地铁隧道初期支护渗漏水处理技术与施工浅议

李红军^{1, 2} 陈森森¹

（1.南京康泰建筑灌浆科技有限公司，南京210093；2.中国地质大学，武汉430010）

摘要：通过对乌鲁木齐市地铁1号线隧道某区间初期支护渗漏水的原因进行分析，确定合理的堵水灌浆的施工工艺和灌浆材料，采用“防、排、截、堵相结合，刚柔相济、因地制宜、综合治理”的原则进行施工处理，较好地解决了该隧道区间初期支护的渗漏水问题。利用水泥类材料灌浆和化学灌浆相结合的复合灌浆方法，能较好地解决地铁隧道初期支护渗漏水的问题，对地铁隧道后期安全高效的铺设防水板材和隧道二衬支护施工，后期的防水处理，有着十分重要的意义。

关键词：地铁隧道；初期支护；渗漏水；复合灌浆

1  工程概况和工程地质条件

乌鲁木齐市地铁1号线为主骨架线路及主城南北向骨干线和全网基线，全长27.6公里。全线共设车站21座，共分18个施工标段，区间采用矿山法和盾构法施工，车站采用明挖法、暗挖法和盖挖法施工。

乌鲁木齐河东、西两岸发育程度不一,东岸至红山一带以北,因为岩石的构造的隆起,已不见低阶地,其分界线大致由南梁新华书店-解放路-南门街心花园西侧红旗路-建设路-苹果巷-建工巷-红山路。西岸界线基本从长江路口-冷库-客运站-红十月街-新疆农业科学院-平顶山一带,其工程地质条件为: (1)河东岸工程地质条件变化大,宽度较小,由南 梁新华书店至红旗路一线,基本为稳定的卵石层,其 厚度不大,多在10m以内可见下伏的风化岩石,从大 西门至小西门，由于沉积环境的变化,不连续地分布 有较厚的砂类土或粉土的沉积,到红山公园,卵石层 逐渐变薄以至缺失； (2)西岸低阶地工程地质条件较稳定,宽度较大, 卵石(圆砾)层厚度较大,砂砾充填,中密-密实,局部地段如红十月至西北路段友好路以西，卵石(圆砾)层为 粉土充填,其地基承载力特征值一般300~400kPa; (3)1950年代以来大量抽取地下水,及其后的工程，如人防地道、深基坑施工,地下水位大幅度下降, 水文地质条件也发生巨大变化,但局部靠河漫滩地带,仍有丰富地下水,施工排水十分困难。

乌鲁木齐河为乌鲁木齐地区**河流,流出山口后,形成宽阔的冲洪积扇,在新疆医科大学往北,成扇 形展开,东可达卡子湾,向西横跨北京路至阿勒泰路一带,其工程地质条件为: (1)沉积物稳定,一般为厚度较大的卵石圆砾层, 中密-密实,其地基承载力特征值一般300~400kPa。 (2)个别地段,主要集中在

冲洪积扇南端, 上部分布厚度较大的粉土或湿陷性黄土状土。卵石圆砾层厚度较小,有的为7~8m,其下为较坚硬的 风化岩层。 (3)一般地下水位均在10m以下^[1]。

地铁1号线施工区间穿越活动断裂、煤层采空区等不良地质体。北段以大卵石地层为主，水位较低，南段以砂岩泥岩为主，水位较高。

2 渗漏水的主要表现形式和危害

该标段为地铁两车站区间的隧道主体工程，渗漏水的主要表现形式为：暗挖隧道和车站端头交接处，初期支护渗漏水、涌水。暗挖隧道，初期支护侧边底部，2米高度，长度30米长度，初期支护渗水、涌水、喷水。

图1  渗漏水现状图  

Fig.1  The map of leakage current situation  

主要的危害性有：影响防水板铺设、二衬结构施工、造成施工降水、排水成本增加；造成围岩失去稳定，尤其对砾石土层围岩类更容易失去稳定，长期下去会造成塌陷等施工事故。

3  渗漏水的成因分析

3.1 工程施工成因分析

3.1.1暗挖隧道和车站端头交接处，在施工的时候，采用空芯砖砌筑后喷锚支护，水顺砖砌支护汇集，而造成初期支护渗漏水、涌水。

3.1.2暗挖隧道区间初期支护采用挂网锚喷支护，设计的锚喷厚度为750px，实际有些区域锚喷厚度达不到750px厚，在薄弱环节造成渗漏。

3.1.3喷射的混凝土中有杂物造成渗漏；混凝土中有木楔、木板、木方、聚苯板、砖头、编制袋等杂物时易造成渗漏。

3.1.4喷射的混凝土没有按防水等级设计施工，在地下水压力较大的地方，由于抗渗标号低于相应水压，从而出现渗水现象。

3.3.5喷射混凝土的工作前期未加处理或处理不当，造成混凝土材料中有杂物，腐烂后形成，产生结合不严的漏水缝隙。

3.3.6预留孔洞没有按防水要求处理也会形成渗漏通道。

3.3.7衬砌周围的天然水PH值超标对喷射混凝土具有一定的腐蚀性，常见的有碳酸性，酸盐性加镁盐性腐蚀^[2]。

3.2 水文地质成因分析

3.2.1  乌鲁木齐位于亚欧大陆腹地,地处天山北坡边缘,准噶尔盆地南缘,为世界上距海洋最远的内陆城市，气候属于典型的中温带大陆型干旱气候；乌鲁木齐三面环山,地势东南高西北低,海拔920~680m；主要有乌鲁木齐河及头屯河，头屯河位于市区最西部, 大致与乌鲁木齐河平行。乌鲁木齐河从中流过,形成 多级阶地及广袤的冲洪积平原,与其外围的残坡积倾 斜平原,构成了乌鲁木齐城市建设的核心部位。

3.2.2  该暗挖隧道施工区间有一组南北向的断层穿过施工区间，断层较破脆，充填有沙砾岩、泥岩等断层角砾，含水，水的流向为自南向北，被东西向的暗挖隧道截断，该断层水在隧道的南边汇聚，造成在隧道锚喷支护的薄弱环节处涌水喷出。

3.2.3   该处潜水面比隧道底板高2.5米，造成隧道内外一定的水压力差。该段围岩以砂岩泥岩为主，较破脆，该种岩石具有透水性，自南向北的断层水，被东西向的暗挖隧道截断，在隧道南边汇聚，形成一定的水压差，在断层的两边，顺着地层的层间裂隙，再向断层两边流动，形成了30米长的隧道渗漏水，在施工质量薄弱的环节以涌水的形式出现，在施工缝、结构缝等处以渗漏水的形式出现。

4  渗漏水处理的原则与目标

4.1基本原则

4.1.1、方案和施工要符合确保质量，技术先进，经济合理，安全适用的要求。

4.1.2、方案和施工遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济、因地制宜、综合治理”的原则。

4.1.3、方案和施工要采用经过试验，检测和鉴定并经实践检验质量可靠的新材料，行之有效的新技术、新工艺、也应符合国家现行的有关强制性规范、标准规定。

4.1.4、对地铁初期支护的堵漏，采用强度比较好的结构加强的水泥基无收缩灌浆材料，水中不分散混凝土，丙烯酸盐化学灌浆材料，聚合物建筑胶水（丙乳胶水）、水泥快速固化剂，并且固化速度和固结时间可以控制。

4.1.5、方案和施工必须符合环境保护的要求，并采取相应措施。确保化学灌浆材料的固化体无毒无污染。

4.1.6、在治理渗漏水过程中，防水堵漏的同时，将**防水和补强加固有机地结合到一起^[3]。

4.2 治理目标

按照设计图纸的要求：地铁初期支护等结构的防水等级为二级，不允许漏水，结构表面可有少量湿渍，总湿渍面积不应大于治理范围总防水面积的2/1000，任意100m²防水面积上的湿渍面积不超过3处，单个湿渍的**面积不大于0.2m²。

完成后治理范围应达到标准：结构表面可有少量湿渍，总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000，达到原来设计的要求。

5  渗漏水处理的过程与工艺

由于本次施工是隧道初期支护渗漏水处理，前期施工队伍已经用水泥灌浆和水玻璃灌浆进行处理，施工效果不理想，施工工期紧，加上是冬季施工，气温较低，施工难度较大。按照常规的堵漏设计与施工，很难达到理想的效果，现场根据实际情况，不停的摸索、实验，得到了一套行之有效的办法。

5.1、先用清水清理要施工区域的表面，包括清理表面前期灌浆施工的预埋管件和容易松动的表面喷射混凝土及前期塞堵的编织袋、土工布等杂物，使表面干净和结实，容易观察和便于后期施工。

5.2、在表面将渗漏水较中和小的漏水分别用钻孔法将水导出，视涌水大小分别按装32mm型和28mm型灌浆嘴，并用阀门控制水的流出。然后对核心渗漏水区域的两股涌水，采用涌水段安装排水管，排水管安装闸阀，并在闸阀上安装2个32mm灌浆嘴，对涌水集中控制。

图2  核心施工区域图

Fig.2  The map of core construction area

最后采用梅花型钻孔法在要施工的区域钻孔，孔间距2米到3米，钻孔直径为28～40 mm，孔深0.5到1.5米，以钻透结构层，钻到喷射混凝土结构的背后去为宜，钻到结构背后的空腔，安装32mm或者28mm灌浆嘴，并在灌浆嘴上安装阀门。适当布置泄压孔、观测孔和补充灌浆孔。将无序渗漏水变成有序控水。

5.3、对表面渗水部门，先进行浅层30厘米深，采用针孔法高压化学灌浆封闭，进行化学灌浆，灌浆料为HPU-228加强型单组份油溶性聚氨酯，再配合采用聚合物防水砂浆，尤其是表面坑洼区域和微细裂隙渗水区域加厚涂抹，先初步封堵表面渗水通道，使灌浆时不漏浆。

5.4、灌浆。先前预留的32mm和28mm灌浆嘴对应不同的设备灌浆，32mm灌浆嘴采用华式螺杆灌浆泵灌浆，28mm灌浆嘴采用KAN BER型灌浆机灌浆。华式螺杆泵拥有多线螺旋技术，折线螺旋技术，

纳米抗磨技术，可调式定子技术，万向传动技术等多项先进技术。它可以高压力的灌注各种大浓度的、高黏度的、强磨损的流态及膏状浆液，从根本上保证浆液的水灰比、含砂量、泌水率、饱满度和密实度，灌浆压力在0.3-0.5mpa，不能超过1.0mpa。

图3 KT- KAN BER型灌浆机

Fig.3 KT- KAN BER type grouting machine

图4 KT系列螺杆灌浆泵

Fig.4  KT- type Screw grouting pump

灌浆的施工顺序为先下后上，先两边后核心的原则，将水逐步赶向核心渗漏水区域。最后在核心区域前面预留的多个32mm灌浆嘴进行集中灌浆，采用人停机不停的倒班方式连续集中灌浆。灌浆料采用普通硅酸盐水泥，水灰比：1:1到1:2、1:3，浓度以现场能够压浆为宜，不宜太稀，根据现场施工进行调节水灰比，以水灰比1:2左右较为合适。添加KT-BY12-IA型防冻预应力孔道压浆料或KT-BY12-VI型水中不分散高强灌浆料，可以加强在低温下的灌浆料的预应力和凝固时间。按一定的比例添加，具体的添加比例由现场施工温度、水的压力，灌浆的设备等条件决定，由现场施工人员不停的调试和配比，确定比较合理的添加比例。但两种添加料不能同时添加，而且要和普通硅酸盐水泥搅拌均匀。

5.5、然后采用针孔法对前期还有的微细裂隙和少量渗漏水的区域深层注浆，补强加固，用微损的办法——针孔斜侧钻孔法灌注低黏度耐水耐潮湿型改性环氧灌浆料，堵漏的同时补强加固。灌浆材料为： KT-II型丙烯酸盐、KT-NS丙乳胶，以及KT-CSS-18、 KT-CSS-7等改性环氧结构胶灌浆料，这些材料固化快、无溶剂、黏度低，并有很强的粘结强度,让有裂缝处的衬砌混凝土恢复形成一个整体，可防止因震动扰动变形破损再重新出现渗漏和开裂。  

施工步骤：

5.5.1清理：用钢丝刷清理表面，再用空压机将

表面吹干净，检查、分析裂缝的情况，确定钻孔的位置、间距和深度，为提升灌浆效果，对裂缝表面切槽进行临时封堵。

5.5.2钻孔：使用大功率冲击电锤等钻孔工具沿裂缝两侧交叉进行钻孔，孔距在25～30 cm，钻头直径为10～14 mm，钻孔角度宜≤45°，钻孔深度≤结构厚度的2/3。钻孔必须穿过裂缝，但不得将结构打穿，钻孔与裂缝的间距应≤1/2结构厚度。

5.5.3洗缝：用空压机向灌浆嘴内吹风，将缝内细小粉尘吹洗干净。

5.5.4埋嘴：在钻好的孔内安装灌浆嘴（又称之为止水针头，有回止阀的结构），并用专用内六角扳手拧紧，使针头后的膨胀螺栓胀开，封闭裂缝表面，但保留观测孔和泄压出气孔。

5.5.5灌浆：使用高压灌浆机向灌浆孔（嘴）内灌注环氧树脂浆料，从下向上或一侧向另一侧逐步灌注，当相邻孔或裂缝表面观测孔开始出浆后，保持压力10～30 s，观测缝中出浆情况，再适当进行补灌。要反复多次补充灌浆，直到灌浆的压力变化比较平缓后才停止灌浆，

5.5.6拆嘴：灌浆完毕，确认环氧树脂完全固化即可去掉外露的灌浆嘴。清理干净溢漏出的已固化的灌浆液。

5.6、最后对施工表面进行清理，将浮物和杂物清理干净，为二衬施工前的铺设土工布和防水板施工提供条件。

6  化学灌浆的主要材料

6.1、耐低温耐潮湿低粘度改性环氧灌浆结构胶

KT-CSS系列是一类双组份、无溶剂环氧化学灌浆材料，它具有高强度、低收缩、耐腐蚀、和混凝土及金属的粘结力强等特点，是一种对混凝土和岩石进行补强加固的灌浆材料。无溶剂环氧灌浆材料，其对潮湿环境不敏感，可以在水中固化。

该产品特性是：粘度小，可以灌注0.1mm左右的缝隙；与溶剂型灌浆材料相比，其收缩率小；和混凝土的粘接强度高，一般都大于混凝土自身的抗拉强度，对金属构件也有很高的粘接强度；材料的综合力学性能好，并且有一定的韧性。

表1 胶体性能表

Table 1  Colloidal property

表2  粘接性能表

Table 2  Adhesion property

6.2、单组份油溶性聚氨酯

单组份油溶性聚氨酯化学灌浆材料是由复合聚合多元醇与多元异氰酸酯反应形成末端含有异氰酸根基团的一种化学灌浆材料。该材料遇水后立即反应产生气体，体积膨胀并生成一种不溶于水并具有一定强度的发泡体，不仅可以防水堵漏，更适合于加固补强。

该产品特点是：粘度低，遇水迅速反应而固结、膨胀；对基层有很强的粘着力、韧性好、化学性能**；膨胀率大，不收缩，正常与水反应浆液可以形成10-20倍泡沫体，因而可以进一步充实空隙，起到防水堵漏的作用；因为浆液是单组份，使用起来比较方便，适用于单液型高压灌注机及其它机具；与饮用水接触的区域亦可以使用，具有环保效能。

6.3、水中不分散强灌浆料

KT-CSS系列-II型高水中不分散强灌浆料主要应用于隧道、大坝、地下岩体的驱水后防水加固。使用时将100kgKT-CSS系列-II型与40-50kg水混合高速搅拌机（500立升，大于1000转/分钟，线速度10-20米/秒的高速搅拌机）搅拌均匀，然后用5MPa的压浆泵将浆体压进岩体、压进隧道顶部、压进酥松的裂缝的混凝土，当与水接触时浆体不分散，随着泵压力的加大，KT-CSS系列水中不分散高强灌浆料浆体逐渐把水挤走到半径20-50米以外。

按0.45加水搅拌均匀后技术指标如下表：

表3 技术指标

Table 3  main index

7、结论

7.1、地铁隧道初期支护渗漏水处理设计和施工前期要分析清楚渗漏水的现状和原因，根据实际的现状

和原因，采用“防、排、截、堵相结合，刚柔相济、因地制宜、综合治理”的原则进行施工和处理。

7.2、采用水泥类材料灌浆和化学灌浆进行地铁隧道初期支护渗漏水处理的关键是使无序的水变成可控制的有序的水，选用合适的灌浆材料将灌浆料注入初期支护背后的存水空腔，将水挤出，分层多次注满空腔。

7.3、通过对乌鲁木齐市地铁1号线隧道某区间初期支护渗漏水，采用水泥类材料灌浆和化学灌浆的复合灌浆工艺施工，达到了设计要求，高效、快捷的完成了施工任务，可以为以后类似的施工工程提供借鉴意义。

参考文献(References):

[1] 赵新平. 浅释乌鲁木齐市中心城区岩土工程地质分区[J]. 新疆有色金属，2016，37-40.

[2] 陈小峰，朱旭.地铁隧道漏水原因分析及对策研究[J]. 科学中国人 2016-21.

[3] 陈森森.震动扰动环境下隧道渗漏综合整治技术[J] .中国建筑防水 2013-4-20.

[4] 陈森森.城市地铁堵漏施工综合技术措施[J] .不良地质体化学灌浆技术 2016.10，344-351.