將基面清洗干凈。 2)在基面上涂布界面處理劑, 采用快速修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)管片。根據(jù)工程的實(shí)際情況, 此類砂漿應(yīng)具備兩項(xiàng)必需的指標(biāo), 即在短時間內(nèi)就能達(dá)到較高的強(qiáng)度、砂漿達(dá)到的最終強(qiáng)度應(yīng)與混凝土管片的強(qiáng)度相差無幾(見表 2 所示)。 3)管片修補(bǔ)完畢后, 在修補(bǔ)面鋪設(shè)碳纖維布做加固處理, 以提高管片修復(fù)處的整體強(qiáng)度。加固粘貼的碳纖維布層數(shù)按照足夠的安全系數(shù)考慮, 粘貼 3 層。碳纖維布應(yīng)符合如下性能指標(biāo)要求(見表 3 所示)。3.4 鋼圈布置措施 在襯砌注漿堵漏、管片碎裂修補(bǔ)工作結(jié)束后, 考慮到隧道的整體耐久性要求, 設(shè)計(jì)人員針對上、下行線進(jìn)洞處約 20 環(huán)襯砌內(nèi)局部破損嚴(yán)重處以及襯砌負(fù)環(huán)與正環(huán)間的接頭薄弱處, 提出了增設(shè)圓環(huán)鋼板的方案(見圖 2 所示)。 設(shè)置的圓環(huán)鋼板既要達(dá)到增加襯砌整體性、可靠性的目的, 又要盡量減輕鋼板的重量, 以利于安裝使用。因此我們選擇了厚度為 20 mm 的鋼板, 采用化學(xué)錨栓環(huán)向固定于襯砌內(nèi)表面的方式; 鋼環(huán)通過現(xiàn)場測量放樣后加工, 以保證它與襯砌內(nèi)壁的貼合。 為使鋼圈與襯砌之間形成一個整體結(jié)構(gòu), 故在兩者之間壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液。每個鋼圈兩端在壓漿前應(yīng)先用專用密封膠作封堵密閉處理, 鋼圈頂部及底部應(yīng)預(yù)設(shè)壓注環(huán)氧樹脂的進(jìn)漿孔、出漿孔( 包括觀察孔、備用注入孔)。 鋼圈暴露面涂布環(huán)氧富鋅底漆(20 μm 厚) 和無溶劑超厚膜型環(huán)氧涂料(1 100 μm 厚) 以保證其耐久性要求。4 結(jié)語 本工程堵漏修復(fù)工作現(xiàn)已全部結(jié)束, 根據(jù)現(xiàn)場檢查情況來看, 基本達(dá)到了設(shè)計(jì)方提出的修復(fù)要求。該工程中的堵漏、修復(fù)方案, 可為今后盾構(gòu)隧道遇到的類似工況, 提供制定方案的參考依據(jù)。
選擇丙烯酸鹽漿液作為壁后防水帷幕的材料主要有以下原因: ①低粘度、穿透性好、防滲性能佳; ②漿液凝膠時間可以控制、調(diào)整; ③可與流砂形成固結(jié)體, 達(dá)到良好的固砂效果; ④相對于類似注漿液如丙烯酰胺等具有低毒、環(huán)保的特性。 具體注漿要求如下: ①注漿范圍: 上、下行線與中間風(fēng)井相接的進(jìn)洞處各 20 環(huán)范圍。②注漿順序: 先底部、后兩側(cè), 逐漸向上。③注漿控制標(biāo)準(zhǔn): a.襯砌收斂變形達(dá) 2 mm 或軸線偏差達(dá) 10 mm; b.注漿總量相當(dāng)于在襯砌外圍達(dá)到 15 mm 厚的凝膠體 ( 均值); c.注漿壓力達(dá)到 0.4 MPa。上述標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到任何一條即認(rèn)為達(dá)到注漿終止要求。 2)壁后注漿結(jié)束后, 應(yīng)對仍有滲漏的襯砌環(huán)、縱縫, 在嵌縫槽處埋設(shè)注漿管, 壓注丙烯酸鹽漿液。 ①對無滲漏的嵌縫槽應(yīng)采用嵌填水膨脹密封膠(擠出型)加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理, 處理范圍為上、下行線與中間風(fēng)井相接的進(jìn)洞處各 20 環(huán)。若襯砌接縫存在錯縫, 嵌填密封的密封膠厚度可做相應(yīng)變化, 但高模量密封膠的厚度應(yīng)≥10 mm。此舉的目的在于防止地下水因襯砌內(nèi)側(cè)進(jìn)行局部注漿時, 從原先無漏點(diǎn)的接縫中產(chǎn)生滲水。 ②漏點(diǎn)的封縫材料應(yīng)采用超早強(qiáng)、快硬水泥, 快硬水泥抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到 14 MPa(4 h 之內(nèi)), 封縫范圍以半環(huán)為宜, 注漿壓力控制在 0.05￣0.3 MPa。 3)在干燥或基面僅有濕漬條件下, 對管片內(nèi)表面裂縫做騎縫壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液的補(bǔ)強(qiáng)堵漏處理, 具體注漿方法為采用粘貼式注漿嘴粘合于縫上或鑿小槽封埋于騎縫位置, 為了對準(zhǔn)縫隙可用針插入縫隙 ( 也稱針眼法注漿)。注漿孔間距為 200￣250mm, 注漿壓力控制在 0.1￣0.5 MPa, 注漿前先采用環(huán)氧膠泥( 或?qū)Ｓ妹芊饽z) 刮涂密封裂縫, 環(huán)氧膠泥( 或?qū)Ｓ妹芊饽z)應(yīng)為可粘合于潮濕基面的材料。上述補(bǔ)強(qiáng)堵漏措施同時為后續(xù)的碳纖維加固工作提供了必要的前提條件。 4)鑒于中間風(fēng)井與隧道上、下行線各接頭處存在風(fēng)險, 且接頭處的襯砌負(fù)環(huán)與正環(huán)間的環(huán)縫以及負(fù)環(huán)縱縫之間無彈性橡膠密封墊防水, 因此需做相應(yīng)的處理: ①中間風(fēng)井與隧道接頭處所設(shè)置的進(jìn)出洞防水裝置予以保留, 洞圈現(xiàn)澆混凝土將防水裝置包裹于其中, 以增加接頭處的防水安全性。 ②采用嵌填水膨脹密封膠( 擠出型) 加封高模量密封膠的方法做嵌縫處理(嵌縫范圍為負(fù)環(huán)與正環(huán)間環(huán)縫以及負(fù)環(huán)的縱縫)。 ③保留一個襯砌拱底塊縱向手孔(進(jìn)漿處)、一個襯砌拱頂塊縱向手孔(排氣出漿處)外, 其余負(fù)環(huán)手孔均做封堵, 封堵材料為硫鋁酸鹽超早強(qiáng) (微膨脹)水泥。 ④對拱底塊未封堵手孔向負(fù)環(huán)與正環(huán)間環(huán)縫壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液, 以充填整條環(huán)縫間隙, 注漿壓力控制在≤0.3 MPa(見圖 2 所示)。 整個隧道堵漏修復(fù)過程中, 注漿壓力千萬不能過大, 以免造成管片本體產(chǎn)生新的裂縫, 破壞管片強(qiáng)度。親水性低粘度環(huán)氧漿液因牽涉到材料的強(qiáng)度問題, 選用時應(yīng)慎重。我國即將出臺環(huán)氧漿液的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 這為廣大工程技術(shù)人員選用此材料提供了依據(jù)。本工程所列出的環(huán)氧漿液性能指標(biāo)要求就是在將要出臺的環(huán)氧漿液行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)討論稿的基礎(chǔ)上, 結(jié)合本工程實(shí)際工況提出的(見表 1 所示)。3.3 管片碎裂修補(bǔ)措施 在襯砌接縫和管片裂縫堵漏處理無滲漏的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行管片碎裂修補(bǔ)。 1)對于管片表面缺損、松動、起殼部分, 應(yīng)首先鑿除松動、起殼混凝土, 將基面清洗干凈。 2)在基面上涂布界面處理劑, 采用快速修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)管片。根據(jù)工程的實(shí)際情況, 此類砂漿應(yīng)具備兩項(xiàng)必需的指標(biāo), 即在短時間內(nèi)就能達(dá)到較高的強(qiáng)度、砂漿達(dá)到的最終強(qiáng)度應(yīng)與混凝土管片的強(qiáng)度相差無幾(見表 2 所示)。 3)管片修補(bǔ)完畢后, 在修補(bǔ)面鋪設(shè)碳纖維布做加固處理, 以提高管片修復(fù)處的整體強(qiáng)度。加固粘貼的碳纖維布層數(shù)按照足夠的安全系數(shù)考慮, 粘貼 3 層。碳纖維布應(yīng)符合如下性能指標(biāo)要求(見表 3 所示)。3.4 鋼圈布置措施 在襯砌注漿堵漏、管片碎裂修補(bǔ)工作結(jié)束后, 考慮到隧道的整體耐久性要求, 設(shè)計(jì)人員針對上、下行線進(jìn)洞處約 20 環(huán)襯砌內(nèi)局部破損嚴(yán)重處以及襯砌負(fù)環(huán)與正環(huán)間的接頭薄弱處, 提出了增設(shè)圓環(huán)鋼板的方案(見圖 2 所示)。 設(shè)置的圓環(huán)鋼板既要達(dá)到增加襯砌整體性、可靠性的目的, 又要盡量減輕鋼板的重量, 以利于安裝使用。因此我們選擇了厚度為 20 mm 的鋼板, 采用化學(xué)錨栓環(huán)向固定于襯砌內(nèi)表面的方式; 鋼環(huán)通過現(xiàn)場測量放樣后加工, 以保證它與襯砌內(nèi)壁的貼合。 為使鋼圈與襯砌之間形成一個整體結(jié)構(gòu), 故在兩者之間壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液。每個鋼圈兩端在壓漿前應(yīng)先用專用密封膠作封堵密閉處理, 鋼圈頂部及底部應(yīng)預(yù)設(shè)壓注環(huán)氧樹脂的進(jìn)漿孔、出漿孔( 包括觀察孔、備用注入孔)。 鋼圈暴露面涂布環(huán)氧富鋅底漆(20 μm 厚) 和無溶劑超厚膜型環(huán)氧涂料(1 100 μm 厚) 以保證其耐久性要求。4 結(jié)語 本工程堵漏修復(fù)工作現(xiàn)已全部結(jié)束, 根據(jù)現(xiàn)場檢查情況來看, 基本達(dá)到了設(shè)計(jì)方提出的修復(fù)要求。該工程中的堵漏、修復(fù)方案, 可為今后盾構(gòu)隧道遇到的類似工況, 提供制定方案的參考依據(jù)。
