北京城市铁路双连拱隧道防排水综合施工技术.doc

1、1 目录目录 第一章 前言.3 第二章 工程概况.3 第三章 防排水系统简介. 4 第 1 节 防水系统. 5 第 2 节 排水系统. 6 第 3 节 变形缝、施工缝的防水.6 第四章 防排水系统的施工. 7 第 1 节 结构基面的处理. 8 第 2 节 PE 闭孔泡沫塑料衬垫的施工.10 第 3 节 ECB 高分子合成树脂防水板的施工.11 第 4 节 隧道排水系统的施工.12 第 5 节 变形缝、施工缝防水层的施工.12 第 6 节 二次衬砌防水混凝土的施工.14 第 7 节 二次衬砌背后回填注浆.15 2 第五章 有关辅助施工措施. 16 第 1 节 二次衬砌混凝土钢筋的冷挤压连接.17

2、 第 2 节 防水砂浆. 19 第 3 节 其它保护措施. 19 3 第一章第一章前言前言 北京城市铁路为一条城市半环线,线路主要采用地上高架桥型式,而本工程为全线唯一的地下 区间隧道。该区间隧道地质情况复杂,地下水位较高,且由于隧道为双连拱结构型式,施工工序 繁多,施工缝、 沉降缝及天梁等特殊节点较多,因此,如何形成有效的防排水系统,就成为本工程 施工的关键。 第二章第二章工程概况工程概况 北京城市铁路地下区间隧道位于北京市二环路的东北部,全长 1 175. 2 m ,埋深 812 m ,局 部地表有土丘地段的埋深达到 15 m。断面型式为双连拱隧道、钢筋混凝土结构,典型断面开挖 宽度为 1

3、2. 05 m ,开挖高度为 7. 397 m ,采用浅埋暗挖中洞法开挖、复合式衬砌。施工步序 繁多,主要为中洞分部开挖支护施作中洞防水层、中隔墙衬砌左、右侧洞分部开挖支护 破除中洞初支、施作侧洞防水层和二次衬砌,具体如图 1 所示。 本工程地层变化复杂,由地表向下依次为人工堆积层、杂填土层、素填土层、粘质粉土层、粉 质粘土层、砂质粉土层、粉细砂层、细中砂层、圆砾层等。 地下水状况:上层滞水水位埋深 2. 56. 5 m ,赋存于杂填土层,主要补给来源为大气降水的 4 垂直渗透与管道渗漏;潜水水位南低北高,水位埋深 2.987. 45 m 至 13. 9015. 99 m ,高 出隧道开挖拱顶

4、,主要补给来源为侧向径流;承压水水头埋深 18.53 m ,隧道底板局部地段位于 承压水位以下。 图 1隧道施工步序示意 根据本工程的工程地质和水文地质条件,在开挖施工过程中受上层滞水和潜水影响严重, 基槽涌水量较大,极易发生流砂、 塌方,因此须采取管井降水治理。 井位布置在隧道及竖井外侧 2. 03. 0 m 处,井间距 6. 0 m 左右,以不侵犯工程结构和避开地面建筑和地下管线为准。 就本工程防排水系统而言,最不利地段为长 120 m 的穿越护城河段和长 55 m 的斜穿盖板河段。 第三章第三章防排水系统简介防排水系统简介 本工程防排水系统的施工遵循“以防为主、防排结合、多道防线、刚柔相

5、济、因地制宜、综合 5 治理”的原则,设计防水等级为二级,即隧道衬砌不允许漏水,可以有少量、偶见的湿渍。 地下区间隧道防排水系统设置见图 2 。 图 2隧道防排水系统示意 第第1节节防水系统防水系统 地下区间隧道采用复合式衬砌结构,防水采用三道防线。 第一道防线:初期支护加背后注浆。 第二道防线:设置 1. 2 mm 厚 ECB 高分子合成树脂防水卷材及 4 mm 厚 PE 闭孔泡沫塑料衬垫 6 做为夹层防水层。 第三道防线:二次模筑防水混凝土衬砌,采用微膨胀补偿收缩防水混凝土,即掺适量 HEO 单一 型混凝土外加剂,抗渗等级不小于 0. 8 MPa 。 第第2节节排水系统排水系统 由于本工程

6、为暗挖法施工,地下水较丰富,施工工况复杂,防水层的预留搭接较多,结构的施工 缝也较多,在施工阶段对防水卷材可能造成破坏,为确保区间在无渗漏的情况下营运,故在防水 层和二次衬砌之间采用 MF7 隧道专用型塑料盲管作为排水系统。 排水系统的具体设置为:在拱 顶与边墙交界处、 边墙与仰拱施工缝处、 侧洞拱顶与中洞拱顶施工缝处设置三道纵向排水盲管; 在边墙上每 6 m 设一道环向排水盲管,与各纵向盲管相连,并将渗水引出漫流至道床上。 第第3节节变形缝、施工缝的防水变形缝、施工缝的防水 (1) 变形缝 本隧道每隔 5060 m 设置一道变形缝,缝宽 30mm。 在结构内部的中部设置埋入式橡胶止水带, 结

7、构内侧(背水面) 预留 300 mm 30 mm 的凹槽,待变形缝两侧的混凝土浇注完并养护完毕, 7 在缝内用双组份聚硫橡胶密封膏嵌缝,在凹槽内固定 1 mm 厚钢板做成“U”型接水盒,然后用 聚合物水泥砂浆把凹槽填实抹平。其具体设置详见图 3 、图 4 。 图 3隧道底板变形缝防水示意 (2) 施工缝 隧道施工缝分纵向和环向,就全双连拱结构而言,纵向施工缝有:天梁两侧各 1 条,条形基础两 侧各 1 条,左、右侧洞的铺底与边墙交接处各 1 条;环向施工缝在每组衬砌断面处。施工缝采 用在结构断面中部安放 20 mm 30 mm 遇水膨胀腻子条的方法进行止水。 第四章第四章防排水系统的施工防排水

8、系统的施工 8 图 4隧道边墙、顶板变形缝防水示意 第第1节节结构基面的处理结构基面的处理 (1) 基面堵漏 由于防水板铺设前不允许结构初期支护内表面有漏水现象,因此,首先根据结构的不同部位分 别进行了堵漏处理。 在中洞、侧洞拱部沿隧道纵向每 5 m 一排、每排 3 根布置 50 mm 的圆弧。 第第2节节PE闭孔泡沫塑料衬垫的施工闭孔泡沫塑料衬垫的施工 隧道在初期支护和防水板之间采用 4 mm 厚 PE 闭孔泡沫塑料衬垫做为防水板的缓冲层。 泡沫衬垫采用水泥钉和塑料圆垫片固定在喷射混凝土的基面上,固定点之间呈梅花形布设,固 定点之间的间距为:拱部 500800 mm;边墙 8001 000

9、mm; 底部 1 5002 000 mm。 衬垫之间的搭接宽度为 50 mm ,搭接部位采用热风焊枪进行焊接。 衬垫必须采用环向铺设,不能拉得过紧,以免影响防水卷材的铺设,并在搭接部位预留不少于 200mm 的搭接余量。 11 第第3节节ECB高分子合成树脂防水板的施工高分子合成树脂防水板的施工 防水板接缝焊接是防水施工最重要的工艺,焊缝采用双焊缝热合机将相邻两幅卷材进行热熔焊 接,卷材之间的搭接宽度为 100 mm ,接缝为双焊缝,焊缝宽度不小于 2 mm ,中间留出空腔以便 进行充气检查。焊接应平顺、无波纹、颜色均匀、无焊焦、烧糊或夹层。进行充气检查时,充 气压力为 0. 120. 15M

10、Pa ,稳定时间5 min ,允许压力下降 20 %。当纵向焊缝与环向焊缝 成十字相交时(十字形焊缝) ,事先须对纵向焊缝外的多余搭接部分齐根处削去,将台阶修理成 斜面并熔平,削去的长度130 mm ,以确保焊接质量和焊机通过顺利。 铺设防水板前先在拱顶的衬垫上标出隧道纵向中心线,卷材由拱顶开始向两侧下垂铺设,边铺 边与圆垫片热溶焊接。 防水层在下一阶段施工前的连接部分注意加以保护,避免弄脏和破损,并在搭接前将接头处擦 拭干净。 分段铺设的卷材边缘部位预留至少 500 mm 的搭接余量。 防水板采用无钉孔铺设固定,即利用热风焊枪将裁剪好的卷材热熔粘贴在塑料圆垫片上,固定 时要注意不得拉得过紧或

11、出现大的鼓包。尤其是阴阳角部位的卷材一定要与转角部位密贴,以 12 免影响灌注混凝土的厚度或将卷材拉破。 固定点呈梅花形布设,间距为:拱顶 500800 mm; 边墙 8001 000 mm ;底板 1 5002 000 mm。 第第4节节隧道排水系统的施工隧道排水系统的施工 本工程排水系统采用 MF7 隧道专用型塑料盲管,盲管之间的连接使用订书机状的钉勾嵌入,钉 勾由3 5 的不锈钢丝制成。 排水盲管设在夹层防水卷材上,用盲管生产厂家提供的特制铁件固定,并采用 8 # 铁线将铁件 与结构钢筋牢固捆扎。 由于盲管为预埋,因此在衬砌前要做好标记,一旦衬砌台车脱模,立即将盲管管口掏出并清理干 净。

12、 第第5节节变形缝、施工缝防水层的施工变形缝、施工缝防水层的施工 (1) 变形缝 变形缝是由于考虑结构不均匀受力和混凝土结构胀缩而设置的允许变形的结构缝隙,它是防水 13 处理的难点,也是结构自防水中的关键环节。 本区间共设置变形缝 12 道,缝宽 30 mm ,防水材料选用中置橡胶止水带,聚苯板充填缝隙内部, 而在变形缝口部采用双组份聚硫橡胶密封膏封填,厚度不小于 20 mm。 橡胶止水带的施工要求: 按照设计要求确定止水带的准确位置及尺寸规格。 橡胶止水带安装必须用模板固定。先安装一端,浇筑混凝土,同时另一端应用厢型木板保护, 待混凝土达到一定强度后拆除模板和另一端止水带的厢型保护。 在止

13、水带中央圆孔的上下方混凝土基面上涂刷粘结剂并固定填缝用的聚苯板。 把另一端的止水带端头固定在钢筋上,支模浇筑混凝土。 施工中必须保证止水带的准确位置和混凝土的浇捣质量,保证混凝土与止水带的紧密贴合。 止水带的接头部位采用现场硫化的方法,接头处选在结构应力较小的部位。 (2) 施工缝 在施工过程中,水平施工缝与环向施工缝是结构自防水的薄弱环节,处理的好坏将会直接影响 结构的防水质量,因此须认真做好该处的防水处理。 本隧道施工缝采用 LJ - 2 型遇水膨胀橡胶腻子条(20 mm 30 mm) 进行止水。 14 由于止水条钉设过紧容易折断,过松则不能保证与混凝土密贴,容易造成灌注混凝土钻入止水 条

14、下部而失去止水效果,因此在施工中采用了衬砌堵头板背面钉设适当厚度及宽度的木条,混 凝土灌注后拆模时将木条一起取出,即形成一道凹槽,并配合加密了射钉的钉设间距,从而保证 了施工缝的防水效果。 第第6节节二次衬砌防水混凝土的施工二次衬砌防水混凝土的施工 本工程二次衬砌混凝土为微膨胀补偿收缩防水混凝土,标号 C30P8 ,采用 HEO 单一型外加剂, 掺量为 10 %。 在施工中我们针对混凝土的防水要求,不仅加强管理,严格施工工艺,选好商品混凝土供应商, 对混凝土施工进行全过程控制,而且特别注意了以下几点: (1) 严格控制水灰比 水灰比是对抗渗性起决定作用的因素,增大水灰比,混凝土的密实度降低,相

15、对渗透系数就显著 增大,因此须严格控制水灰比。本工程所采用的水灰比不大于 0. 6 。 (2) 防水混凝土的运输 本工程由于地处二环主路,按照北京市规定必须采用商品混凝土,因此我们优先选择了就近的 15 搅拌站,并安排专人负责统一调度安排,以缩短运输距离和等待时间,避免出现混凝土离析;还 根据不同气候、 不同时间计算出运输过程中坍落度的损失,提前予以考虑,从而保证了混凝土浇 注时有良好的和易性。 (3) 混凝土震捣 本工程结构防水混凝土震捣采用插入式震捣棒,震捣时,震捣棒等距离地插入、 均匀地捣实全部 混凝土,插入点间距小于震捣半径的 1. 5 倍,前后两次震捣棒的作用范围应相互重叠,避免漏

16、捣和过捣。震捣时不得触及钢筋和模板,尤其是严禁触及防水板。 (4) 混凝土的养护 根据防水混凝土的特性,本工程规定混凝土的裂缝宽度不得大于 0. 2 mm ,而得当的养护措施 能最大限度减少混凝土的开裂,因此在防水混凝土灌注完毕及终凝后及时采用喷、洒水养护, 待拆模后,对结构表面及时进行洒水养护,保持混凝土表面湿润,养护期确保不少于 14 天。 第第7节节二次衬砌背后回填注浆二次衬砌背后回填注浆 由于混凝土的凝固收缩特性,在二次衬砌混凝土与防水板之间一般会存在 510 mm 的缝隙,再 加上泵送混凝土、 模板台车灌注的衬砌施工特点,在拱顶处无法震捣密实,这样缝隙肯定会进一 16 步加大,还可能

17、在局部地段出现一定的空洞,容易造成地下水到处流窜侵蚀结构和腐蚀钢筋,因 此,在二次衬砌结束后进行背后回填注浆是必不可少的一道工序。 本隧道在施作二次衬砌防水混凝土时,沿隧道纵向每间距 10 m 即预埋一组注浆管,每组两根, 注浆管垂直于结构表面设置,一根指向侧洞拱顶,另一根指向中洞拱顶。 根据结构渗漏水情况,本工程采取了先全面注浆后重点注浆的施工方案。 在全面注浆阶段,采用 掺加 XPM 外加剂的普通水泥浆液,施工水灰比为 11.5 ,XPM 外加剂掺量按水泥用量的 10 % 控制,该浆液具有流速快、流动性好、抗渗指标高的特点,最大优点是浆液凝固后基本无收缩。 注浆顺序为由低处向高处、由无水段

18、向有水段、跳跃间隔式注浆。在重点注浆阶段,针对仍然 存在渗水的地段进行再次注浆,并在个别较严重的出水点周围增补注浆管和采用掺加 XPM 外 加剂的超细水泥浆液进行注浆。 第五章第五章有关辅助施工措施有关辅助施工措施 由于本工程结构型式复杂、技术难度大、防水要求高,因此我单位多次邀请设计单位和有关专 家进行专题探讨,还选派技术人员去兄弟单位学习取经,并在施工过程中不断总结发扬,从而在 防水板的质量保证和保护方面形成一些值得推广的辅助施工措施。 17 第第1节节二次衬砌混凝土钢筋的冷挤压连接二次衬砌混凝土钢筋的冷挤压连接 钢筋连接采用钢套筒冷挤压的技术,仅是在房建施工中个别采用,这是因为该工艺对钢

19、筋加工 安装尺寸要求较高,钢套筒长 180 mm ,钢筋对接时若过长则需现场截断,若过短则不能保证连 接强度,甚至无法对接;另外钢筋挤压连接设备重达 80 多斤,移动不便,所以从未在隧道工程 中得以使用。在本隧道尚处于中洞开挖期间,由于开挖分部较多,钢格栅连接部位很多,造成电 焊时间过长,导致洞内空气污浊、环境恶劣,而且违背了浅埋暗挖法“快封闭”的施工原则,因 此,为了保护职工的身体健康和形成隧道快速支护能力,我单位就尝试使用了钢筋冷挤压连接 工艺。众所周知,钢格栅需要尽量紧贴围岩轮廓,而由于开挖断面的不确定性,造成钢筋基本上 无法实现顺利对接,该项新技术当时未获成功。但是,我们也意识到在衬砌

20、施工中,由于二次衬 砌钢筋加工安装尺寸比较精确,完全可以采用这种办法来避免电焊火工操作,从而有效的保护 防水板不会损坏,因此及时进行了摸索总结,并最终在衬砌中获得成功。 现将两种方法的优劣予 以比较。 (1) 钢筋冷挤压连接与电焊连接相比较的优势 钢筋采用冷挤压连接,从根本上避免了电焊火工操作方式,不会出现防水板、排水盲管等塑 18 料、橡胶制品被电焊火花烧坏的现象,是对隧道防排水系统的极大保护。 钢筋冷挤压连接速度较快,熟练情况下可保证平均 1. 5 min 完成一个接头,而以本隧道二次 衬砌结构主筋( 28 钢筋) 为例,单面搭接满焊的长度为 280 mm ,基本上一个接头需耗时 5 mi

21、n ,明显可以看出冷挤压连接可以大幅度提高工效。 在钢筋被冷挤压前,均可用红漆先做上标记,如果标记在挤压后仍然显露在外面,即说明挤压 长度不足,而且钢筋挤压压力可以在气压表上予以清楚显示,还可以通过挤压痕迹的深度进行 尺量判断。而电焊连接质量基本依赖于作业人员的操作水平和工作责任心,这说明钢筋冷挤压 在质量可靠度和便于检查验收方面均远胜一筹。 钢筋冷挤压连接采用液压设备,不会产生任何空气污染,极大的保护了职工的身体健康,对于 提高职工劳动积极性极为有利。 在经济效益方面,一个钢筋套筒为 12 元,而焊接一个28 钢筋接头,所用电焊条和钢筋搭接 的材料费约为 9 元,虽然冷挤压连接费用稍高,但如

22、果考虑到它有效保护了防水层,节省了通 风费用,提高了工效,再加上保护了职工的身体健康,钢筋挤压的总体费用肯定远低于电焊连接 费用。 (2) 钢筋冷挤压连接工艺的操作困难及对策 19 钢筋冷挤压设备重量约为 80 斤,在洞内移动使用不便,后来我们利用防水板施工台架增设 了一个钢管轨道,使其悬吊在上面,并可以前后滑动,即较好的解决了这个问题。 虽然仅在二次衬砌结构钢筋连接方面使用,但由于钢筋加工和安装工艺落后,经常会发生钢 筋或长或短而导致无法连接的现象,后来通过钢筋加工安装质量的加强管理和职工操作水平的 提高,还选购采用了手持式钢筋切割机,从而使这个困难得以克服。 第第2节节防水砂浆防水砂浆 由

23、于本隧道需穿越护城河及盖板河,大部分地段地面又无降水条件,造成地下水位较高,虽然经 初期支护背后注浆处理,但仍有较多部位出现渗水,使防水板焊接时达不到规定温度要求,导致 粘结时效性差,易出现假焊现象。 因此,我单位主动投入,在渗水地段增加了涂抹防水砂浆工序, 使防水板焊接时岩面处于干燥状态,从而保证了防水板的防水效果。 第第3节节其它保护措施其它保护措施 在衬砌结构钢筋的洞内运输和安装过程中,由于隧道狭窄,施工人员经常无意中使钢筋头击穿 或刮烂防水板,还不易发现,从而影响防水板的整体防水效果。 后来我们在市场上定购了一批易 20 安易卸的小橡胶帽,安装在已加工好的钢筋两头再将钢筋运至洞内,在钢

24、筋安装前,还在防水板 上纵向固定若干根 5 cm 5 cm 的木条,使钢筋安装距防水板有一定距离,从而得以妥善保护 防水板不被破坏。 6施工体会 (1) 由于地下隧道施工环境恶劣,防水板的整体封闭质量很难保证,难免会由于防水板的破损 而出现漏水点,而且在注浆堵水处理过程中,经常出现这边堵水、那边漏水的现象,顾此失彼, 无法找准出水点进行集中治水。 笔者认为,如果在地下工程的防水系统中增加分段封闭的措施, 虽然会增加一部分投资,但不会出现防水系统“一点破损、全面失效”的后果,另外对以后的注 浆堵漏也便于集中处理。 (2) 在本工程防水专题研讨过程中,曾有些人提出可以取消排水系统,仅依靠防水系统完

25、全实 现堵水目的。但是根据长期一线施工实践,由于目前从隧道施工工艺、防水材料可靠性、作业 人员的实际操作水平来说,均还处于较低水平,笔者认为在以后相当长的时间内,还是要以“防 排结合,多层设防、以防为主,适量排放”为原则来指导地下工程防排水系统的施工。 (3) 双连拱隧道在中洞天梁位置为 V 型结构型式,使该处形成人为积水区,是治水的极大隐 患。 虽然在施工过程中给予了高度重视,采用中洞拱顶初期支护背后回填注浆的方法,使该位置 21 注浆后实际高于侧洞拱顶,目前效果尚好,但注浆量极为惊人,投入太大,而且由于加大了注浆 压力和注浆量,在中洞初期支护破除过程中发现,大量浆液实际窜入中洞边墙部位,造

26、成极大浪 费,还增加了破除施工难度,而且天梁位置为结构最复杂、施工最困难、受力最薄弱位置,对于 隧道各方面施工均不利。 笔者建议能否考虑取消这种双连拱结构型式(除车站超宽断面以外) , 这样虽然增加了一定的开挖方量,但可以一劳永逸,从而彻底消除这个施工隐患。 (4) 本隧道初始设计时,认为排水盲管所排出的水量较少,考虑使其漫流到道床,自然风干,因 此本工程采用的是在道床中央设置中心排水沟,主要排放消防用水或其它废水,但实际上目前 在少量盲管出水后,造成道床上水碱、水迹明显,个别部位还存在积水现象,极大影响了隧道整 体外观效果。我单位为顺利通过竣工验收,又重新组织人力、物力在已灌注完成的道床上凿

27、槽 埋入盲管,而如果在前期施工中即预留足够长的盲管,待道床混凝土灌注时予以埋设,并引入中 心排水沟,则将事半功倍。 (5) 本工程在侧洞衬砌前需要先破除中洞初期支护,而此时中洞顶部、底板防水板和中隔墙衬 砌均已经施工完成,为保护该部位的防水板,设计采用了在防水板上面预先设置一块厚 1 mm、 宽 800 mm 的铁皮,但由于中洞初期支护采用的是人工风镐破除和电焊割除钢筋的办法,极容易 击穿铁皮,继而损坏防水板,尤其是基底的铁皮和防水板更是经常被拱部掉下的混凝土块砸烂, 22 虽然在施工中制定了强硬的奖罚措施,还是无法杜绝。笔者认为用铁皮保护防水板的思路是正 确的,但铁皮过薄,而未起到有效的保护作用。 说说明明 星欣设计图库资料专卖店拥有最新最全的设计参考图库资料，内容涉及景观园林景观园林、建筑建筑、 规划、室内装修、建筑结构、暖通空调、给排水、电气设计、施工组织设计规划、室内装修、建筑结构、暖通空调、给排水、电气设计、施工组织设计等各个领域的设 计素材和设计图纸等参考学习资料。 是为广大艺术设计工作者优质设计学习参考资料。 本站所 售的参考资料包括设计方案和施工图案例已达几十万套以上，总量在数千 G 以上。 图库网址 http:/http:/ ftp:/ftp:/ 联系联系 QQQQ：447255935447255935 电话：电话：1311154260013111542600